Устройство для измерения расстояний до объекта Советский патент 1993 года по МПК G01B7/14 

Изобретение относится к области измерительной техники, и может быть использовано при экспериментальных исследованиях машин и механизмов.

Целью данного изобретения является повышение точности измерения линейных величин посредством применения новой высокоточной измерительной схемы.

На фиг. 1 и 2 приведено заявляемое устройство; на фиг. 3 - структурная схема измерительной части заявляемого устройства,

Устройство заявляемой системы состоит из основания 1, на котором смонтированы с возможностью возвратно-поступательного перемещения измерительный шток 2. несущей измерительный наконечник 3 и осветитель 4, привод возвратно-поступательного движения, состоящий из электродвигателя 5, двухступенчатого зубчатого открытого редуктора 6 и винтовой пары - ходового винта 7 и гайки 8, установленной на измерительном штоке 2. Привод возвратно-поступательного движения имеет фрикционную предохранительную муфту 9, состоящую из двух шайб, передающих крутящий момент от зубчатого колеса, зажатого этими шайбами пружиной сжатия, на ходовой винт 7. Ходовой винт 7 установлен на двух подшипниках, смонтированных в корпусе 10 и закрытых крышками. На корпусе 10, кроме того, смонтирована ось, несущая комбинированное зубчатое колесо, передающее вращение от шестерни, закрепленной на валу электродвигателя 5, к колесу на ходовом винте. Ограничение хода измерительного штока 2 в крайних положениях осуществляется блоком выключателей 11, закрепленных на основании и состоящим из двух микропереключателей SQ1 и SQ2, взаимодействующих с головкой винта измерительного штока 2 посредством пластинчатых толкателей. Измерительный шток 2 имеет квадратное сечение и опирается на шесть подшипников, расположенных во взаимно- перпендикулярных плоскостях. Причем две группы по два подшипника установлены на осях, закрепленных на ребре 12, стационарно, а два подшипника - на осях, закреплен- ных на подпружиненных рычагах 13, установленных шарнирно на стойке 14, что устраняет зазоры и люфты и оказывает минимальное сопротивление возвратно-поступательному движению измерительного штока 2. Измерительный наконечник 3 вставляется в отверстие электроизолированного от остальных деталей устройства переходника, вклеенного во вставку, изготовленную из диэлектрического материала и, в свою очередь, вклееную в свободный конец измерительного штока 2. Для подачи .потенциала на измерительный наконечник 3 между переходником и вставкой установлен контакт, к которому подведено напряжение с блока управления. Измерительный наконечник 3 представляет собой сменный то ко проводящий наконечник, имеющий 2 модификации, в виде грибка со сферической поверхностью (рекомендуемый радиус-25 мм, с данным наконечником может производиться измерение линейных величин для сетчатых и оболочковых маложестких поверхностей) и в виде цилиндра, закрепленного перпендикулярно ползуну (рекомендуемыйдиаметр- 10 мм. Сданным наконечником возможно измерение линейных размеров до комбинированных поверхностей со сложным профилем, например до ребер большой жесткости). Крепится измерительный наконечник 3 на измерительном штоке 2 накидной гайкой. Осветитель 5 представляет собой корпус, внутри которого расположен единичный индикатор, закрытый сверху двумя пластинами, образующими между собой зазор 0,05 мм. Поток излучения единичного индикатора проникает в зазор и падает на фоточувствительную линейную микросхему, расположенную на блоке управления и служащую для преобразования оптического изображения освещенного участка в электрический сигнал. Управление электродвигателем осуществляется блоком управления двигателя 15, а преобразование оптического сигнала в

импульсный и управление работой данного преобразователя осуществляется блоком обработкой измерительной информации и управления 16. Блоки установлены на стойках и закреплены на основании шпильками. Вход блока управления двигателем 15 связан с управляющим выходом блока обработки измерительной информации и управления 16 (персональный компьютер класса 1ВМ РСXI), Блок измерительной схемы (см.фиг.З) содержит три блока: блок управления работой измерительной схемы 17, преобразователь оптического сигнала в переменный электрический сигнал 18 и. преобразователь переменного электрического сигнала в интервал времени 19. Блок управления работой измерительной схемы 17 состоит из контактного блока 20, блока запуск 21 и блока управления линейной микросхемой 22. Преобразователь оптического сигнала в переменный электрический сигнал 18 включает в себя источник света 23, щелевую диафрагму 24, измерительную линейную микросхему (линейная фоточувствительная микросхема с зарядовой связью К1200ЦЛ1) 25 и блок двойной коррелированной выборки (БДКВ) 26. Преобразователь переменного электрического сигнала в интервал времени 19 содержит генератор 27, блок

сопряжения 28, компаратор 29, два D- триггера 30, 31 и Т-триггер 32, два логиче- ских элемента И 33,34, счетчик 35, логический элемент ИЛИ 36. Причем вход блока запуска 21 связан с контактным блоком 20

