Устройство для автоматического определения положения и центровки оптического волокна в наконечниках соединителя Советский патент 1993 года по МПК G01B21/00 

00

о ел чэ

Изобретение относится к средствам измерения и контроля в оптоэлектронике. Целью изобретения является повышение производительности центровки за счет автоматизации процессов определения положения волокна и его центровки. Наконечник 3 с волокном 4 фиксируется в центрирующей подвижке 2, установленной на станине обрабатывающего станка, свободный конец волокна 4 освещается осветителем 1. Свет проходит через волокно 4 и оптический преобразователь 6, закрепленный в шпинделе станка и вращающийся вместе с ним, и попадает в поле зрения телекамеры 5, где преобразуется в телевизионный электрический сигнал. Автоматизация процессов определения положения и центровки волокна обеспечивается с помощью блока 8 определения координат сердцевины волокна, в котором осуществляется дешифровка телевизионного информационного сигнала ел с

GJ

с выхода телекамеры 5, вычисление координат центра светового, координат центра вращения оптического преобразователя 6 и величина отклонения первого из указанных центров относительно второго в декартовой

привода 10 центрирующей п рабатывающей указанное отк цесс осуществляется цикличе совпадения центра светового ром вращения оптического п

системе координат и двухкоординатного ля. 19 ил. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к оптоэлектро- нике и предназначено для использования в качестве цифрового автоматического устройства, определяющего положение сердцевины оптического волокна в наконечниках соединителя и центрирующего соединительный наконечник относительно этой сердцевины.

Целью изобретения является повышение производительности центровки за счет автоматизации процессов определения положейия сердцевины волокна в наконечнике относительно оси вращения обрабатывающего инструмента и его центровки в соединительном наконечнике. -

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока определения координат сердцевины волокна; на фиг. 3 - упрощенная конструкция оптического преобразователя луча по первому варианту; на фиг. 4 - электрическая схема датчика положения преобразователя луча по первому варианту; на фиг, 5 - упрощенная конструкция оптического преобразователя луча по второму ва- рианту; на фиг. 6 - электрическая схема датчика положения преобразователя луча по второму варианту; на фиг. 7 - упрощенная конструкция оптического преобразователя луча по третьему варианту; на фиг. 8электрическая схема датчика положения преобразователя луча по третьему варианту; на фиг. 9 - структурная схема электропривода обрабатывающего станка; на фиг. 10 функциональная схема узла отработки отклонений (для одной координаты) двухкоординатного привода центрирующей подвижки; на фиг. 11 -функциональная схема узла выделения синхросигналов; на фиг. 12

- функциональная схема узла выделения ин- формационныхсигналов; на фиг. 13-функциональная схема коммутатора; на фиг. 14

- функциональная схема формирователя импульсов; на фиг. 15 - функциональная схема узла периферийного ОЗУ; на фиг. 16

- функциональная схема схемы управления режимами работы ОЗУ; на фиг, 17 - функциональная схема блока управления; на фиг. 18 - пример положения световых пятен в

привода 10 центрирующей подвижки 2, отрабатывающей указанное отклонение. Процесс осуществляется циклически до полного совпадения центра светового пятна с центром вращения оптического преобразоватеплоскости измерения; на фиг, 19-ход лучей в оптическом преобразователе, объясняющий процесс разделения светового потока.

Устройство для автоматического определения положения и центровки оптического волокна в наконечниках соединителя (фиг. 1) содержит осветитель 1, центрирующую подвижку 2 для закрепления наконечника 3 с волокном 4 и телекамеру 5, устанавливаемых на станине станка для обработки наконечника, оптический преобразователь 6, закрепляемый в шпинделе станка, и блок видеоконтроля 7, вход которого соединен с выходом телекамеры, центрирующая подвижка, оптический преобразователь и телекамера расположены по ходу луча от осветителя, блок определения координат сердцевины волокна 8, блок управления 9, двухкоординатный привод центрирующей подвижки 10 и датчик положения оптического преобразователя 11, информационный 12 и первый 13, второй 14 и третий 15 управляющие входы блока определения координат соединены, соответственно, с выходом телекамеры 5 и первым 16, вторым 17 и третьим 18 выходами блока управления 9, синхронизирующий 19, первый 20 и второй 21 управляющие и информационный 22 выходы соединены, соответственно, с первым 23 и вторым 24 входами блока управления и управляющим 25 и информационным 26 входами привода центрирующей подвижки 10, первый 27 и второй 28 выходы датчика положения оптического преобразователя 11 соединены, соответственно, с третьим 29 и четвертым 30 входами блока управления, четвертый 31 и пятый 32 выходы которого предназначены для подключения к соответствующим входам привода шпинделя станка.

