Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для измерения геометрических параметров нагреваемых изделий, например проката, покооок и т.п.

В металлургии и машиностроении широко применяются оптико-электронные импульсные сканирующие измерительные устройства контроля размеров нагретых изделий.

Точность измерения указанных устройств зависит от динамического диапазона потока излучения, который зависит, в свою очередь, от диапазона температур изделия. Существующие методы уменьшения погрешностей измерений размеров от изменений потока излучения чувствительны к помехам.

Известны адаптивные оптико-электронные помехоустойчивыеустройства, параметры которых автоматически устанавливаются в зависимости от поступающей информации как от внешней среды, так и от самого устройства.

Однако эти устройства применены для задач распознавания образов и поэтому применить их для улучшения метрологических характеристик не представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является оптико- электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее вибрационный сканатор, преобразователь положения кромки нагретого изделия и блок автоматической стабилизации уровня шумов, который состоит из дифференцирующей цепи, ждущего мультивибратора, коммутатора, пикового детектора, выходного преобразователя и электромагнитного привода с успокоителем.

Недостатком известного устройства является ограниченная точность измерений, . которая обусловлена неточностью установки положения маски щелевой диафрагмы из-за трения и люфтов в направляющих электромагнитного привода, автоколебательным режимом системы автоматического регулирования размера щели из-за гистерезиса и люфтов в электромагнитном приводе, так как блок стабилизации является системой автоматического регулирования, что приводит к колебаниям подвижной маски диафрагмы, малой постоянной времени успокоителя электромагнитного привода по сравнению с теплоемкостью крупногабаритного изделия, что приводит к колебаниям маски щелевой диафрагмы из-за отклонения температуры по поверхности изделия, например из-за окалины и т.д. при вращении

или перемещении в процессе его изготовления,

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в

оптико-электронном устройстве для измерения размеров нагретых изделий, содержащем вибрационный сканатор, последовательно соединенные фотоприемник, усилитель с бло0 ком автоматической регулировки усиления, индикатор и блок автоматической стабилизации уровня шумов, состоящий из триггера Шмитта, дифференцирующей цепи, ждущего мультивибратора, коммутатора, пикового

5 детектора, выходного преобразователя, представляющего собой дифференциальный усилитель с задатчиком уровня шумов, и исполнительного механизма, последний выполнен в виде консольной биметалличе0 ской пластины, на свободном конце которой установлена маска щелевой диафрагмы, и нагревательного элемента, закрепленного на пластине и соединенного с выходным преобразователем.

5Исполнительный механизм, выполненный на базе биметаллической пластины, не содержит трущихся деталей, что позволяет ему с более высокой точностью регулировать положение маски щелевой диафрагмы, и име0 ет большую по величине постоянную времени, обусловленную теплоемкостью пластины и позволяющую уменьшить колебания размера щели из-за непостоянства коэффициентаизлу- чательной поверхности нагретого изделия.

5 Кроме того, выполнение исполнительного механизма в виде биметаллической пластины позволяет повысить надежность устройства и уменьшить его габариты, так как предложенный исполнительный механизм

0 имеет меньшее количество элементов и не содержит трущихся деталей.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - время-импульсная диаграмма, поясняющая его работу.

5 Устройство содержит (фиг.1) объектив 1, вибрационный сканатор, состоящий из зеркала 2 с рычагом 3, установленных с возможностью качания вокруг некоторой оси, пружины 4, соединенной с рычагом 3, упоров

0 5 и генератора 6 с электромагнитом, являющегося источником колебаний зеркала 2, исполнительный механизм, состоящий из щелевой диафрагмы, выполненной в виде не5 подвижной и подвижной масок 7 и 8 и установленной в плоскости изображения объектива 1, биметаллической пластины 9, на свободном конце которой закреплена подвижная маска 8, упора 10м нагревательного элемента 11, закрепленного на биметаллической пластине 9, последовательно соединенные фотоприемник 12, установленный за щелевой диафрагмой, усилитель 13 фототока и блок автоматической стабилизации уровня шумов с выходным преобразователем, состоящий из последовательно соединенных триггера 14 Шмитта, вход которого является входом блока, дифференцирующего звена 15 и одновибратора 16, коммутатора 17, вход которого объединен с входом триггера 14 Шмитта, а управляющий вход соединен с выходом одновибратора 16, пикового детектора 18. вход которого соединен с выходом коммутатора 17, задатчика 19 и дифференциального усилителя 20, входы которого соединены соответственно с выходами пикового детектора 18 и задатчика 19, а выход, являющийся выходом блока, соединен с нагревательным элементом 11, блок автоматической регулировки усиления, состоящий из пикового детектора 21, вход которого является входом блока и соединен с выходом усилителя 13 фототока, задатчика 22 и дифференциального усилителя 23, входы которого соединены соответственно с выходами пикового детектора 21 и задатчика 22, а выход, являющийся выходом блока, соединен с входом фотоприемника 12, и индикатор 24 отклонения размера, входом соединенный с выходом триггера 14 Шмитта.

