Способ измерения формы объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01B21/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, при контроле профиля объекта.

Целью изобретения является расширение области применения способа и устройства за счет обеспечения измерения формы объектов, поверхность которых описывается произвольными функциями.

На фиг.1 дана схема устройства, осуществляющего предлагаемый способу

на фиг.2 графически показана зависимость сигнала U на выходе приемника излучения от расстояния d до поверхности объекта.

Устройство содержит промежуточный эталон 1, поверхность 2 которого эквидистантна поверхности эталонного объекта, с которым сравнивается поверхность объекта 3, оптическая система 4, 5, выполненная в виде N + 1 световодных жгутов, закрепленных в отверстиях промежуточного эталона 1,

3

1665231

N + 1 источников 6 излучения, напри- Мер светодиодов, сопряженных с торцами световодных жгутов системы 4, N+1 - канальный приемник излучения, выполненный, например, в виде N+1 фотодиодов 7, сопряженных с торцами световодных жгутов системы 5, N+ 1 Усилитель 8 N, первых 9 и N вторых 0 элементов памяти (например, анало tfosbie коммутаторы с N + 1 дифферен- т|(иальных усилителей 11, N индикаторов 12, компаратор 13, переключатель

4 режимов Обучение-работа. N каналов являются измерительными, а Ы+1)-й - опорным. Устройство имеет акже базирующее приспособление 15, Предназначенное для установки объекта 3. Промежуточный эталон 1 жестко Связан с направляющей 16 и уставов- лен с возможностью перемещения по- Ьредством привода (на фиг.1 не показан) в вертикальном направлении JB штативе 17. В верхней и нижней час гн направляющей 16 закреплены упоры 18, 19. Положение упоров 18, 19 мо- }жет регулироваться по длине направляющей 16 с помощью элементов крепления , На штативе 17 закреплены первый 20 и второй 21 конечные выклю- чателй, базирующее приспособление 15 закреплено на столе 22 штатива 17.

Устройство содержит также источник 23 тока, N+1 источник излучения подключен к его выходу, N-H канальный приемник излучения - к входам усилителей 8. Выход усилителя 8 опорного канала соединен с первым входом компаратора 13. Второй вход 24 компаратора 13 соединен с источником опорного напряжения ио,Вьпссд компаратора 13 соединен с переключающим контактом переключателя 14 Обучение работа. Выходы усилителей 8 измерительных каналов I, II,..., N соеди- нены с входами первого 9 и второго 1 элементов памяти. Выходы элементов памяти 9 и 10 соединены с входами дифференциальных усилителей 11, к выходу которых подключены элементы индикации 12. Стробирующие входы первых элементов 9 памяти подключены к выходу Обучение переключателя 14 режимов. Стробирующие входы вторых элементов 10 памяти подключены к выходу Работа переключателя 16.

Способ измерения формы объекта осуществляется устройством следующим образом.

Ь режиме обучения (переключатель 14 в положении Обучение) производится опускание промежуточного эталона 1 (это перемещение ограничено положением первого конечного выключателя 20). При движении напряжение на выходах усилителей 8 изменяется по закону, показанному на фиг. 2, При достижении зазора между эталоном 1 и объектом 3, равного d; (соответствует значению U0) на выходе компаратора 13 появляется 1. Это вызывает открывание первых элементов памяти 9, т.е. напряжение на их выходах точно соответствует входному в каждый момент времени. На спадающем участке () характеристики (фиг. 2) в момент равенства выходного напряжения усилителя 8 опорного канала напряжению источника опорного напряжения U на выходе компаратора 13 появляется напряжение О. Это приводит к з-апиранию первых элементов памяти 9, т.е. напряжение |на их выходах не зависит от входного и равно входному напряжению, действующему в момент запирания. Положение упора 18 отрегулировано так, что момент перехода компаратора 13 из состояния 1 в О происходит до срабатывания первого концевого выключателя 20. Таким образом, при срабатывании концевого выключателя 20 в первых элементах памяти 9 заполнены нулевые показания датчиков измерительных каналов 1,..., N. Пос- пе этого производится отключение источника 23 тока, питающего источника излучения 6, и подъем эталона 2 в крайнее верхнее положение (до срабатывания второго концевого выключателя 21).

