Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров нагретых деталей, заготовок, и может быть использовано при контроле проката, поковок и обечаек.

Известно, что контроль геометрических параметров обечаек (основных базовых деталей) осуществляется с помощью ручных измерительных средств - рулеток, кронциркулей и шаблонов. Все эти измерительные средства не обеспечивают необходимой точности и оперативности контроля и не позволяют осуществлять измерение обечаек в течение технологического процесса.

Известно оптико-электронное устройство, осуществляющее измерение обечаек в процессе их производства на валковых листогибочных машинах, имеющее указатель

отклонения размера детали от номинального и индикатор температуры нагретоп детали, которая необходима для введения поправки на размер детали при ее остывании.

Введение поправки осуществляется оператором с помощью таблиц или графиков, что является недостатком этого устройства.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее вибрационный сканатор с двумя свободно перемещающимися между упорами светофильтрами, фотоприемник с усилителем фототека, блок автоматической регулировки усиления, триггер Шмитта, дифференцирующую цепь, генератор периодических сигналов специальной формы, соединенный ь компаратоО

о

N5

ром, к второму входу которого подключен усилитель фототока, триггер, коммутатор, генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов.

Недостатком этого устройства является сложность выполнения генератора периодических сигналов специальной формы, так как форма импульса сигнала определяется аналитической зависимостью величины поправки на размер от температуры изделия и его номинального размера. Зависимость эта нелинейная и поэтому при проектировании таких генераторов используется кусочно-линейная аппроксимация, т. е. генератор сигналов специальной формы содержит несколько генераторов с линейно изменяющимся напряжением и схему их коммутации, что существенно усложняет изготовление этого устройства.

Целью изобретения является упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронном устройстве для измерения размеров нагретых изделий, содержащем вибрационный сканатор с упорами и двумя светофильтрами, установленными с возможностью свободного перемещения между упорами, фотоприемник с усилителем фототока, триггер Шмитта, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, а выход соединен с управляющим входом фотоприемника, генератор периодических сигналов специальной формы и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, коммутатор и счетчик импульсов, генератор периодических сигналов специальной формы выполнен в виде интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом усилителя фототока, второго и третьего коммутаторов, входы которых соединены соответственно с выходами интегрирующей цепи и усилителя фототока, одновибратора, вход которого соединен с выходом триггера Шмитта, а неинвертирующий и инвертирующий выходы соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего коммутаторов и второго триггера Шмитта, вход которого соединен с выходами второго и третьего коммутаторов, а выход- с управляющим входом первого коммутатора.

Указанное отличие позволяет значительно упростить устройство, так как функцию генератора периодических сигналов специальной формы выполняет интегрирующая RC-цепь, содержащая два простейших элемента, что значительно упрощает настройку этого устройства. Упрощение

конструкции повышает надежность оптико- электронного измерительного устройства, что очень важно, так как устройство работает в условиях высоких температур.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - время-импульсная диаграмма, поясняющая работу устройства,

Устройство представляет собой вибратор 1, совершающий колебания с помощью

0 генератора 2. На свободном конце вибратора 1 закреплен фотоприемник 3. Амплитуда колебаний фотоприемника ограничена упорами 4, которые кроме стабилизации амплитуды позволяют получить также линейный

5 закон движения фотоприемника, т. е. сканирования, а следовательно, и линейную характеристику измерительного устройства. Перед фотоприемником 3 установлен составной светофильтр 5, состоящий из двух

0 светофильтров с различными полосами пропускания и с линией раздела, перпендику- лярной направлению сканирования. Составной светофильтр 5 установлен на вибраторе 1 с помощью упругой пластины 6,

5 имеющей период собственных колебаний больше периода собственных колебаний вибратора 1. Пластина 6 позволяет светофильтру 5 свободно перемещаться в направлении сканирования и в диапазоне,

0 ограниченном упорами 7, жестко соединенными с вибратором 1. Спектральные полосы пропускания светофильтров подобраны таким образом, что при стабилизации светового потока, проходящего через первый

5 светофильтр, величина светового потока, проходящего через второй светофильтр, не превышает величину светового потока первого светофильтра во всем диапазоне температур нагретого изделия.

