Способ определения угловых положений поверхности объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01B21/22 

Фиг. I

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угла отклонения поверхности контролируемых объектов, деформаций поверхностей деталей и узлов в машиностро- ении.

Цель изобретения - расширение области применения за счет циклического изменения потока излучения на контролируемую и образцовую поверхности и определения углового положения также и движущихся объектов.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 - часть структур- ной схемы предлагаемого устройства в фазе формирования опорного сигнала; на фиг. 3 - временные диаграммы электрических сигналов.

Устройство, реализующее предлагав- мый способ определения угловых положений поверхности объекта (фиг. 1), содержит светопроводящую систему 1, состоящую из двух световодов, одни концы которых объединены в общий приемно-передающий коллектор, источник 2 излучения, подключенный к одному из свободных концов све- топроводящей системы 1, фотоприемник 3, вход которого соединен с вторым свободным концом светопроводящей системы 1, оптическую насадку 4, выполненную в виде цилиндра, радиус которого равен R, расположенного таким образом, что ось цилиндра состоит из приемно-передающе- го коллектора на расстоянии R L R + Ј где Ј 0,1...0,5 мкм - технологический зазор, световоды 5 и 6, выполненные, например, из световодных жгутов, стеклянных прутков или полых световодов, установленные в цилиндре 4 так, что их оси, соответственно, совпадают с взаимно перпендикулярными диаметрами цилиндра 4 и лежат в одной плоскости с осью приемно-передающего коллектора светопроводящей системы 1, длина световода 5/3...4/d d/5...6/, где d - диаметр приемно-передающего коллектора, длина световода 6 d/2 i (R - d/2), а диаметры световодов равны диаметру приемно-передающего коллектора светопроводящей системы 1, зеркально- отражающий участок 7 контролируемой поверхности, образцовая зеркально-отражающая поверхность 8, закрепленная на выходном торце световода 6, электродвигатель 9, ось которого соединена с осью оптической насадки 4, компараторы 10 и 11, одни из входов которых подключены к выходу фотоприемника 3, формирователь 12 уровней компанирования, например

DA 0,7Um, UB 0,3Um, где Um - амплитуда электрического импульса, соответстовую- щего потоку, принятому от образцовой зеркально-отражающей поверхности 8 (фиг. 3, диаграмма а), выходы формирователя 12 уровней компарирования соединены, соответственно, с вторыми входами компараторов 10 и 11, блоки 13 и 14 выделения середин электрических импульсов, подключенных соответственно к выходам компараторов 10 и 11, блок 15 регистрации временных интервалов, входы которого соединены соответственно с выходами блоков 13 и 14 выделения середин электрических импульсов, выход блока 15 регистрация временных интервалов является выходом устройства.

Устройство, реализующее способ определения угловых положений поверхности объектов (фиг. 1), работает следующим образом.

В некоторый момент времени световод 5 оптической насадки 4, вращаемой электродвигателем 9 с круговой частотой ш, займет положение, показанное на фиг. 1. Поток источника 2 излучения по одному из отводов светопроводящей системы 1 с ее приемно-передающего коллектора поступает в световод 5, пройдя который, излучается в направлении зеркально-отражающего участка 7 контролируемой поверхности. Часть отраженного от участка 7 потока попадает обратно в световод, поступает на приемно- передающий коллектор светопроводящей системы 1 и подается на фотоприемник 3, Информационный электрический сигнал с фотоприемника 3, амплитуда которого Uu, сравнивается в моменты времени ti, 13 с уровнем компарирования UB (фиг, 3, диаграмма а) формирователя 12 уровней компарирования, и компаратор 11 вырабатывает прямоугольный электрический импульс (фиг. 3, диаграмма б), соответствующий времени t2, формирующий в блоке 14 определения середины электрических импульсов. Через четверть периода вращения ротора электродвига1

теля 9( ш

-) оптическая

насадка 4 займет положение, приведенное на фиг. 2.

