Фотоэлектрическая система измерения ширины диафрагмы Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

1

(21)4698233/28 (22) 14,04.89 (46)23.09.92. Бюл. №35

(71)Производственное обьединение Завод Арсенал

(72)Л.В.Борисюк, В.А.Коваленко и А.И.Ось- мак

(56) Афанасьев В.А. Оптические измерения. -М: Недра, 1968.

Смирнов П.М. ОМП, 1980, № 8, с. 60.

Литвак В.И. Фотоэлектрические датчики в системах контроля, управления и регулирования, М.: Наука, 1966, с. 194-195.

Г

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯЪИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ШИРИНЫ ДИАФРАГМЫ (57) Изобретение относится к контрольно- измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем фотоприемники 2 и 3 и привод 4, привод 4 выполнен в виде поворотного стола, а фотоприемники 2 и 3 расположены на различном расстоянии от центра вращения привода 4. 4 ил.

И

А.

л

С

vi

о GJ

00 00 00

Фиг Л

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при контроле линейных размеров щелей на диафрагмах различного назначения.

Известно измерение линейных размеров (штрихов, диафрагм) визуальными микроскопами. Микроскоп фокусируют на один край щелч, а после этого перемещают его (либо при малых размерах щели отсчет ведут по сетке микроскопа) на другой край щели и снимают отсчет по линейной шкале (Афанасьев В.А. Оптические измерения. - М: t-.едра, 1968). Метод трудоемкий, требует известных навыков оператора. Ошибка объясняется субъективностью наведения на щель и субъективностью снятия отсчета тем или иным оператором. Метод имеет низкую производительность, так как необходимо делать ьручную большое количество операций.

Разработано устройство полуавтоматического измерения ширины щели Установка для измерения ширины штриха, щели, содержащая отсчетное устройство, устройство перемещения детали, а отсчетное устройство выполнено в виде визуального микроскопа. Недостатком является визуальный микроскоп, что снижает точность измерения.

Известно устройство контроля, описанное в книге В.И.Литвак Фотоэлектрические датчики в системах контроля, управления и регулирования и взятое нами за прототип, Прототип содержит источник подсвета, датчик скорости контролируемого изделия Ьоюприемника ФД1 и Фд2), первый генератор, привод движения контролируемого изделия, два фотоприемника и измерительный блок.

Прототип устраняет недостатки аналогов, так как реализуется возможность измерения ширины в автоматическом режиме, Однако прототипу присущ недостаток, заключающийся в узком диапазоне измеряемой ширины, ограниченный снизу размерами фотоприемников.

Целью предлагаемого изобретения является расширение диапазона измерения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг, 1 представлена блок- схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема, поясняющая суть реализованного в устройстве способа измерения; на фиг. 3 - вид поворотного стола устройства; на фиг. 4 - циклограмма измерения углов, с помощью которых определяется ширина В.

Здесь 1 - поворотное устройство, с жестко закрепленным датчиком угла поворота поворотного стола 2. Имеется стол 3, на котором выполнены отверстия для крепления детали 9, Деталь (зона L) непрозрачна, стол (зона Е) прозрачен. На детали (зона С) выполнена измеряемая щель шириной В. Под столом жестко закреплен источник

излучения 4, оптически связанный через контролируемую деталь 9 с двумя фотоприемниками 6 и 7, жестко закрепленными на общем основании 5. Выходы фотоприемников 6 и 7 подключены к измерительному

блоку 8. Выход датчика угла поворота поворотного стола также подключен к измерительному блоку 8. Расстояние от оси вращения поворотного устройства 1 до фотоприемников 6 и 7 соответственно равны

ОА RI, ОБ R. При этом выполнено условие Ri - R2 К1 const. X1 О1 Y1 - система координат поворотного устройства, a XOY - система координат проверяемой детали. Системы координат XOY и X1 О1 Y1 установлены друг относительно друга с некоторым установочным эксцентриситетом Јуст, который обозначен 00 . Индексом Б обозначено положение фотоприемника 6, когда фотоприемник 7 пересекает переднюю

кромку измеряемой диафрагмы. Через Б обозначено положение, когда р0 0, т.е. Б перемещается в Б . Действительно, зная RI и R2, К1 легко определить

(ро arccos(Ki2 + R22 - К1 )/2RiR2 (1)

Поэтому для вычисления В AM всегда удобно положить р0 0. Кроме того, полезно отметить, что для случая, когда р0 О, его легко учесть в алгоритме определения В.