Устройство работает следующим образом.

Зеркало 2 совершает колебательное движение в диапазоне, ограниченном упорами 5. Рычаг 3 является также участком маг- нитопровода электромагнита генератора 6. Изображение кромки изделия совершает колебательное движение относительно щелевой диафрагмы, за которой установлен фотоприемник 12. Таким образом, пространственное распределение освещенности в плоскости изображения обьектива 1 преобразуется во временное и на выходе усилителя 13 фототока образуются импульсы напряжения 1)ф (диаграмма 25 на фиг.2). Импульсы напряжения с усилителя 13 фототока поступают на пиковый детектор 21, с постоянной времени, превышающей период развертки. С выхода пикового детектора 21 на один из входов дифференциального усилителя 23 поступает постоянное напряжение, равное максимальному напряжению импульса Уф. На второй входдифференциаль- ного усилителя 23 поступает постоянное задающее напряжение с задатчика 22. При измерении температуры изделия изменяется амплитуда импульсов, поступающих на пиковый детектор 21, и отклонение амплитуды от заданной усиливается усилителем 23, который, в свою очередь, изменяет напряжения питания и чувствительность фотоприемника 12 так,

чтобы максимальное значение импульса было постоянным UCTL Сигнал с усилителя 13 фототека поступает на вход триггера 14 Шмитта с-порогом срабатывания Unop.. с еы- хода которого прямоугольные импульсы UT с постоянной амплитудой и длительностью, определяемой положением границы изделия относительно оптической оси (диаграмма 26

на фиг.2), поступают на дифференцирующее звено 15. Отрицательный импульс дифференцирующего звена 15, определяемый задним фронтом импульса UT, запускает одновибратор 16 (диаграмма 27 на фиг.2) с

длительностиЮ т . Импульс одновибраторэ 16 Ц. с помощью коммутатора 17 вырезает из выходного сигнала усилителя 13 фототока промежуток времени, в течение которого на его выходе отсутствует сигнал, а имеются

только шумы (диаграмма 28 на фиг.2). Максимальное значение напряжения шумов преобразуется в постоянное напряжение с помощью пикового детектора 18, а затем сравнивается с заданным задатчиком 19 в

усилителе 20. Например, если уровень шумов превысит ист2, усилитель 20 усиливает эту разницу, и постоянное напряжение поступает на нагревательный элемент 11, который нагревает биметаллическую пластину

9. Пластина 9 при нагревании за счет различных коэффициентов температурного расширения материалов пластины изгибается, увеличивая размер диафрагмы и поток излучения, поступающий на фотоприемник

12, до тех пор, пока уровень шумов не будет превышать 11Ст2. Упор ограничивает размер щелевой диафрагмы по минимуму. Таким образом, при работе устройства параметры его автоматически выбираются такими, чтобы

было постоянным напряжение импульса фототока UCT и отношение сигнал/шум, равное UCT.1/UcT2.

При использовании оптико-электронного измерительного устройства повышается

точность измерения обечаек в процессе калибровки, что исключает повторный цикл производства (повторная калибровка связана с дополнительными затратами трудовых и материальных ресурсов). При повышении

точности изготовления обечаек повышается также производительность труда при сборке химнефтеаппаратуры, так как уменьшается время, необходимое для индивидуальной подгонки обечаек п ри их сборке. Кроме того,

при повышении точности изготовления улучшаются эксплуатационные характеристики химнефтеаппаратуры.

Формула изобретения Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее

вибрационный сканатор, последовательно соединенные фотоприемник, усилитель фототока, блок автоматической стабилизации уровня шумов с выходным преобразователем и индикатором, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, а выход соединен с входим фотоприемника и исполнительный механизм с маской щелевой диафрагмы,

связанный с выходным преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, исполнительный механизм выполнен в виде консольной биметаллической пластины и закрепленного на ней нагревательного элемента, соединенного с выходным преобразователем, а маска щелевой диафрагмы закреплена на свободном конце пластины.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности зз счет исключения погрешностей, связанных с использованием для исполнительного механизма электромагнитного привода Тепловое излучение от измеряемого изделия, пройдя объектив 1 и отразившись от зеркала 2 вибрационного сканатора, попадает через щелевую диафрагму на фотоприемник 12, на выходе которого формируется последовательность импульсов, несущая полезную информацию о положении границы изделия, получаемого в результате обработки в электронном тракте устройства. Положительный эффект достигается путем выполнения исполнительного механизма в виде консольной биметаллической пластины 9 с закрепленным на ней нагревательным элементом 11, на свободное конце которой жестко закреплена диафрагма. Такая конструкция обладает существенными преимуществами перед электромагнитным приводом, не содержит трущихся деталей и имеет большую постоянную времени 2 ил цл ftfeOS, CJ

Uст. 1 25И,

27

Ua

л

h

fe-

Фиг.,

тт

t

з.