Устройство для измерения координат точек по линии на плоскости Советский патент 1992 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в координатно-измерительных машинах для измерения геометрических размеров изделий, а также при контроле геометрии элементов полотна антенной решетки.

Известно устройство для измерения геометрических параметров обьектов, содержащее излучатель, светоделительпую систему, фотоприемники и схему усиления сигнала,

Известны устройства для бесконтактного измерения линейных размеров, содержащие источники света, щелевую диафрагму, развертывающий цилиндр, фогоприемник и блок измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения линейных размеров деталей, содержащее каретку, датчик, установленный на каретке, измерители перемещения каретки, блок вычисления.

Недостатками указанного устройства являются низкая точность измерения линейных размеров объекта (погрешность измерения равна ±0-0,3 мм и определяется суммой двух составляющих: погрешностью измерения положения контактного датчика и погрешностью измерения перемещения каретки); невозможность определения границ объекта. Кроме того, устройство не позволяетопределятьразмерыкрупногабаритных изделий, вследствие ограниченного хода каретки.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения зависимости величины погрешности от геометрических размеров изделия и уменьшения погрешности при определении положения датчика над границей перемещения (изделия).

Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее датчик, установленный на каретке с возможностью ее перемещен ия вдоль линии измерения координаты, и блок вычисления, введены последовательно соединенные СВЧтенера- тор, сдвоенный направленный ответвитель, фазовый дискриминатор, выход которого подключен к блоку вычисления, приемопередающая антенна, подключенная к входу- выходу сдвоенного направленного ответвителя, блок установки точки отсчета, вход которого подключен ко второму выходу сдвоенного направленного ответвителя, а выход соединен со вторым входом фазового дискриминатора, а также последовательно соединенные модулятор и отражающая антенна, закрепленная на каретке блок формирования сигнала положения, вход

которого подключен к выходу датчика, а выход соединен со вторым входом блока вычисления, причем приемопередающая антенна и отражающая антенна расположены на одной оптической оси, а датчик выполнен в виде оптического датчика границы перемещения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурные

0 схемы блока вычислений и блока формирования сигнала положения; на фиг.З - геометрические расположения элементов датчика относительно линии перемещения каретки; на фиг.4 - схема включения датчи5 ка границы перемещения; на фиг.5- эпюры напряжения, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 границы перемещения, установленный на каретке 2,

0 последовательно соединенные генератор 3 СВЧ, сдвоенный направленный ответвитель 4 и фазовый дискриминатор 5, выход которого подключен к входу блока 6 вычислений,- приемопередающую антенну 7, подключен5 ную к входу-выходу сдвоенного направленного ответвителя 4. блок 8 установки точки отсчета, вход которого подключен к второму выходу сдвоенного направленного ответвителя 4, а выход соединен с вторым входом

0 фазового дискриминатора 5, а также последовательно соединенные модулятор 9 и отражающую антенну 10, закрепленную на каретке 2, блок 11 формирования сигнала положения, вход которого подключен к вы5 ходу датчика 1, а выход соединен с вторым входом блока 6 вычислений, причем приемопередающая антенна 7 и отражающая антенна 10 расположены на одной оптической оси. Датчик 1 границы перемещения 0 оптической представляет собой расположенные в одной плоскости излучатель и два фотоприемника (см.фиг.З); фотоприемники расположены на линии направления движения каретки и включены в мостовую схему

5 (см.фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

От генератора 3 СВЧ высокочастотные немодулированные колебания поступают в

0 сдвоенный направленный ответвитель 4, где часть их мощности ответвляется в опорный канал, а остальная часть поступает на приемопередающую антенну (ППА) 7. ППА 7 излучает волну в сторону отражающей ан5 тенны 10, расположенной на каретке 2, где с помощью модулятора 9 осуществляется модуляция по амплитуде частотой 1 кГц. и отражение в обратную сторону. Принятые ППА 7 промодулированные СВЧ-колебэния. несущие информацию о фазе, пропорциопальмой расстоянию между антеннами, потупают через сдвоенный направленный от- ветвитель 4 на первый йход фазового дискриминатора 5, из опорного канала поступает немодулированный СВЧ-сигнал, который проходит через блок 8 установки точки отсчета (БУТО). Принцип указанного фазового метода измерения основан на сравнении модулированного и немодулированного СВЧ-сигналов. Для этого модулируется отраженный сигнал посредством модулятора 9, представляющего собой НЧ- генератор, выход которого подключен к р-1- п диоду, находящемуся в волноводном отрезке отражающей антенной 10 и согласованной нагрузкой.

p-i-n диод открывается и закрывается с частотой 1 кГц. В открытом состоянии p-i-n диод отражает СВЧ-сигнал. Фазовый дискриминатор 5 является балансным (суммарно-разностным) фазовым дискриминатором, в нем СВЧ-сигналы из измерительного и опорного каналов вектор- но складываются и вычитаются, затем суммарный и разностный сигналы детектируются и продетектированные сигналы в свою очередь вычитаются. Составляющая выходного сигнала с частотой 1 кГц оказывается пропорциональной амплитуде сигнала, приходящего из измерительного канала, и синусу угла, р авного фазовому сдвигу между СВЧ несущими сигналами, приходящими из измерительного и опорного каналов. Следовательно, независимо от амплитуды входных высокочастотных сигналов низкочастотный сигнал на выходе фазового дискриминатора (ФД) 5 равен нулю, если фазовый сдвиг между высокочастотными сигналами равен нулю.

