Прибор для определения твердости полимерных материалов Советский патент 1993 года по МПК G01N3/42 

(/

С

Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резино-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс. Сущность изобретения: в устройство введены блок вычислений коэффициента твердости, блок энергонезависимой памяти данных, блок постоянной памяти команд, манипулятор и блок дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор, цифропечатающее устройство, интеллектуальный оптоэлектронный датчик малых перемещений. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резино-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия прибора, а также достоверности результатов измерения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения твердости полимерных материалов; на фиг. 2 конструкция прибора для измерения твердости полимерных материалов; на фиг. 3 - блок-схема ин- теллектуального датчика; на фиг. 4 - принципиальная схема оптоэлектронного измерителя; на фиг. 5 - блок-схема преобразователя перемещения индентора в цифровой код; на фиг. 6 - принципиальная

схема логического фильтра импульсов; на фиг. 7 - принципиальная схема электронного нониуса; на фиг. 8 - блок-схема алгоритма работы прибора; на фиг. 9 - диаграмма работы логического фильтра; на фиг. 10 - временные диаграммы сигналов электронного нониуса.

Прибор для измерения твердости полимерных материалов (фиг. 2) содержит корпус 1, на котором с возможностью перемещения установлен столик 2, имеющий в центре выступ 3 конусной формы, заканчивающийся стержнем 4. На выступе 3 размещен своей нижней внутренней ко- нусной частью основной груз 5, выполнен- ный в виде полого цилиндра. Своей верхней внутренней конусной частью основной груз

5лежит в ответной конусной части - конусе

6подвески 7. Верхний конец подвески 7 выполнен в виде конуса 8, входящего при своем движении в отверстие 9 корпуса 1. В

со ю

X 01 XI Ю

верхней части подвески 7 жестко установлена нижняя траверса 10, которая с помощью тяг 11 жестко соединена с верхней траверсой 12, в центре которой установлена опора 13.

Инденторы 14 жестко скреплены между собой шайбой 15 с установленной в середине опорой 16. Шайба 15 имеет снизу высту пающую часть в виде конуса 17. Верхний торец опоры 16 имеет сферическую поверх- ность с центром, расположенным в геометрическом центре плоскости, проходящей через центры сфер инденторов. Стержень 18 расположен свободно в зажиме 19 и входит в соприкосновение снизу с опорой 13, а сверху с наконечником 20 измерителя перемещения 21, Наконечник 20 снабжен фикса- тором 22, Прижимной груз 23 имеет отверстия 24 для пропуска тяг 11, отверстия

25для пропуска инденторов 14, отверстия

26для тяг механизма подъема и опускания прижимного груза (условно не показанного на схеме), центральное отверстие 27 кояус- ной формы. Три выступа снизу вокруг отверстия 25 выполняют рояь прижимных лапок 28, прижимающих образец 29 нормированным усилием к опорной поверхности 30 корпуса 1. В корпусе 1 (фиг. 1) размещены также блок 31 вычислений коэффициента твердости, блок 32 постоянной памяти команд, блок 33 энергонезависимой памяти данных, блок 34 дискретного управления манипулятором, манипулятор 35, цифртопечатающее устройство 36, блок цифровой индикации 37, бункер-накопитель 38.

Манипулятор 35 (фиг. 1) содержит механизм 39 управления кассетой для образцов, загрузочное устройство 40, механизм 4-1 подъема основного груза 5, механизм 42 прижимного груза 5, механизм 42 прижим- ного груза 23.

Интеллектуальный датчик (фиг. 3) малых перемещений состоит из оптоэлектронного измерителя перемещений 43 и преобразователя линейных перемещений 44 в цифро- вой код.