0 К усилителю 8 фототока, соединенному с фотоприемником 3 и сопротивлением нагрузки RH, подключен блок автоматической регулировки усиления (АРУ), состоящий из пик-детектора 9, задатчика 10, которые сое5 динены с входами дифференциального усилителя 11, который кроме функции усиления выполняет также функцию элемента сравнения. Выход дифференциального усилителя соединен с фотоприемником 3 К

0 усилителю 8 фототока подключен триггер 12 Шмитта, к которому в свою очередь подключен одновибратор 13 длительностью т который запускается фронтом импульса с триггера 12 Шмитта. Выход усилителя фото5 тока соединен через интегрирующую RC- цепь 14 и первый коммутатор 15, управляющий вход которого соединен с неинвертирующим выходом одновибратора 13, а также через второй коммутатор 16, управляющий вход которого соединен с инвертирующим выходом одновибратора 13, с триггером 17 Шмитта. Выход триггера 17 Шмитта соединен с управляющим входом третьего коммутатора 18, включенного между генератором 19 тактовых импульсов и счетчиком 20 импульсов.

При работе устройства вибратор 1 с фотоприемником 3 совершает возвратно-поступательное движение по линейному закону SCK, (диаграмма 21, фиг. 2), преобра- зуя пространственное распределение осве- щенности в плоскости изображения обьектива во временное. При изменении направления движения вибратора за счет сил инерции составной светофильтр 5 сме- щается относительно фотоприемника 3 в диапазоне, ограниченном упорами 7, и таким образом происходит автоматическая смена светофильтров перед фотоприемником 3, а следовательно,и спектральной по- лосы пропускания светового потока Смена светофильтров происходит с некоторым запаздыванием, длительность которого зависит от величины расстояния между упорами 7. Сигнал с усилителя фототока Уф (диаграм- ма 22, фиг. 2) имеет ступенчатую форму.

Светофильтры подобраны таким образом, чтобы напряжение первой ступени в заданном интервале температур было меньше напряжения второй ступени импульса. Импульсы напряжения с усилителя 8 фототока поступают на пик-детектор 9 с временем разряда, превышающим период сканирования Таким образом, с пик-детектора на инвертирующий вход дифференци- ального усилителя 11 поступает постоянное напряжение, равное напряжению второй ступени импульса. На неинвертирующий вход дифференциального усилителя поступает постоянное напряжение с задатчика 10, с которым сравнивается напряжение пик-детектора.

При изменении температуры изделия изменяется напряжение импульсов, поступающих на пик-детектор 9, и отклонение напряжения от заданного усиливается дифференциальным усилителем 11, который в свою очередь изменяет напряжение питания фотоприемника 3 так, что напряжение второй ступени импульса остается постоян- ным. Напряжение первой ступени импульса UC1 определяется температурой изделия. Сигнал с усилителя 8 фототока поступает на вход триггера 12 Шмитта с порогом срабатывания Ur.op, с выхода которого пря- моугольные импульсы с постоянной ампли-i тудой DTI (диаграмма 23, фиг 2) и длительностью, определяемой положением границы изделия относительно оптической оси, фронтом запускают одновибратор 13с

длительностью г(диаграмма 24, фиг. 2). Одновибратор 13 неинверсным выходом через первый коммутатор 15 на время г к усш si- телю 8 фототока подключает интегрирующую цепь 14, г по истечении этого времени цепь отключается и сигнал проходит, минуя ее через второй коммутатор 16, который управляется инвертирующим выходом одно- вибратора 13, на триггер 17 Шмитта. Таким образом, на вход триггера 17 Шмитта поступает сигнал U (диаграмма 25, фиг. 2), у которого более пологий фронт и следовательно импульс на выходе триггера 17 Шмитта - Ui2 имеет меньшую длительность, чем импульс на выходе триггера 12 Шмитта - Un (диаграмма 26, фиг. 2) на величину, определяемую температурной поправкой.