Блок определения координат сердцевина волокна (фиг. 2) выполнен в виде узла выделения информационного сигнала 33, информационный вход которого является одноименным входом блока, узла периферийного ОЗУ 34 входы шины данных 35 которого соединены, соответственно, с выходами шины данных 36 узла выделения информационного сигнала, вычислителя 37,

входы шины данных 38 которого соединены, соответственно, с выходами шины данных 39 узла периферийного ОЗУ, информационные выходы 22 образуют одноименный выход блока, и узла выделения синхросигналов 40, информационный вход которого объединен с одноименным входом узла выделения информационного сигнала, первый 41 и второй 42 выходы соединены, соответственно, с первым 43 и вторым 44 входами узла выделения информационного сигнала 33, управляющий вывод 45 которого соединен с первым управляющим входом 46 узла периферийного ОЗУ 34, второй управляющий вход 47 которого соединен с первым управляющим выходом 48 вычислителя, третий 49, четвертый 50 и пятый 51 управляющие входы являются управляющими входами блока, управляющий выход 52 соединен с первым управляющим входом 53 вычислителя, второй управляющий вход 54 которого объединен с пятым управляющим входом узла периферийного ОЗУ, второй 21 и третий 20 управляющие выходы вычислителя являются управляющими выходами блока, второй выход узла выделения сихросигнала является также синхронизирующим выходом блока.

Оптический преобразователь б совместно с датчиком положения 11 и приводом станка образуют единый узел, который в зависимости от принципа работы оптической части может быть выполнен в нескольких вариантах.

Оптический преобразователь по первому варианту (фиг. 3, фиг. 4) выполнен в виде объектива 55, оптическая ось которого совпадает с осью вращения шпинделя 56, и флуоренсцирующей метки 57, прикрепляемой к шпинделю и расположенной перед объективом, а датчик положения оптического преобразователя выполнен в виде двух пар взаимно чувствительных элементов 58 м 59, закрепляемых на поверхностях шпинделя 56 и станины 60 через 180° относительно оси вращения шпинделя.

Оптический преобразователь по второму варианту (фиг. 5, фиг. 6) выполнен в виде расположенных по ходу луча объектива 55, оптическая ось которого не совпадает с осью вращения шпинделя 56, призмы 61 и линзы 62, а датчик положения оптического преобразователя выполнен в виде трех пар взаимно чувствительных элементов 58 и 59, закрепляемых на поверхностях шпинделя и станины, две пары из которых расположены через 180° относительно оси вращения шпинделя.

Оптический преобразователь по третьему варианту (фиг, 7, фиг. 8) выполнен в виде

расположенных по ходу луча объектива 55, оптическая ось которого не совпадает с осью вращения шпинделя 56; и призмы 61, а датчик положения оптического преобразователя выполнен в виде пяти задающих элементов 58, закрепляемых на поверхности шпинделя, четыре из которых расположены через 90° относительно оси вращения шпинделя, и трех воспринимающих элемен0 тов 59, закрепляемых на поверхности станины, два из которых расположены через 90° относительно той же оси.

В качестве осветителя 1 в устройстве может быть использован любой источник

5 света, например, лампа накаливания.

В качестве центрирующей подвижки 2 можно использовать четырехкулачковый патрон с независимым перемещением кулачков (ГОСТ 3890-82), позволяющий пере0 мещать обрабатываемый наконечник в трех плоскостях.

В качестве приводного двигателя может быть использован синхронный редукторный двигатель (синхронный двигатель с электри5 ческой редукцией), скорость вращения которого определяется частотой следования импульсов, поступающих в статорную обмотку. Функциональная схема такого привода (фиг. 9) включает в себя генератор

0 импульсов двух частот 63, переключающий элемент 64, усилитель мощности импульсов 65 и собственно двигатель 66.

Телекамера 5 и видеоконтрольное устройство 7 (фиг. 1) совместно представляют

5 собой промышленную телевизионную установку, например, типа ПТУ-43. Телекамера устанавливается непосредственно за оптическим преобразователем.

В качестве чувствительных элементов

0 датчика положения преобразователя 11 могут использоваться элементы чувствительные к взаимному расположению друг относительно друга, например, пара маг- нит-геркон, в которой задающим элемен5 том является магнит, а воспринимающим - геркон.

Двухкоординатный привод подвижки 10 состоит из двух идентичных приводов, каждый из которых выполнен на основе ша0 гового двигателя. Функциональная схема привода (фиг. 10) включает в себя шаговый двигатель 67, редуктор 68 и цифровую схему управления 69, состоящую из триггера 70, счетчика 71, генератора опорной частоты

5 72, элемента сравнения кодов 73, счетчика циклов 74, инвертора кода цикла 75, коммутатора 76, дешифратора 77 и выходных усилителей мощности импульсов управления 78. Все перечисленные элементы схемы могут быть выполнены на микросхемах одной

из промышленных серий, например, К561, К555 или К155. Усилители 78 могут быть выполнены на транзисторных ключах.

Узел выделения синхросигналов 40 может быть выполнен по схеме, пред ставлен ной на фиг, 11. Он включает в себя два компаратора аналоговых сигналов 79 и 80, фильтр 81 и логический элемент И-НЕ 82. Компараторы можно реализовать на основе микросхем серии К597, фильтр - основе RS-цепей.