Поток от источника 2 излучения по одному из отводов светопроводящей системы 1 с приемно-передающего коллектора поступает в световод 6, пройдя который, попадает на образцовую зеркально-отражающую поверхность 8, отражается от нее, и через световод 6 отраженный поток попадает на приемно-передающий коллектор светопроводящей системы 1. Затем канализируется по второму отводу светопроводя- щей системы 1 и поступает на фотоприемник 3, где преобразуется в электрический сигнал, соответствующий потоку, отраженному от образцовой поверхности 8 и являющийся опорным электрическим сигналом. Опорный электрический сигнал фотоприемника 3, имеющий амплитуду Dm, сравнивается в моменты времени t4, t6 с уровнем компарирования UA (фиг. 3, диаграмма а), формирователя 12 уровней компарироча- ния и компаратор 10 вырабатывает прямоугольный электрический импульс (фиг. 3, диаграмма в), временная отметка середины которого (диаграмма в), соответствующая времени ts, формируется в бьоке 13 определения середины электрических импульсов. Так как амплитуда информационного импульса в несколько раз меньше опорного, то разделитель их можно, используя различные уровни компарирования. В блоке 15 измеряется и регистрируется временной интервал п между временными отметками t2 и ts (диаграмма г). Затем сравнивается полученный временной интервал т с известным временем Т/4.

Если t Т/4, то угол отклонения контролируемой поверхности равен нулю. В случае отклонения контролируемой поверхности на некоторый угол а максимум диаграммы направленности потока зеркально-отраженного от участка 7 также отклоняется на угол а . Поэтому середина электрического импульса (фиг. 3, диаграммы б, в) фотоприемника 3, соответствующая максимуму диаграммы направленности потока, сраженного от контролируемой поверхности, сдвигается во времени на величину Д пропорциональную а, относительно середины опорного импульса, условия получения которого не изменяются, Аналогично в 1-й момент времени в блоке 15 измеряется и регистрируется временной интервал Г2 между временными отметками ti2, ti5 (фиг. 3, диаграмма г). После этого по временному

расхождению -д- делается заключение о величине а К Д.

Формула изобретения 1. Способ определения угловых положений поверхности объекта, заключающийся в том, что на контролируемую поверхность наносят зеркально-отражающий участок покрытия, формируют поток излучения, получают опорный и измерительный потоки, регистрируют отраженные потоки излучения, преобразовывают их в электрические

импульсы и по временному интервалу между серединами электрических импульсов определяют угловое положение контролируемой поверхности, отличающийся 5 тем, что, с целью расширения области применения, дополнительно формируют образцовую зеркально-отражающую поверхность, получают опорный поток как отраженный от зеркальной поверхности при циклическом

0 изменении и направления потока излучения на контролируемую и на образцовую зеркально-отражающие поверхности.

2, Устройство для определения угловых положений поверхности объекта, содержа5 щее источник излучения, фотоприемник, светопроводящую систему, состоящую из двух световодов, два компаратора с различными уровнями компарирования, формирователь уровней компарирования, два блока

0 выделения середин электрических импульсов, блок регистрации временных интервалов, входы которого соединены с выходами блоков выделения середин электрических импульсов, концы световодов, предназна5 ченные для направления к контролируемой поверхности, объединены в один приемно- передающий коллектор, второй конец первого световода подключен к источнику излучения, второй конец второго светово0 да - к фотоприемнику, к выходу которого подключены первые входы компараторов, вторые входы компараторов подключены к выходам формирователя уровней компарирования, выходы компараторов подключе5 ны к входам блоков выделения середин , электрических импульсов, выход блока регистрации временных интервалов является выходом устройства, отличающееся тем, что. с целью расширения области

0 применения, оно снабжено оптической насадкой с двумя световодами, электродвигателем, оптическая насадка выполнена в виде цилиндра радиуса R, ось вращения которого отстоит от приемно-передающего

5 коллектора светопроводящей системы на расстоянии + Е, где Ј - технологический зазор, обеспечивающий отсутствие касания первого световода и приемно-передающего коллектора, два световода уста0 новлены в оптической насадке так, что их оптические оси совпадают с двумя взаимно- перпендикулярными диаметрами цилиндра и лежат в одной плоскости с оптической осью приемно-передающего коллектора,

5 диаметры световодов равны диаметру d приемно-передающего коллектора, длина первого световода /3... d/5..,6/, длина второго световода d/2 la R - d/2.

9

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения угла отклонения поверхности контролируемых деталей, деформаций поверхностей деталей и узлов в машиностроении. Целью изобретения является расширение области применения за счет циклического изменения потока излучения на контролируемую и образцовую поверхности и определения углового положения также и движущихся объектов. Способ осуществляется в устройстве введением оптической насадки 4, состоящей из двух световодов и зеркально отражающей образцовой поверхности, и электродвигателя 9. При вращении насадки происходит измерение неподвижных объектов, а при фиксировании насадки измеряются вращающиеся объекты. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

Фиг. 2

№

2

trT/t

Редактор В. Данко

ФигЗ Составитель В. Шабанова

Техред М.МоргекталКорректор М. Кучерявая

Ч