Оптический датчик Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля линейных размеров изделий цилиндрической формы типа вал. а также линейных перемещений.

Известно устройство, содержащее источник излучения, первый гибкий световод в ходе лучей, отражаемых от объекта, второй гибкий световод, фотоприемник, регистрирующий прибор и насадку, скрепленную С общим концом обоих гибких световодов.

Однако известное устройство имеет невысокую точность за счет влияния погрешностей, связанных с состоянием отражающей поверхности изделия (шероховатость,

общая загрязненность изделия и тому подобное).

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель Достигается тем, что оптический датчик, содержащий источник излучения, первый гибкий световод в ходе лучей, отражаемых от изделия, второй гибкий световод, фотоприемник, регистрирующее устройство и насадку, скрепленную с общим концом обоих гибких световодов, содержит вторую пару гибких световодов с общей насадкой, расположенной соосно с насадкой первой пары гибких световодов в плоскости, перпендикулярной оси контроXI

сл со го

ON

XI

лируемого изделия, второй излучатель и второй фотоприемник, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с выходами обоих фотоприемников, а выход - с входом регистрирующего устройства.

На чертеже представлена схема оптического датчика.

Оптический датчик содержит источник 1 (1.1 и 1.2) излучения, два осветительных гибких световода 2(2.1 и 2.2). Два приемных гибких световода 3 (3.1 и 3,2), на одном конце каждой пары которых имеется насадка 4 (4,1 и 4.2). Насадки 4,1 и 4.2 расположены соосно друг с другом и эталонным 5 и контролируемым б изделиями. Вторые концы световодов 3.1 и 3.2 соединены с парой фотоприемников 7 и 8 соответственно. Выход фотоприемника 7 соединен с одним из выходов блока 9 вычитания, второй вход которого соединен с блоком 10 стабилизированных напряжений. Выход фотоприемника 7 и блока 9 вычитания соединены с дифференциальным усилителем 11, выход которого соединен с регистрирующим блоком 12. Кроме того, оптический датчик содержит устройство 13 базирования, на котором устанавливают эталонное 5 и контролируемое 6 изделия,

Сигнал с фотоприемника (напряжение) Ui можно представить следующим образом:

Ui Uhi+Uai .

(1)

где Uhi - полезная составляющая сигнала, зависящая от расстояния между насадкой и отражающей поверхностью изделия;

Dai - помеха, связанная с шероховатостью отражающей поверхности.

Согласно данным исследований величина этой погрешности существенна и зависит от материала изделия и качества обработки поверхности.

Тогда сигнал с второго канала, установленного соосно первому:

Uz UhZ+Uu2 .

(2)

где Uha и U - аналогичные в (1) составляющие сигнала.

Если теперь Ui и U2 подать на выходы дифференциального усилителя 11, то на его выходе будет сигнал

Ди( Uhi-Uh2 )+(иД1-Ц 2 )

(3).

Так как величина погрешностей от шероховатости и общей загрязненности поверхности для конкретной отражающей поверхности может считаться постоянной

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

(она может меняться при переходе к другому экземпляру изделия), то второе слагаемое в скобках в (3) равно нулю, т.е. сигнал на выходе дифференциального усилителя пропорционален разности полезных составляющих сигналов, связанных только с расстояниями от насадок до отражающих поверхностей. Если обеспечить при базировании неизменность, например, расстояния hi и, следовательно, УЫ, то изменение h2(Uh2) будет связано с изменением размера между отражающими поверхностями. При этом измерение будет выполнено с компенсацией погрешностей от шероховатости и общей загрязненности отражающих поверхностей,

Эталонная деталь 5 с нормальным значением диаметра и заданной шероховатостью поверхности устанавливается на устройство 12 базирования между насадками 4.1 и 4.2 осветительных 2 1 и 2.2 и приемных 3.1 и 3.2 световодов 1.1 опорного 1 и измерительного 1.2 каналов. Базированием предусмотрено неизменное расстояние hi от торцов насадки 4.1 опорного канала до точек А и А1 эталонной 5 и измеряемой деталей. Базированием также предусмотрено перемещение насадки 4.2 измерительного канала относительно поверхности эталонной детали 5 вдоль измерительной оси для получения идентичных сигналов на выходе фотоприемников (ФПУ1 и ФПУ11), 7, 8,

Если сигналы ФПУ1 и ФПУ11 равны по величине, то блок 9 вычитания работает как повторитель напряжения, и на входы дифференциального усилителя (ДУ) 11 поступают равные сигналы, о чем свидетельствует нулевой уровень на выходе ДУ. В случае невозможности механической регулировкой добиться идентичности сигналов на входе ДУ, в измерительном канале предусмотрена более плавная регулировка при помощи блока 10 стабилизированных напряжений (БСН) и блока 9 вычитания (БВ). Изменяя напряжение на выходе БСМ, добиваемся идентичности сигналов на входе ДУ. Если в измерительный зазор между насадками 4.1 и 4.2 световодов аналогично поместить измеряемую деталь с индивидуальной шероховатостью и общей загрязненностью поверхности, а также диаметром, отличающимся в ту или иную сторону от нормального размера, то на выходе ДУ появится сигнал, пропорциональный отклонению в размере.

Поскольку зазор hi от поверхности детали до торцов световодов опорного канала остался неизменным, то изменение сигнала на выходе ФПУ1 будет только за счет шероховатости и общей загрязненности измеряемой детали, В измерительном канале изменение сигнала произойдет из-за разницы линейных размеров деталей, а также из-за индивидуальной шероховатости и загрязненности измерительной детали

Поскольку Uhi const то учитывая (3), получаем

( Uh2).

т.е. сигнал на выходе ДУ 10 пропорционален изменению размеров деталей независимо от шероховатости поверхности.

Задача повышения качества продукции предусматривает внедрение метрологического обеспечения на всех этапах производства. Важным звеном ее решения является создание высокоточных средств измерений, которое возможно включать в технологические процессы контроля, в том числе активного. Согласно исследованиям величина погрешностей от шероховатости - значительная величина. Поэтому устранение указанной погрешности за счет ее компенсации путем вычитания сигналов двух каналов в дифферениальном усилителе позволит существенно повысить точность оптического датчика.

Формула изобретения Оптический датчик, содержащий две оптоэлектронные системы, каждая из которых выполнена в виде источника излучения и фотоприемника, и схему сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения

0 точности измерений, он снабжен двумя парами гибких световодов с общей насадкой в каждой мере, блоком регистрации, и базирующим элементом, насадки установлены соосно по разные стороны от поверхности

5 базирующего элемента, одна из них жестко связана с базирующим элементом и установлена на фиксированном расстоянии от поверхности базирования, а другая - с возможностью перемещения, пары световодов

0 оптически сопряжены с соответствующими источниками излучения и фотоприемниками, выходы фотоприемников подключены к входам схемы сравнения, выполненной в виде дифференциального усилителя, выход

5 схемы сравнения связан с блоком регистрации.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешности от перемещения вала в пространстве. Цель достигается тем, что датчик снабжен базирующим элементом, позволяющим исключите 1 лИя е прост1Ш ствен- ного перемещения. Таким образом информацией ны сигнап лз еняегся только от изменения размера изделия Кроме того, за счет дифференциальной конструкции датчика исключается влия ние изменения шероховатости поверхности изделия. 1 ил. сл с

Измерительная ось