и блоком сопряжения 28, выход блока запуска 21 связан с входом блока управления линейной микросхемой 22, выход блока управления линейной микросхемой 22 связан со входом измерительной линейной микросхемы 25 и С-входами триггера 30 и триггера 31, выход генератора 27 связан с входами блока управления линейной микросхемой 22 и входами логических элементов И 33 и 34, выход измерительной линейной микросхемы 25 через БДКВ.26 связан с входом компаратора 29, выход компаратора 29 связан со входом R триггера 30, входом элемента И 34, выход триггера 30 связан со входом логического элемента 33. выход логического

элемента 34 связан с Т-входом триггера 32, выход триггера 32 и выход логического эле- . мента 33 связаны со входом логического элемента ИЛИ 36, выход логического элемента ИЛИ 36 связан С входом счетчика 35,

вход R счетчика 35 связан с блоком сопряжения 28, R-вход триггера 31 связан с бло- ком сопряжения 28, выход триггера 31 связан е блоком запуска 21. Выход контактного блока 20 связан с блоком запуска 21. .Выход блока обработки информации и управления связан со входом индикатора (монитор персонального компьютера, поддерживающий работу адаптеров MDA, DGA, HGA, EGA и VGA). Алгоритм получения линейной величины состоит в следующем. На специальном столе выставляются заявляемое устройство и токопроводящая пластина, поверхность которой является плоскостью. Измеряется расстояние между заявляемым устройством и пластиной. Далее пластина перемещается на известное расстояние. Вновь измеряется расстояние между заявляемым устройством и пластиной. Отношение расстояния между двумя положениями пластины к разности показаний счетчика для этих положений определяет цену деления одного импульса. После проведения эталонного измерения проводятся измерения линейных величин. Блок обработки информации -и управления переводит количество импульсов, полученных в результате измерения, в мм и выдает на индикатор значение линейной величины.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии блок управления линейной микросхемой 22 находится в состоянии ожидания сигнала запуска, триггеры 30 и 32 и счетчик 35 сброшены. Замер линейной величины,т.е. расстояния от нулевой точки преобразователя до текущей точки осуществляется в момент замыкания электрического контакта между сменным наконечником, выдвигающимся из исходной точки, и объектом (в роли которого может выступать любая токопроводящая поверхность), находящимся в текущей точке, По сигналу от блока сопряжения измерительный шток выдвигается до соприкосновения с контролируемым изделием (проводником). В момент контакта блок запуска 2.1 запускает блок управления линеййой микросхемой 22. На выходе блока управления линейной микросхемой 22 на время вывода информации из линейной микросхемы формируется логическая 1. Передним Фронтом этот сигнал устанавливает триггер 30 в единичное состояние, который открывает вентиль 33 и пропускает импульсы от генератора 27 на счетчик 35. В момент вывода сигнала с линейки (т.е. тех ячеек линейной микросхемы, которые освещены через щель) компаратор 29 перейдет в высокое состояние и сбросит триггер 30.

Вентиль 33 закроется (таким образом, вентиль 33 был открыт на время, пропорциональное расстоянию от начала линейной микросхемы до края щели, а счетчик 35 накопил число, пропорциональное этому расстоянию). Одновременно, откроется

вентиль 34 и пропустит импульсы от генератора 27 наТ-триггер32 (делитель частоты на 2), С выхода триггера 32 импульсы с уменьшенной в два раза частотой через логический элемент ИЛИ 36 также поступают на вход счетчика (т.е. содержимое счетчика увеличивается на величину, пропорциональную полуширине щели). По окончании считывания (вывода) всех ячеек измеритель0 ной линейной микросхемы 25 триггер 31 (триггер флага) устанавливается в высокое (единичное) состояние, что сигнализирует блоку обработки информации и управления об окончании измерения. При этом в счетчи5 ке 35 находится число, пропорциональное числу элементов измерительной линейной микросхемы 25, отсчитанное от ее начала до середины засвеченного пятна. (Это дает повышение точности измерения за счет учета

0 ширины щели при колебаниях внешних условий). Когда установился триггер флага, блок обработки реверсирует привод. Затем информация считывается посредством блока сопряжения 28 из счетчика 37 в информа5 ционный вход блока обработки информации и управления, который выводит ее на табло индикатора. Счетчик и триггер 31 (триггер флага) сбрасываются (в данном случае по инициативе блока обработки информации

0 и управления) и схема готова повторить цикл измерения, Измерительный шток тем временем отходит из измеряемой поверхности, возвращаясь в свое исходное . состояние. Далее процесс измерения по5 вторяется.

Принудительный запуск (активизацией сигнала Запуск) используется для определения положения измерительного штока в любой времени при отсутствии кон0 такта, т.е. для организации обратной связи по положению измерительного штока,

В случае отсутствия сигнала о контакте измерительного штока с электрическим проводником ,в допустимом

5 диапазоне измерения или при возвращении измерительного штока в исходное состояние срабатывает блок микропереключателей и на устройство управления двигателем блока обработки информа0 ции и управления выдается сигнал об изменении движения, либо о полном останове двигателя.