Узел выделения информационных сигналов 33 может быть собран по схеме, представленный на рис. 12. Он содержит два D-триггера 83 и 94, компаратор аналогового сигнала 85, два n-разрядных счетчика 86 и 87, генератор опорной частоты 88, коммутатор цифровых сигналов 89, логические элементы И 90, ИЛИ 91, 92 и НЕ 93, 94 и 95, а также три формирователя импульсов заданной длительности 96, 97 и 98. Все элементы узла могут быть реализованы (за исключением компаратора 85) на соответствующих микросхемах, например, серий К561, К555, К155. Генератор опорной частоты - по традиционной схеме кварцевого мультивибра- тора; коммутатор 89 - на микросхемах К155ЛН6 (или аналогах) по схеме приведенной на рис. 13; формирователи импульсов 96, 97 и 98 - на микросхемах К155АГЗ, по схеме приведенной на рис. 14. Компаратор аналоговых сигналов 85 может быть реализован на основе быстродействующего компаратора в интегральном исполнении, например, К597САЗ.

Функциональная схема узла перифе- рийного ОЗУ 34 (фиг. 15) включает в себя схему блокировки записи в ОЗУ 99, схему управления режимами работы ОЗУ 100, счетчик адреса 101, схему контроля адреса 102, запоминающие элементы ОЗУ 103, вы- ходной коммутатор 104, логический элемент И 105.

Схема управления режимами работы ОЗУ может быть реализована, например, как показано на фиг. 16. В качестве элемен- тной базы для реализации узла периферийного ОЗУ могут быть использованы соответствующие микросхемы, например, серии К155: счетчика адреса 101 - К155ИЕ7; запоминающих элементов ОЗУ 103 - К155РУ7. Коммутатор 104 может быть реализован на основе микросхемы К155ЛН6, по схеме приведенной на фиг, 13.

В качестве вычислителя 37 могут быть использованы микроконтролеры, управляю- щие микроЭВМ или другие вычислительные устройства, обладающие возможностью приема, обработки и выдачи данных.

Блок управления (фиг. 17) состоит из двоичного счетчика 126 и дешифратора 127

RS-триггера 128 и D-триггеров 129, 132, логических элементов 2И-ИЛИ 130, И 131...133, ИЛИ 134...136 и инвертора 137. Все элементы блока могут быть реализованы на соответствующих микросхемах.

Процесс определения положения и центровки сердцевины волокна в наконечнике соединителя заключается в следующем. Обрабатываемый наконечник 3 с волокном фиксируется в центрирующей подвижке 2, а свободный конец волокна освещается осветителем 1. Свет из зафиксированного в подвижке 2 торца волокна поступает на вращающийся оптический преобразователь 6 и пройдя через него, попадает в поле зрения телекамеры 5, где преобразуется в телевизионный электрический сигнал. Сигнал с телекамеры поступает на видеоконтрольное устройство 7, которое позволяет визуально наблюдать положение светового пятна в плоскости телекамеры, и блок определения координат сердцевины волокна 8, в котором производится дешифрация телевизионного сигнала, вычисление координат центра светового пятна, координат центра вращения оптического преобразователя и отклонение центра светового пятна относительно центра вращения оптического преобразователя в декартовой системе координат. Полученное значение отклонений по осям X и Y подаются на двухкоординатный привод 10 центрирующей подвижки и отрабатываются им. После отработки отклонений снова производится замер координат положения центра светового пятна блоком 8, вновь определяется отклонение его положения относительно центра вращения оптического преобразователя и по этому отклонению снова производится корректировка положения наконечника. Процесс центровки продолжается до тех пор, пока центр вращения оптического преобразователя луча 6 и центр светового пятна не совпадут, т.е. величина отклонений по координатам X и Y будет равна нулю. После этого блок определения координат 8 выдает команду на окончание процесса центровки и запускает станок на механическую обработку поверхности соединительного наконечника.

Блок определения координат сердцевины волокна работает следующим образом. Полный телевизионный сигнал с выхода телекамеры 5 поступает на вход 12 блока (фиг. 2) и далее на вход узла выделения информационных сигналов 33 и узла выделения синхросигналов 40.

В узле 40 производится выделение из полного телевизионного сигнала кадровых и строчных импульсов. В узле 33 производится выделение из полного телевизионного сигнала видеосигнала, соответствующего положению в полукадре изображения световых пятен. На выход 45 узла выдается номер каждой строки растра, в которой имеется видеосигнал, и расположение этого ви- деосигнала в строке, начиная от начала этой строки, в цифровом виде. Моменты выдачи информации о положении световых пятен стробируются импульсами на выходе 36.

Цифровая информация из узла 33 в те- чение полукадра записывается в узел периферийного ОЗУ 34, где и хранится, и откуда считывается в память вычислителя 37.

После считывания данных из периферийного ОЗУ, вычислитель 37 определяет координаты цен- трое световых пятен, координаты центра вращения световых пятен, координаты центра вращения обрабатывающего инструмента и отклонение центров вращения световых пятен и обрабатывающего инструмента. Полученныезначения отклонений центров выдаются из вычислителя по информационной шине 22 надвухкоординатный привод 10.

