Устройство для измерения геометрических размеров прозрачных труб Советский патент 1991 года по МПК G01B21/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля диаметра прозрачных труб.

Цель изобретения - повышение точности за счет учета световых лучей, прошедших через контролируемую трубу, и повышение информативности за счет измерения внутреннего диаметра трубы.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - зависимость угла входа луча от координаты выхода и сигнала на фотоприемнике; на фиг. 3 - геометрия рассеяния лучей прозрачной трубой; на фиг. 4 - временные диаграммы работы блоков устройства .

Устройство состоит из оптически связанных источника 1 света, рассеи- вателя 2, щелевой диаграммы 3, объектива 4 и фотоприемника 5, блока 6 обработки видеосигнала, состоящего из

инвертора /, вход которого подключен к выходу фотоприемника 5, триггера 8, счетный вход которого объединен с входом инвертора 7, триггера 9, счетный вход которого подключен к выходу инвертора /, триггера 10, счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 8, триггера 11, счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 9, триггера 13, счетньй вход которого подключен к прямому выходу триггера 10, триггера 14, счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 11, элемента 15 ИЛИ-НЧ, входы которого подключены к прямому выходу триггера 3 и инверсному выходу триггера 9 соответственно, элемента 16 ИЛИ-НЕ, входы которого подключены к выходу элемента 15 ИЛИ-НЕ и инверсному выходу триггера 12, элемента Г/ ИЛИ-ЧЕ, входы которого подключены к инверсным выходам триггеров 13 и 14, последовательно соедин ных счетчика 13, вход разрешения счета которого подключен к выходу элемента 16 ИЛИ-НЕ, и регистра 14, последовательно соединенных счетчика , вход разрешения счета которого подключен к выходу элемента 1 / ИЛИ-НК, и регистра .11, и генератора .., выход которого подключен к счетным входам счетчиков 18 и .О, блока 23 вычислений, выполненного в виде программируемого контроллера, синхронизирующий вход которого подключен к синхронизирующему выходу фотоприемника 5, информационные входы подключены к выходам регистров 14 и 21, первый синхронизирующий выход Начало измерения подключен к установочным в О1 входам триггеров 8-14 и счетчиков 18 и 20, второй синхронизирующий выход Конец измерения которого подключен к тактовым входам регистров 19 и .1, вход которого подключен к выходу блока 23 и индикатора 24.

Устройство работает следующим образом .

Поток света от источника 1, рассеиваемый рассеивателем ,. и ограничиваемый с двух сторон относительно плоскости, в которой находятся пиния регистрации и ось прозрачной трубы 25, диафрагмой 3, освещает прозрачную трубу 25. Объектив 4 переносит изображение исследуемого объекта в плоскость анализа, в которой находится дискретный фотоприемник 5. Таким образом, из потока рассеянных лучей, прошедщих через прозрачную трубу 5, с помощью объектива 4 выделяют пучок параксиальных лучей, вошедших в прозрачную трубу 5 в секторе, ограниченном плоскостями, проходчнимп через внутренние края щелевой диафрагмы 3 и прозрачную трубу 5. Фиксация пучка параноиалып г. лучей, COCYOHI OTO из светлых и темных полос, осуществляется фотоприомнпком 5 и плоскости, перпендикулярной оси прозрачно трубы 25. На выходе ютоприемника 5 (Нормируется видеосигнал, привеценный на фиг. .. 15 параксиальных лучей отсутствует ЛУЧИ, углы входа кото рых в призрачную трубу 5, образпнлц- ные линией регистрации и пиниями, проходящими через края диафрагмы 3 И прозрачную трубу .. т, превышают по абсолютной величине значения ±0

-9,„,±0

п

72Л

Эп

, 9гп и Qi,n гч)е

0

дельные значения углов входа в прозрачную трубу 25 лучей, соответственно прошедших через две стенки трубы 25 и ее внутреннее, отверстие (см. графики Л и А1 на фиг. 2а и луч А на Фиг. 3), испытавших явление полного внутреннего отражения на границе внутреннего отверстия (см. графики В и В на фиг. 2а и лучи В и В на фиг. 3) и пропедших только через стенку трубы 25 (см. графики С и С на фиг.2а и луч С на фиг. 3).

График зависимости угла входа оптических лучей в прозрачную трубу 25 от координат выхода лучей параллельно линии регистрации, приведенной на фиг. 2а, построен на основе зависимостей:

л ., X . X . X (У, 2 (arcsin- -arcsin-+arcsin-- па

-arcsiorJ;

nb (О

X X 9 2 (arcsin1-arcsin--+arcsin-- x -arcsin-);

b

0

5

0

5

0

5

e,-c

где b, - угол входа лучей, проходящих через две стенки трубы 25 и внутреннее отверстие; угол входа лучей, проходящих через стенку трубы 25 и испытывающих явление полного внутреннего отражения на границе внутреннего отверстия трубы 2.5; 9з угол входа лучей, проходящих только через стенку трубы 25 и не входящих во внут- ренее отверстие; п - показатель преломления материала трубы 25 (показатель преломления окружающего трубу воздуха и внутреннего отверстия равен 1); - а и 2Ь - внутренний и внешний диаметры прозрачной трубы 25, X - координаты выхода относительно линии регистрации лучей, прошедших через трубу 25 и выходящих параллельно линии регистрации.