Введение в заявляемое устройство подвижного в осевом направлении измери5 тельного штока вызвано тем, что данное измерительное устройство предназначено для определения линейных величин на различных поверхностях (в том числе и обладающих протяженной поверхностью малой жесткости).

Контактный блок управления в момент касания электропроводной поверхности объекта наконечником измерительного штока выдает сигнал на блок обработки информации и управления и тем самым помогает повысить точность измерения.

Блок микропереключателей ограничивает ход измерительного штока для избежания поломки редуктора и обеспечивает нахождение осветителя в пределах измерительной схемы.

Необходимость введения блока обработки информации и упраеления в состав устройства обусловлена стремлением повысить точность измерения и обеспечить возможность одновременной работы системы таких устройств.

Применение нескольких сменных измерительных наконечников расширяет технические возможности устройства: обеспечивает процесс измерения линейных величин на поверхностях комбинированных изделий, обладающих весьма жестким каркасом на котором закреплены фрагменты материала, обладающего малой жесткостью. .

Введение данной измерительной схемы в устройство обеспечивает повышение точности определения линейных величин.

Использование предлагаемого изобретения при измерении линейных величин на сетчатых и оболочковых токопроводящих поверхностях антенных зеркал большого диаметра позволит автоматизировать процесс измерения, обеспечив быструю выдачу информации, точность которой составит 0,03-0,05 мм.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я - Устройство для измерения расстояния до объекта, содержащее измерительный щуп, соединенный с ним измерительный преобразователь перемещения в электрический сигнал, реверсивный двигатель,ме- ханически связанный с измерительными щупом, блок управления двигателем и источник питания, связанный с измерительным щупом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено блоком управления измерительного преобразователя, измерительный щуп выполнен в виде штока с наконечником, разделенных слоем диэлектрика, измерительный преобразователь перемещения выполнен в виде преобразователя оптического сигнала в электрический переменный сигнал и преобразователя переменного сигнала в интервале времени, выходы блока управления измерительным преобразователем соединены с входом преобразователя оптического сигнала в переменный электрический сигнал и входом преобразователя переменного сигнала в интервал времени, первый вход блока управления измерительным преобразователем соединен с наконечником измерительного щупа, второй/третий и четвертый входы - с выходами преобразователя переменного сигнала в интервале времени..

2. Устройство по п. 1 .отличающее- с я тем, что преобразователь оптического сигнала выполнен в виде осветительной системы и последовательно соединенных фотоэлектрического преобразователей блока

двойной коррелированной выборки, выход которого является выходом преобразователя оптического сигнала,,

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- ся тем, что блок управления измерительным

преобразователем выполнен в виде контактного блока, соединенного с его выходом блока запуска и блока управления фотоэлектрическим преобразователем, соединенным с выходом блока запуска, второй вход

которого соединен с первым входом блока управления фотоэлектрическим преобразователем, а его второй выход соединен с входом фотоэлектрического преобразователя,

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что преобразователь переменного сигнала в интервал времени выполнен в виде генератора, компаратора, двух D-тригге- ров, Т-триггера, двух элементов И, элемента

ИЛИ, соединенного с его выходом счетчика, и блока сопряжения, компаратор выходом соединен с R-входом первого Р-триггера и первым входом второго элемента И, С входы D-триггера объединены с вторым входом

второго элемента И и соединены с третьим выходом блока управления фотоэлектрическим преобразователем, третий вход второго элемента И соединен с выходом генератора, а его выход - с входом Т-триггера, выход Т-триггера соединен с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого элемента И, выход первого D-триггера соединён с первым входом первого элемента И, второй

вход которого соединен с выходом генератора, а вход компаратора соединен с выходом блока двойной коррелированной выборки, входы сброса счетчика и второго D-триггера соединены е блоком сопряжения, третий и четвертый входы блока запуска соединены с блоком сопряжения, а второй выход генератора соединен с вторым входом блока управления фотоэлектри- ческим преобразователем.

/ /////7/7777 IZZ7IZniI I ilZl jT 7,

/. /

/. /

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при экспериментальных исследованиях машин и механизмов. Цель изобретения - повышение точности измерения. В устройстве, содержащем измерительный щуп, соединенный с ним измерительный преобразователь перемещения, реверсивный двигатель, блок управления двигателем и управления измерительного преобразователя, измерительный щуп выполнен в виде штока с наконечником, разделенных слоем диэлектрика, измерительный преобразователь перемещения выполнен в виде преобразователя оптического сигнала в электрический переменный сигнал и преобразователя переменного сигнала в интервал времени. 1 ил., 3 з.п. ф-лы.

ФИГо I

ФИГ. 2;