Сигнал рассогласования, полученный с ФД 5, пропорционален геометрической длине между ППА 7 и отражающей антенной 10 или между двумя точками на прямой линии. Таким образом, величина этогосигнала прямо пропорциональна разности координат двух точек измерения. Координату одной точки можно взять за опорную, что эквивалентно нормировке, с помощью БУТО 8, роль которого выполняет фазовращатель. После установки датчика над опорной нулевой точкой с помощью фазовращателя сводят величину рассогласования к нулю. Сигнал рассогласования, полученный при перемещении каретки, будет, таким образом, пропорционален координатам последующих точек только первой опорной.

Сигнал с фазового дискриминатора 5 (амплитуда его пропорциональна величине перемещения каретки) поступает-непрерывно в блок 6 вычисления, где выделяется

только сигнал, несущий информацию о координате, соответствующей определенной границе перемещения (начало или конец изделия 12). Это происходит следующим обра- 5 зом. При прохождении датчика над началом или концом изделия 12 (границы перемещения) на выходе измерительного моста появляется сигнал рассогласования Up, максимум которого соответствует границе

0 перемещения. Сигнал рассогласования поступает в блок 11 формиросания сигнала положения, где формируется короткий импульс UM в линейном масштабе, соответствующиймаксимумусигнала

5 рассогласования (см.фиг.4). Ширина импульса определит погрешность измерения границы перемещения. Короткий импульс поступает в блок 6 вычисления, где происходит выделение сигнала с фазового дискри0 минатора 5, несущего информацию о координате границы перемещения (см.фиг.5). При перемещении каретки 2 на расстояние, равное половине длины СВЧ- излучения (А/2), сигнал с фазового дискри5 минатора 5 изменяется от нулевого значения до максимального (см.фиг.5). Если расстояние между приемопередающей антенной 7 и отражающей антенной 10 изменяется более чем на А/2, то сигнал с

0 фазового дискриминатора 5 проявляет периодический характер с периодом, равным А/2. Длятого, чтобы устранить неоднозначность измерений, в блоке 6 вычисления с помощью схемы подсчета периодов осуще5 ствляется подсчет количества полуволн ( А/2) при перемещении каретки (см.фиг.3). Сигнал со схемы подсчета периодов складывается в сумматоре с сигналом со схемы выделения сигнала координаты, прошед0 шим во время прихода на схему выделения сигнала координаты сигнала положения каретки (границы перемещения). Таким образом, с сумматора на индикатор поступает сигнал, амплитуда которого характеризует

5 абсолютную координату границы перемещения каретки, т.е. координату точки пересечения линии перемещения датчика с границей объекта. При необходимости, измерив координаты двух точек, характеризу0 ющих начало и конец объекта, можно по разности координат определить линейный разрез объекта по линии перемещения датчика.

Формула изобретения

5Устройство для измерения координат

точек по линии на плоскости, содержащее датчик, установленный на каретке с возможностью ее перемещения вдоль линии измерения координаты, и блок вычисления, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно соединенными генератором СВЧ, сдвоенным направленным ответвителем и фазовым дискриминатором, выход которого подключен к входу блока вычисления, приемопередающей антенной, подключенной к входу-выходу сдвоэнного направленного ответвителя, блоком установки точки отсчета, вход которого подключен к второму выходу сдвоенного

0

направленного ответвителя, а выход - к второму входу фазового дискриминатора, последовательно соединенными модулятором и отражающей антенной, закрепленной на каретке, и блоком формирования сигнала положения, вход которого подключен к выходу датчика, а выход - к второму входу блока вычислений, приемопередающая и отражающая антенны расположены на одной оптической оси, а датчик выполнен в виде оптического датчика границы перемещения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в координатоизмерительных машинах для измерения геометрических размеров изделий, а также при контроле геометрии элементов полотна антенной решетки. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения зависимости величины по( грешности от геометрических размеров изделий и уменьшения погрешности при определении положения датчика над границей перемещения (изделия). От генератора 3 СВЧ немодулированные колебания поступают в сдвоенный направленный ответви- тель 4, где часть-их мощности ответвляется в опорный канал, а остальная часть поступает на приемопередающую антенну (ППА) 7, которая излучает волну в стороны отража ю- щей антенны 10, расположенной на каретке 2. где с помощью модулятора 9 осуществляется модуляция по амплитуде и отражение в обратную сторону. Принятые промодули- рованные СВЧ-колебания, несущие информацию о фазе, поступают через ответвитель 4 на первый вход фазового дискриминатора (ФД) 5, на второй вход которого из опорного канала поступает немодулированный СВЧ- сигнал. ФД 5 является балансным, в нем СВЧ-сигналы из измерительного и опорного каналов векторно складываются и вычитаются, затем суммарный и разностный сигналы детектируются и вычитаются. Сигнал с ФД 5 непрерывно поступает в блок 6 вычисления, где выделяется сигнал несущий ин- формациюо координате. 5 ил. te VI V4 Ч) Ю

т т

и

f

Фп

I/ ГЦI

@& ucf

U fe.3

/о

Ш1

Фп

cf

0/7

Дания

перемещения каретки