Далее устройстве переводится в рабочий режим. Для этого переключатель 14 устанавливается в положение Работа. В базирующее приспособление помещается объект 3, поверхность которого измеряется. Производится опускание промежуточного эталона 1. При этом аналогично режиму Обучение производится запись выходных напряжений усилителей 8 измерительных каналов 1, ..., N во вторые элементы 10 памяти. После чего отключается источник 23 тока и производится подъем эталона 1 в крайнее верхнее положение. При этом (сразу после перехода компаратора

51

13 из состояния 1 в состояние О) индикаторы 12 показывают отклонения размеров в контролируемых точках из- меряемого объекта 3 от размеров эталонного объекта в этих же точках.

Формула изобретения

1.Способ измерения формы объек- та, заключающийся в том, что формируют световой пучок, состоящий из набора лучей, принимают лучи в контрольных точках, а о контролируемом параметре судят по сигналам, приняты в каждой контрольной точке, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, контрольные точки формируют эквидистантно эталонной поверхности, набор све- товых лучей формируют точечными и осуществляют прием в контрольных точках отраженного от эталонной поверхности соответствующего светового луча и запоминают эталонные сигналы в каждой из контрольных точек в момент достижения заданного уровня опорного сигнала, соответствующего определенному расстоянию между эталонной поверхностью и контрольными точками, аналогично запоминают сигналы от измеряемой поверхности, а отклонение формы измеряемого объекта определяют по изменению сигналов от отраженных световых лучей по сравнению с эталонными сигналами.

2.Способ измерения формы объекта по п.1, отличающийся тем, что световые лучи формируют

по нормали к эталонной поверхности.

3.Устройство для измерения формы объекта, содержащее источник излучения, установленную последовательно по ходу светового потока оптическую систему, N-канальный приемник излу-

0 5 0

о

5

5

чения, число каналов приемника равно числу контрольных точек, соответствующих числу контролируемых элементов объекта, и схему обработки сигнала, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, оно снабжено N источниками излучения, опорным приемником излучения, промежуточным эталоном с (N+1) сквозными отверстиями в контрольных точках, расположенных по его поверхности, эквидистантной поверхности эталонного объекта, оптическая система выполнена в виде (N+1) свето- водных жгутов, пропущенных сквозь соответствующие отверстия промежу- . точного эталона, и содержащий в каждом передающие и приемные световоды, одни концы которых сопряжены торцами с поверхностью промежуточного эталона, а другие - с соответствующим источником и приемником излучения, блок обработки сигнала выполнен в виде источника тока, переключатель режимов, N цепей, каждая из которых содержит усилитель, первый и второй элементы памяти, подключенные к нему параллельно, и дифференциальный усилитель, инвертирующий и прямой входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго элементов памяти, а выход - с индикатором, опорной цепи, содержащей N+1-й усилитель и компаратор, соединенный с ним, N цепей соединены между собой соответственно стробирую- щим входом первого и второго элементов памятиs входы являются выходами Обучение и Работа переключателя режимов, источники излучения подключены к источнику тока, второй вход компаратора предназначен для подключения к источнику опорного напряжения.

7/

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле профиля объекта. Цель изобретения - расширение области применения способа и устройства за счет обеспечения измерения формы объектов, поверхность которых описывается произвольными функциями. В устройстве, осуществляющем способ, приемники 7 и источники 6 свкта располагают в контрольных точках на поверхности 3, эквидистантной эталонной измеряемой поверхности, запоминают сигнал с каждого приемника 7 в контрольных точках для эталонного объекта и судят о контролируемом параметре по разности сигналов с контроля фотоприемника 7 в контрольных точках для измеряемого объекта 3 с запомненными сигналами для эталонного объекта, оптическая система 4, 5 выполнена в виде световодных жгутов, причем световодные жгуты вмонтированы в промежуточный эталон, поверхность которого эквидистантна поверхности измеряемого объекта 3, промежуточный эталон 1 установлен с возможностью перемещения относительно базирующего приспособления 15, в котором устанавливается измеряемый объект 3. 2 с. и 1 з.п.ф-лы. 2 ил.

tt

/nox

cf0dj

Направление ддижения

i I i i

l i

d (Зазор)