Режимы работы узла периферийной ОЗУ 34 и вычислителя 37 задает блок управления 9 (по входу 13 устанавливает счетчик адреса ОЗУ в исходное состояние; по входу 14 определяет режим записи данных в ОЗУ; по входу 15 определяет режим считывания данных из ОЗУ и производит запуск вычислителя). Алгоритм работы вычислителя оп- ределяется конструкцией и принципом работы оптического преобразователя 6.

Процесс выделения кадровых и строчных импульсов из полного телевизионного сигнала осуществляется путем компариро- вания этого сигнала компаратором 79 (фиг. 11). Опорный сигнал Uoni в компараторе устанавливается таким, чтобы он находился приблизительно на середине уровня синхросигналов полного телевизионного сигна- ла, при этом на выходе компаратора формируется смесь кадровых с врезками и строчных импульсов, причем в местах присутствия кадровых импульсов скважность импульсов за счет врезок приближается к 0,9, а в местах отсутствия - к 0,1. Смесь поступает на RC-фильтр, который сглаживает врезки в кадровом синхроимпульсе и строчные синхроимпульсы. Сглаженный сигнал синхросмеси поступает на компара- тор 80, в котором опорный сигнал U0n2 устанавливается таким, чтобы не захватывались пульсации от сглаженных импульсов. На выходе компаратора формируется кадровый синхроимпульс, а на выходе элемента 82 строчные синхроимпульсы, т.к. кадровый синхроимпульс запирает элемент в момент существования врезок в синхросмеси.

Узел выделения информационных сигналов начинает свою работу по приходу на

вход 44 (фиг. 12) кадрового синхроимпульса, при этом триггер 83 и счетчик координаты Y 86 устанавливаются в нулевое состояние. Далее после прихода на вход 43 каждого строчного синхроимпульса счетчик 86 увеличивает свое состояние на единицу, а триггер 83 устанавливается по входу С в нулевое состояние. Если в строке присутствует видеосигнал пятна, то в момент появления этого видеосигнала компаратор 85 переключается и устанавливает по входу S триггер 83 в единичное состояние. Очередной строчный синхроимпульс прежде чем сбросить триггер 83 в нулевое состояние, проходит через элемент 90 на формирователь 96, который по переднему фронту синхроимпульса формирует импульс длительностью порядка 100...200 не. Этот импульс открывает коммутатор 89, который передает на шину 45 информацию с выходов счетчика 86 и в виде строба сопровождения информации проходит на выход 36 для записи ее в узел периферийного ОЗУ.

Информация о положении светового пятна в строке относительно начала строки формируется следующим образом. Каждый строчный синхроимпульс на входе 43 устанавливает триггер 84 и счетчик координаты X 87 в нулевое состояние. После окончания синхроимпульса счетчик 87 начинает подсчитывать импульсы от генератора 88. В момент, когда в телевизионном сигнале появляется видеосигнал светового пятна и компаратор 85 переключается, первый же импульс генератора 88 переключает триггер 84 и формирователь 97 формирует импульс длительностью 100...200 не, который включает по второму управляющему входу коммутатор 89, передавая на шину 45 информацию с выхода счетчика 87, и виде строба поступает на выход 36. Координата X конца светового пятна формируется при переключении компаратора 85 (в момент исчезновения видеосигнала светового пятна). В этом случае триггер 84 переключается в нулевое состояние, а формирователь 98 формирует импульс. Этот импульс снова разрешает выдачу на шину 45 информации с выходов счетчика 87. Если в строке световое пятно отсутствует, то информация на выход узла не выдается.

Таким образом на выход узла выделения информационных сигналов в течение полукадра выдаются коды номеров строк, в которых имеется сигнал светового пятна (координаты Y), и коды моментов канала и конца светового пятна в строке (координаты X).

Частота импульсов генерируемых генератором 88 может находиться в пределах 10..,20 МГц. Генератор собран по одной из традиционных схем.

Коммутатор 89 (фиг. 13) и формирователи 96, 97, 98 (фиг. 14) выполнены по общепринятым схемам и особенностей в работе не имеют.

Узел периферийного ОЗУ 34 служит для приема, временного хранения и передачи вычислителю37 информации, поступающей от узла выделения информационных сигналов 37. Узел работает в двух режимах: а) приема и хранения информации; б) выдачи информации. Оба режима узел реализует под управлением блока управления 9.

Режим приема и хранения информации начинается с поступления команды на вход 49 (фиг. 15) от блока управления 9 на обнуление счетчика адресов ОЗУ 101, После обнуления счетчика 101 на вход 50 поступает команда длительностью в один полукард на прием информации из узла 33. По этой команде элементы памяти ОЗУ 103 переводятся из режима хранения информации в режим чтения информации (лог. О на выходе 114 схемы 100) и открывается элемент 99 для передачи стробирующих импульсов от узла 33 (импульсы поступают на вход 35). По приходу каждого стробирующего импульса информации присутствующая на входах 46 записывается в ячейки ОЗУ 103 (на выходе 113 схемы 100 появляется сигнал лог. О, переключающий элементы ОЗУ 103 в режим записи информации), После окончания стробирующего импульса счетчик 101 увеличивает свое состояние на единицу. Таким образом вся информация, выдаваемая узлом 33 в течении одного полукадра (или одного кадра) записывается в ячейки ОЗУ. После снятия команды на входе 50 узел 34 переводится в режим хранения информации.