Соотношения (1), (2), (3) получены на предположении, что центры внутреннего отверстия и внешней окружности трубы 25 совпадают.

График на фиг. 2а свидетельствует о том, что при отсечении лучей, углы входа которых в прозрачную трубу 25 превышают соответствующе значения i0w,t9in , t0w приводит к их отсутствию в пучке лучей, выходя цих из про51b

зрачнон трубы 15 параллельно линии регистрации .

Отсутствие лучей в пучке приводит к образованию темник полос, что соот- ветствует уровню |;) сигнала на FU.IXO- де фотоприемника 5 (фиг. 2). Лучи, вошедшие в прозрачную трубу 25 внутри секторов, ограниченных значениями углов ±9 (1 , ,i®}n, образуют светлые полосы света в пучке параксиальных лучей, что соответствует уровню 1 сигнала на выходе фотоприемника 5 (фиг. 2).

Согласно уравнениям (1), (2), О) положение границ светотени зависит

1ft

от параметров 5 и размеров диафрагмы 1, задающей предельные углы входа лучей п измеряемый объект. Поэтому по положению границ светотени можно судить об одном из параметров прозрачной трубы 25, зафиксировав остальные параметрм объекта и положение ограничинлнкцих граней диафрагмы 3.

Например, зафиксировав значения показателя п преломления материала трубы 25, внешнего ее диаметра , предельного угла Р2ц входа лучей в трубу 25 и положение границ светотени ± Х- (фиг. . и 3) по уравнению (2) находят значение внутреннего диаметра трубы 25:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет учета световых лучей, прошедших через контролируемую трубу, и повышение информативности за счет измерения внутреннего диаметра трубы. Устройство состоит из источника 1 света, рассеи- вателя 2, щелевой диафрагмы 3, объектива 4 и фазоприемникд 5. При просвете трубы 25 светом, рассеянным рассеи- вателем 2, распределение интенсивности на фотоприемнике 5 зависит как от внешнего, так и от внутреннего диаметра трубы 25. 4 ил.

2X2.

. , . , - 2 nsin(aresin1+arcsinn

Значения внешнего диаметра находят по положению границ светоте- ни i X (фиг. 3), образованных внеш- ними краями трубы 25, по формуле

(5)

Для определения численных значений расстояний между границами светотени 2Х,Ј и Х. служит блок обработки видеосигнала, диаграммы работы которого прииедены на фиг. 4. Импульсы длительностью формируются элементом 16 ИЛИ-НЕ из сигналов на выводе триггера 12 и L ( на выходе элемента 15 ИЛИ-НЕ. Импульсы длитель- ностью ( формируются элементом

1 / ИЛИ-НК из сигналов U

О

и U

И

на выходе триггеров 13 и 14. Численности импульсов, пропорциональные длительностям импульсов t и t , подсчитываются соответственно счетчиками 18 и 20. На информационных выходах регистров 19 и 21 по сигналу КИ формируются цифровые значения длительностей импульсов

Nz tlЈ0 2X2f0)(6)

N t..fft

(7)

где fQ - частота генератора 22. i

В блоке 23 вычислений после окончания цикла формирования видеосигнала фотоприемником 5 с учетом уравнений (4) - (7) рассчитываются значения внутреннего d и внешнего П диаметров, прозрачной трубы 25.

Результаты вычислений индицируются индикатором 24.

. 2Хг 02п. arcsin-- - ---) I)2

(4)

,.

5

0

5

0

Значение предельного угла ( устанавливают в процессе калибровки устройства, зафиксирован положение диафрагмы 3. Калибровка устройства осуществляется с помощью эталонного образца трубы 25 с известными значениями внутреннего и внешнего диаметров.

Для обеспечения работоспособности устройства размеры диафрагмы 3 должны превышать максимальное значение внешнего диаметра измеряемых труб 25. Целесообразно задавать значение предельного угла Q in входа лучей в трубу 25, испытывающих явление полного внутреннего отражения на границе внутреннего отверстия, в пределах от 20 до 60°, что установлено экспериментально, а также аналитически расчетом зависимостей углов входа лучей, прошедших через исследуемый объект, от координаты выхода их из объекта параллельно линии регистрации для различных соотношении внешнего и внутреннего диаметров прозрачных труб. Для приведенного на фиг. 2а примера )°.

Формула изобретения

Устройство для измерения геометрических размеров прозрачных труб, содержащее оптически связанные источник света, объектив и фотоприемник, и индикатор, отличающееся, тем, что, с целью повышения точности и информативности за счет измерения внутреннего диаметра трубы, оно снабжено

рассеивателем и щелевой диафрагмой, установленными между объективом и источником света, последовательно соединенными блоком обработки видеосигнала, вход которого подключен к выходу фотоприемника, и блоком вычислений, выход которого подключен к входу индикатора.