Автоматический ввод температурной поправки осуществляется следующим образом. При уменьшении температуры изделия согласно закону Голицына-Вина максимум излучения сдвигается вправо по спектру и, хотя с уменьшением температуры поток излучения уменьшается, за счет блока АРУ, который повышает чувствительность фотоприемника, напряжение первой ступени увеличивается. Форма фронта импульса при подключении интегрирующей цепи описывается уравнением:

U Uci(1 - ), где т RC постоянная времени цепи.

Подставив в это уравнение U Uroo, определяют момент срабатыванию тригг°- ра Шмитта по формуле

At -rln fUl,,Un°P

Uci

а величина температурной поправки определяется выражением Д D К At, где К - коэффициент, определяемый скоростью сканирования и коэффициентом передачи оптической системы.

В свою очередь, напряжение первой половины импульса определяется темперагу- рой изделия по формуле Uci . Параметры светофильтров и интегрирующей цепи Р2С2 подбираются таким образом, чтобы зависимость AD(T) была близка к линейной в заданном интервале температур.

С помощью сопротивления R изменяется величина поправки в зависимости от номинального размера изделия и сопротивление градуируется непосредственно в величинах номинальных размеров. Затем длительность импульса, пропорциональная отклонению размера от номинального, приведенному к нормальным температурным

условиям, преобразуется в цифровой код. Коммутатор 18 на время длительности импульса подключает к счетчику 20 импульсов генератор 19 тактовых импульсов (диаграмма 26, фиг. 2). Результат измерения с счетчика импульсов может быть непосредственно введен в ЭВМ.

При внедрении оптико-электронного устройства для измерения размеров деталей химнефтеапларатуры. изготавливаемых в нагретом состоянии, исключается повторный технологический цикл, так как повышается точность измерений и размер изделия в пределах допуска соответствует номинальному. Кроме того, с повышением точности изготовления деталей повышается производительность сборочных и монтажных работ, а также эксплуатационные показатели химнефтеаппаратуры.

Формула изобретения Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее вибрационный сканатор с упорами и двумя светофильтрами, установленными с возможностью свободного перемещения между упорами, фотоприемник с

усилителем фототока, триггер Шмитта, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, а выход соединен с управляющим входом фотоприемника, генератор периодических сигналов специальной формы и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, коммутатор

и счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции устройства, генератор периодических сигналов специальной формы выполнен в виде интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом усилителя фототока, второго и третьего коммутаторов, входы которых соединены соответственно с выходами интегрирующей цепи и усилителя фототока, одновибратора, вход которого соединен с

выходом триггера Шмитта, а неинвертирующий и инвертирующий выходы соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего коммутаторов, и второго триггера Шмитта, вход которого соединен с

выходами второго и третьего коммутаторов, а выход соединен с управляющим входом первого коммутатора.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Целью изобрете- .ния является упрощение устройства. Вибрационный сканатор выполнен в виде вибратора 1 с закрепленным на его свободном конце фотоприемником 3, совершающего колебания с помощью генератора 2 в диапазоне амплитуды, ограниченном упорами 4. Перед фотоприемником 3 установлен на упругой пластине 6 составной светофильтр 5 с различными спектральными полосами пропускания. Электронный тракт устройства обеспечивает обработку сигнала с выхода усилителя 8 фототока, входом соединенного с выходом фотоприемника 3, предоставляющего собой результат преобразования пространственного распределения освещенности в плоскости анализа во временное. Положительный эффект достигается за счет того, что функцию генератора периодических сигналов специальной формы в устройстве выполняет интегрирующая RC-цепь 14, содержащая два простейших элемента. 2 ил.

7

Фиг.}

&

Ш

i

|сч с:

3