Для перевода узла периферийного ОЗУ в режим выдачи информации с блока управления выдается команда на вход51. Этой же командой вычислитель 37 переводится в режим приема информации.

Команда по входу 51 поступает на вход 108 схемы 100 (фиг. 16) и своим передним фронтом устанавливает триггер 120 в состояние лог. 1 (импульс проходит через дифференцирующую RC-цепь и формирователь 125), переводит элементы памяти 103 в режим чтения (выход 113) и отпирает элемент И 119, разрешающий передачу команды от вычислителя 37 (вход 47, фиг. 15) на выдачу информации на шину данных вычислителя. Так как основные разновидности вычислителей имеют 8-разрядную шину данных, то триггер 120 совместно с коммутатором 104 (фиг. 15) организует выдачу информации двумя байтами: сначала выдается младший

байт, а по следующей команде - старший байт.

Команда от вычислителя проходит через элементы И 105 и 119, и с выхода последнего - на вход разрешения чтения ОЗУ 103 (выход 114 схемы 100), на вход разрешения передачи младшего байта информации (выход 111 схемы 100) и на счетный вход счетчика 120. Во время действия команды на

0 шине данных вычислителя 37 присутствуют данные младшего байта, которые и сосчитываются вычислителем.

В момент окончания команды триггер 120 переключается и подготавливает к

5 включению коммутатор 104 на передачу старшего байта информации. В момент присутствия на входе 47 новой команды от вычислителя сосчитывается старший байт данных, а в момент окончания этой команды

0 снова переключается триггер 120, подготавливая к передаче через коммутатор младший байт информации, и переключается счетчик адреса 101, уменьшая значение адреса на единицу, Такой порядок считывания

5 адреса 101 не обнулится. После того, как сосчитывается информация с ячеек ОЗУ с нулевым адресом, счетчик переключается в состояние с логическими единицами на выходах, при этом срабатывает схема совпаде0 ния 102, запирает элемент 105, и в виде команды окончания считывания данных (выход 52, фиг. 15) передается в вычислитель 37 для перевода его в новый режим работы. Команда от блока управления 9 на считыва5 ния данных с ОЗУ (вход 15) снимается после окончания полукадра.

Алгоритм работы вычислителя 37 и блока управления 9 зависит от конструкции и принципа действия оптического преобразо0 вателя луча 5.

Для оптического преобразователя луча выполненного по первому варианту (фиг. 3) алгоритм определения координат отклонения центра сердцевины оптического волок5 на от центра вращения шпинделя 56 заключается в следующем. Предварительно освещается флоуресцирующая метка 57 и запускается приводной двигатель станка командой от блока управления на тихий

0 ход. В момент, когда воспринимающие элементы датчиков положения преобразователя 59 замыкаются задающими элементами на блок управления 9 выдается команда (выходы 27 и 28, фиг. 4), останавливающая дви5 гатель станка и шпиндель 56 в этом положении. Далее по команде блока управления 9 блоком определения координат 8 измеряются и передаются в вычислитель координаты световых пятен от волокна и флу- оресцирующей метки. Метка подбирается

таких размеров, чтобы ее световое пятно было больше по размерам светового пятна и легко идентифицировалось. Далее по команде от блока управления шпиндель 56 преобразователя поворачивается на 180° и останавливается в таком положении. Снова определяются координаты световых пятен и передаются в вычислитель,

Для получения координат отклонений центра оптического волокна от центра вращения шпинделя вычислитель должен выполнить следующие операции.

v 1 ЈX2i +Хц Aic - - 2.

т 1 2

Yjc

-.- атм« )

где m - число строк растра, сформировавших изображения для первого измерения и соответствующие значения Y|C, Xic, YJC , XjC - для второго измерения (так как световое пятно волокна неподвижно, то должны выполняться условия YJC YJC , XjC XjC .

v Yic + Y |c , у Xic + X jc

8 -о i 8 - о

и определить величину отклонения центра светового пятна волокна относительно центра вращения шпинделя по формулам

AY YJC-YB, AX XJC-XB.

Значения A Y и АХ являются задающими воздействиями для двухкоординатного привода 10 центрирующей подвижки 2.

Процесс центровки заканчивается при 5 выполнении условия A Y 0 и АХ 0.