Углы р, р2.,р2 Углы, образованные фотоприемниками при пересечении ими передней и задней кромок щели диафрагмы. Из фиг. 2 видно, что дуги АА1 и Б Б1 из-за конечной величины начального установочного эксцентриситета детали относительно оси вращения поворотного устройства (ОО1) не равны. На фиг. 4 показаны эпюры, поясняющие суть измерения углов. Углы измеряются посредством суммирования

импульсов датчика угла поворота поворотного стола NI. Показан процесс самокалибровки собственно самого датчика угла поворота поворотного стола, заключающийся в предварительном определении цены

импульса датчика угла поворота поворотного стола.

Работа устройства происходит следующим образом.

Деталь 9 произвольно устанавливают в

одно из отверстий стола 3, Включают подсистемы. Поворотное устройство 1 совместно с датчиком угла поворота поворотного стола 2 приводится во вращение. Излучение источника 4, попадая на стол 1 и деталь 9, мрдулируется прозрачной щелью С, ширину

которой необходимо измерить. Модулированное излучение поступает на два фо- топриемника 6 и 7, разнесенных на фиксированное расстояние К1. Поскольку фотоприемники 6 и 7 жестко закреплены на общем основании 5, которое неподвижно относительно корпуса поворотного устройства 1, расстояние центра вращения поворотного устройства (точка О) до центров фотоприемников 7 и 6 величина вполне определенная и принята соответственно ОА RI, ОБ R2. Импульсы UA и УБ сформированы соответственно по переднему и заднему краю измеряемой щели на диафрагме. Импульсы формируются в измерительном блоке 8, а на второй его вход поступает последовательность импульсов датчика угла поворота поворотного стола 2 (икл). В общем случае UA и DB произвольно расположены относительно друг друга. Из рассмотрения фиг. 2 понятно, что искомая ширина диафрагмы В может быть определена на MAP как:

Б PAsiruiMPA.

Понятно, что величина РА и/ МРА. входящие в приведенные выражения, могут быть легко определены посредством измеренных углов ро, f), pi, fa, и радиусов RI и R2, вводимых в расчет как константы. Угол (р0 всегда может быть сведен к нулю или принят постоянным. Углы yi,/52, рз легко измеряются (см. фиг. 4) посредством интегрирования импульсов датчика угла поворота поворотного стола NJ на интервалах, заданных фотоприемниками 7 и 6.

Если RI R2 + К , то из ранее сказанного р0 0, а в любом другом случае уз0 определяется из уравнения (1) по известным Ri. R2, К1 . Тогда В будет равно из фиг. 2: R-i Ra sin (уз уч)

В

X

R2 sin (йз + R;sin

Ri X

42 sm (p2

Ri2 + R22-2 Ri R2COs / 2 С помощью датчика угла поворота поворот- ного стола предварительно определяется

0

5

0

5

0

5

0

5

значение р KNj, (p - угол на i-м интервале, К - цена периода сигнала датчика угла поворота поворотного стола. К 2 я/N, где №я количество импульсов, накопленное на угле 2 тг, NI - количество импульсов датчика угла поворота поворотного стола, накопленное на i-м угловом интервале. К определяется на угле 2 л:, который может задаваться либо по передним фронтам импульса фотоприемника 7 или 6, либо по задним фронтам тех же импульсов. К можно определять и по середине импульсов последовательности UA и UE. Важно, что № должно быть определено на угле 2 л, так как любой из указанных признаков определяет угол 2 лгпри полном обороте. Поворотное устройство 1 приводится в исходное состояние.

Таким образом, измерив /э, и зная постоянные RI. легко автоматизировать процесс измерения ширины различных диафрагм.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает расширение диапазона измерения ширины диафрагм за счет устранения нижнего предела измеряемой ширины.

Формула изобретения

Фотоэлектрическая система измерения ширины диафрагмы, содержащая источник излучения, два фотоприемника, предназначенные для оптической связи с источником излучения через контролируемую диафрагму, привод движения диафрагмы, датчик движения диафрагмы и измерительный блок, входы которого подключены к выходам фотоприемников и датчика движения диафрагмы соответственно, отличающая- с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, привод движения диафрагмы выполнен в виде поворотного стола, датчик движения диафрагмы выполнен в виде датчика угла поворота пово-ротного стола, фотоприемники расположены на различном расстоянии от оси вращения поворотного стола.

Им

V

Фие.2

Фие.З