Для оптического преобразователя луча, выполненного по второму варианту (фиг. 5) процесс определения координат начинается с установки исходного состояния преобразо0 вателя, при котором все три воспринимающих элемента (фиг. 6) датчика положения окажутся замкнутыми. В этом положении преобразователя производится первое измерение координат положения двух свето5 вых пятен, полученных путем разделения светового потока следовавшего из оптического волокна, закрепленного в наконечнике, объективом 55 и призмой 61. На фиг. 19 показан ход лучей, объясняющих процесс

0 разделения светового потока. Дополнительная линза 62, установленная после призмы 61, служит для измерения размеров одного из световых пятен с целью упрощения процесса идентификации пятен

5 вычислителем 37.

После окончания первого измерения двигатель по команде от блока управления поворачивает преобразователь на 180°. При этом замыкается только два восприни0 мающих элемента датчика 11 размещенных через 180° и команда на блок управления выдается по выходу 28 (фиг. 6). По этой команде производится второе измерение координат пятен, после чего вычислитель

5 производит вычисление отклонения координат положения центра вращения световых пятен относительно центра вращения преобразователя. Для этого вычислитель должен выполнить следующие операции.

0

0 3. Определить координаты центра вращения одного и второго пятен по формулам

55

v Yjc f Y ic у Xic b X ic b - n i b - о

Y(j Yjc+YJC .

относительно центра вращения второго пятна по формулам

AY YB -YB, AxB xB -Хв.

Полученные значения ДУ и ЛХ являются отклонением центра светового пятна относительно центра вращения шпинделя. Процесс измерения положений световых пятен и центровки продолжается до тех пор, пока значения AY и ДХ не станут равными нулю, т.е. центры вращения первого и второго пятен не совпадут. На видеоконтрольном устройстве 7 в этом случае при вращении преобразователя будут наблюдаться две концентрические окружности.

В третьем варианте оптического преобразователя луча (фиг. 7) также производится раздвоение светового потока поступающего от центрируемого волокна. Однако, так как. оптическая система преобразователя содержит только объектив 55 и призму 61, то в плоскости телекамеры оба световых пятна будут иметь приблизительно одинаковые размеры, что значительно ухудшает условия индентификации пятен.

Для определения положения центров вращения пятен в этом случае необходимо производить три замера координат световых пятен, определить в каждом замере первое и второе пятно и далее определить координаты центров вращения пятен отклонения этих центров друг относительно друга.

Процесс измерения координат световых пятен начинается с установки преобра- зователя в исходное состояние, при котором все три воспринимающих элемента оказываются замкнутыми (фиг, 8). В этом положении преобразователя производится первое измерение координат пятен. Далее оптический преобразователь поворачивается на 90° и производится второе измерение координат пятен. Далее преобразователь снова поворачивается на 90° и производится третье измерение координат пятен. Упорядочивание информационных массивов для этого варианта преобразователя целесообразно производить после каждого измерения, т.к. при этом значительно уменьшается требуемый объем памяти вычислителя. После каждого измерения вычис- литель сохраняет в памяти только координаты центров световых пятен, вычисленный по формулам (1), т.е. YIC; X-IC; YJC; Xjc - для первого измерения, (У| с, XjC , Y/c, XjC - для второго измерения, Yic , Xfc, YJC , Xjc - для третьего измерения. Причем принадлежность полученных координат первому или второму пятну неизвестна. Далее вычислитель должен выполнить следующие операции.

а) возможные центры вращения первого пятна первого измерения, используя формулы

ч/| Yi Xic + X lc

b -п i л О - о 1

ч/ II Vie Y l c v и Xic + X j c . Y ь ---2-- A ь --2--

15

б) радиусы преполагаемых окружностей, которым принадлежит первое пятно первого измерения

20 (Yb-Yic)2+(xb-Xic)2 , (YB-Yic)2+(xk-Xic)2:

25

в) радиусы преполагаемых окружностей, для пятен второго измерения

RB(l)V(Yb-Y|c)2+(xfe-X c)2,

RB(2)V(Yb-Ylc)2+(xb-xlc)2,

R B(3)Y(Yfe -Ylc)2 +(Хв -Xic)2 ,

RB( Y(Yk-Yic)2+(xk-xic)2;

г) принадлежность пятен каждого измерения, исходя из равенства радиусов ,(IJ RB Rs(2), RB Rs(3) или RB Rs(4) (если

выполняется равенство RB RB(1)), то центром окружности является точка с координатами YB , Хв и ей принадлежат пятна с координатами центров (YjC, Xic), (Yic , Xic), (Yic, Xic); если RB Re(2), то центр окружности имеет координаты (Yg , Xfi ,) и ей принадлежат пятна (Yic, Xic), (Yjc, X1jc), (Yic, Xic); если RB Нв(з) то координаты центра окружности (YB, Хв О. и ей принадлежат пятна (YiC, Xic), ( , Xit), (Yjc, Xjc); если RB Re(4), то координаты центра окружности (Ye1, Хв) и ей принадлежат пятна (Yic, Xic), (YjC , Xj c), (Yjc, XjC f), для каждого из рассмотренных случаев оставшиеся три пятна принадлежат второй окружности, центр которой имеет координаты для первого и второго случаев

(YB (Yjc + Yjc )/2, Хв ( + Xjc )/2 и ( (Yjc + Yii )/2, Хв ( + Xic )/2 - для третьего и четвертого случаев, проверка правильности определения принадлежности пятен осуществляется по равенству радиусов второй окружности

RlNYCvS-Yjcf+CxHf-Xjc)2 Y(YBl-Yf(j)C)2-KX&l-Xi(j)c)2

AY-YB2-YB1, АХ ХВ2-Хв1.

Полученные значения A Y и АХ являются удвоенной величиной отклонения центра оптического волокна относительно центра вращения шпинделя. Волокно в наконечнике считается отцентрированным, если АУ ОиАХ 0.

Изменение положения наконечника в плоскости центровки двухкоординатным приводом 10 осуществляется по значениям A Y и АХ, причем привод перемещения наконечника по координате Y отрабатывает значение A Y, а привод по координате X - А X. Оба привода идентичны (фиг. 10) и работают поочередно. Значение отклонений A Y и АХ выставляются вычислителем на входную шину 26 приводов последовательно во времени, например, сначала A Y, потом АХ. Порядок может быть и другим.

Рассмотрим, например, отработку отклонения по координате Y. В исходном состоянии триггер 70 установлен так, что поддерживает счетчики 71 и 74 в нулевом состоянии, а дешифратор 77 - в выключенном состоянии. В этом случае на обмотки шагового двигателя 67 импульсы напряжения не подаются.

После выдачи на шину 26 кода отклонения, знаковый разряд отклонения, поступающий на коммутатор 76, подключает к дешифратору 77 прямой или инверсный код с выхода счетчика 74, определяя этим направлением вращения шагового двигателя 67. После поступления на вход 25 команды на запуск привода триггер 70 опрокидывается и разрешает счетчиком 71 и 74 подсчет импульсов генерйгора опорной частоты 72. Разрядность счетМика 71 соответствует максимальной разрядности входного кода отклонения, а счетчьу 74 имеет цикл счета, равный количеству самоток шагового двигателя 67. Счетчик 74 совместно с дешифратором 77 обеспечивает очередную выдачу импульсов питания нН обмотки возбуждения двигателя, при этом ротор двигателя в зависимости от знака отклонения перемещается в ту или другую сторону. Счетчик 71 отсчитывая количество импульсов равное

5 значению согласования A Y определяет момент окончания перемещения центрирующей подвижки. Это происходит тогда, когда значения отклонения и содержимое счетчика 71 сравняются. Схема сравнения 73 в

0 этот момент сбрасывает триггер 70 и всю схему управления в исходное состояние. Аналогично отрабатывается и отклонение по координате X.

Приводной двигатель станка (фиг. 9)

5 должен работать в двух режимах: в режимах номинальной скорости вращения, использующейся при обработке наконечника, и в режиме с пониженной скоростью врезания, применяемой в процессе центровки нако0 нечника, Режим работы обеспечивается подачей на двигатель импульсов питания с разной частотой следования, вырабатываемых генератором 63.

Координирует работу всего устройства

5 блок управления (фиг. 17). Он обеспечивает два режима работы: Работа и Центровка. Режим Работа используется при обработке поверхности отцентрированного наконечника, а режим Центровка - при

0 центровке наконечника. Режимы работы блока управления устанавливаются оператором.

Режим Работа обеспечивается триггерами 128 и 132. Триггер 128 в этом случае

5 установлен в состояние лог. 1 на прямом выходе, а триггер 132 устанавливается в такое же состояние по команде Пуск, при этом на выходе 31 блока управления устанавливается команда, обеспечивающая

0 подачу на приводной двигатель станка импульсов питания необходимых для нормальной скорости вращения двигателя. Остановка двигателя происходит по команде оператора Стоп.

5 В режиме Центровка триггер 128 установлен в состояние лог. О на прямом выходе. Команда Пуск в этом случае переключается в состояние лог. 1 триггер 129, который и находится в таком состоянии

0 до окончания цикла центровки. Программу центровки формируют счетчик 126, дешифратор 127 и логические элементы 130, 131, 133, 135..,137.

В исходное состояние счетчик програм5 мы 126 устанавливается командой Пуск, поступающей от оператора или от вычислителя 37 (вход 24). После переключения триггера 129 сигнал с его выхода разрешает логическому элементу 130 выдачу команды (выход 32) на запуск приводного двигателя

станка для установки преобразователя луча 6 в исходное положение. Двигатель разворачивает преобразователь луча и в момент достижения им исходного положения с датчика положения преобразователя 11 на вход 29 поступает команда, которая запирает элемент 130 и снимает команду запуска двигателя станка. После этого сигнал с выхода элемента 137 разрешает передачу на вход счетчика 126 импульса со входа 23 для переключения его в следующее состояние и выдачи команды на изменение координат положения световых пятен (выход 1 дешифратора 127 и выход 16 блока управления). Следующий кадровый импульс переключает счетчик 126, при этом формируются команды на перемещение преобразователя луча 6 в другое заданное положение (выход 32) и перезапись информации из узла периферийного ОЗУ 34 в вычислитель 37 (выход 17). Перемещение преобразователя луча завершается при поступлении на вход 30 команды от датчика положения преобразователя 11, после чего снова разрешается передача на вход счетчика 126 кадровых импульсов со входа 23. По переключению счетчика в следующее состояние формируется команда на изменение координат положения световых пятен в этом положении преобразователя луча (выход 16), далее команда на перезапись информации в вычислитель 37 (вход 17) (для третьего варианта преобразователя дополнительно формируются команды на перевод преобразователя в следующее положение, на измерение положений световых пятен и передачу информации в вычислитель). После окончания процесса изменения на выходе 18 формируется команда на перевод вычислителя в режим обработки информации и вычисления значений отклонений A Y и ЛХ, и команда на сброс триггера 129 в исходное состояние, завершающая цикл центровки. Вычислитель определяет значения AY и ЛХ, анализирует их и выдает на двухкоординатный привод центрирующей подвижки 2. Если значения отклонений Л Y и ЛХ не равны нулю, то после завершения отработки этих отклонений подвижкой вычислитель выдает команду на вход 24 для проведения повторного измерения координат положения световых пятен. Процесс центровки заканчивается после получения значений Л Y 0 и ЛХ 0.

Список команд для каждого варианте преобразователя приведен в таблице.

Таким образом, автоматизация процесса определения положения оси волокна относительно центра вращения обрабатывающего инструмента и процесса центровки позволяет значительно уменьшить время заключительного этапа центровки наконечника и тем самым повысить производительность оборудования, уменьшить процент брака.

Экономический эффект данного изобретения формируется за счет повышения производительности оборудования, интенсификации труда оператора (оператор может обслужить две единицы оборудования)

0 и снижения требований к квалификации оператора.

Формула изобретения

0 оптический преобразователь, закрепляемый в шпинделе станка, и блок видеоконтроля, вход которого соединен с выходом телекамеры, центрирующая подвижка, оптический преобразователь и телекамера

5 расположены по ходу луча от осветителя, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности центровки путем автоматизации процессов определения положения волокна и его

0 центровки, оно снабжено блоком определения координат сердцевины волокна, блоком управления, двухкоординатным приводом центрирующей подвижки и датчиком положения оптического преобразователя, ин5 формационный и первый, второй и третий управляющие входы блока определения координат соединены соответственно с выходом телекамеры и первым, вторым и третьем выходами блока управления, синх0 ронизирующий, первый и второй управляющие и информационный выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления и управляющим и информационным входами привода центрирую5 щей подвижки, первый и второй выходы датчика положения оптического преобразователя соединены соответственно с третьим и четвертым входами блока управления, четвертый и пятый выходы которого предназна0 чены для подключения к соответствующим входам привода шпинделя станка.

..для 1-го варианта

Наименование команд

для 2-го варианта

Установка преобразователя вУстановка преобразователя в

положение измеренияисходное положение

Запуск узла измерения коор-Запуск узла измерения координатдинат

со

Поворот преобразователя на 180Поворот преобразователя на 180

Передача данных в вычислительПередача данных з вычислитель.

Запуск узла измерения коор- -. Запуск узла измерения координатдинат

Запуск вычислителя

Конец режима центровки

Запуск вычислителя

Конец режима центровки

узла выделения информационного сигнала, информационный вход которого является одноименным входом блока, узла периферийного ОЗУ, входы шины данных которого

соединены соответственно с выходами шины данных узла выделения информационного сигнала, вычислителя, входы шины данных которого соединены соответственно с выходами шины данных узла периферийного ОЗУ, информационные выходы образуют одноименный выход блока, и узла выделения синхросигналов, информационный вход которого объединен с одноименным входом узла выделения информационного

сигнала, первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами узла выделения информационного сигнала, управляющий выход которого соединен с первым управляющим входом узла

периферийного ОЗУ, второй управляющий вход которого соединен с первым управляющим выходом вычислителя, третий, четвертый и пятый управляющие входы являются управляющими входами блока, управляющий выход соединен с первым управляющим входом вычислителя, второй управляющий вход которого объединен с пятым управляющим входом узла периферийного ОЗУ, второй и третий управляющие

выходы вычислителя являются управляющими выходами блока, второй выход узла выделения синхросигнала является также синхронизирующим выходом блока.

для 3-го варианта

о

80

.

Установка преобразователя в исходное положение

Запуск узла измерения координат

, Поворот преобразователя на 90 . Передача данных в вычислитель

Запуск узла измерения координат

Поворот преобразователя на 90 . Передача данных в вычислитель

Запуск узла измерения координат Запуск вычислителя Конеу режима центровки

9I:fri;ei

2 аиф

169W81

,4

.5

Фиг.6

ФКГ.У

)

J 68 /

Фиг.Ю

X

.J

AT

X

Јvr.I2

r-O-T-1

ел У

то

оэ о -fc. ел

(О

i- -i

Редактор С.Иванова

Составитель В.Жмурко Техред М.Моргентал

Корректор М.Ткач