Оптозлектронный измеритель (фиг. 4) представляет собой преобразователь перемещений э импульсный сигнал и содержит оптическую решетку 67, с шагом решетки 16 мкм, жестко связанную с наконечником 20 (фиг. 2) и оптопары 68. Преобразователь линейных перемещений 44 в цифровой код (фиг. 5) содержит два усилителя 45 и 46, на входы которых подключены выходы оптоэ- лектронного измерителя 43, компараторы 47 и 48, на входы которых подключены выходы усилителей 45 и 46 соответственно и входы опорного напряжения Uon, выходы компараторов 47, 48 подключены на входы

логического фильтра 49 и на первый и второй входы блока 5 электронного нониуса, логический фильтр 49, 1-й и 2-й счетчики 50 и 51, на входы которых подключены соответствующие выходы логического фильтра, а выходы подключены на шину данных микропроцессора 31, блок 52 электронный нониус, на 3 и 4 входы которого подключены выходы усилителей 45 и 46 соответственно, а выходы на шину данных микропроцессора 31.

Логический фильтр 49 (фиг. 6) содержит два инвертора 53, 54, два элемента 55 и 56 И, линии задержки на RC цепочках.

Блок 52 электронный нониус фиг. 7 содержит три усилителя 57. 58 и 59, шесть компараторов 60-65, выходы которых подключены на входы восьмиразрядного регистра 66, цепочку потенциометрических резисторов 67, подключенных к выходам усилителей 57, 58, 59,

Работа прибора осуществляется под управлением блока вычислений 31, в качестве которого служит микропроцессор, по программе, хранящейся в памяти программ 32, блок-схема алгоритма управляющей программы представлена на фиг. 8, Согласно программе микропроцессор вырабатывает в определенной последовательности коды команд, которые по шине данных поступают на вход блока 34 дискретного управления манипулятором, блок 34 представляет собой плату силовых транзисторных ключей, управляемых сигналами микропроцессора. Сигналы с блока 34 по силовой шине управления поступают на входы исполнительных механизмов управления кассетой 39, управления загрузочным устройством 40, подь- ема основного груза 41, подъема прижимного груза 42, управления зажимом управления перемещением наконечника 20 и приводят их в действие согласно алгоритму (фиг. 8). Отработанный образец из рабочего пространства выталкивается следующим образцом в бункер-накопитель 38.

Измеритель перемещений 21 интеллектуальный оптоэлектронный датчик работает следующим образом.

При перемещении наконечника 20 измерителя 43 одновременно с ним перемещается оптическая решетка 67, в результате чего на выходах измерителя 43 вырабатываются импульсные синусоидальные сигналы, принимающие нулевые значения при каждом смещении решетки 67 на один шаг (16 мкм). Сигналы на выходах между собой сдвинуты на 90°. Данные сигналы поступают на усилители 45, 46, усиленные сигналы поступают на компараторы 47, 47 и на входы блока 52. Сформированные на выходах комлараторов сигналы прямоугольной формы, сдвинутые относительно друг друга на 90, поступают на логический фильтр 49, на выходе которого создаются импульсы или прямого, или обратного счета. Эти импульсы поступают на входы счетчиков 50 и 51, прямого и обратного счета (в качестве счетчиков применены счетчики-таймеры серии К580ВИ53), при прямом перемещении наконечника 20, фильтр 49 пропускает импульсы на вход счетчика 50 прямого счета, при обратном перемещении пропускает импульсы на вход счетчика 51 обратного счета. Цена данных импульсов равна 16 мкм. Так как счетчики таймера работают в обратном направлении, то для определения фактической величины импульсов, нужно произвести следующим вычисления

Мфзкт Nl - N2,

где Мфакт - фактическое значение импульсов;

NI - начальное значение счетчика;

N2 - конечное значение счетчика.

Для определения истинного значения перемещения индентора необходимо из значения счетчика 50 прямого счета вычесть значения счетчика 51 обратного счета и разность умножить на 16 мкм.

L Мпр.сч. - Мобр.сч. 16.

где L - истинное значение перемещения индентора в мкм.

Это будет результат по грубой шкале отсчета. Для повышения точности датчика используется блок 52 электронный нониус, который представляет собой блок логики преобразователя фиг. 7, На выходе блока 52 формируется код, который через шины данных считывается микропроцессором 31 и в таблице, хранящейся в постоянной памяти 32, в соответствии с прочитанным кодом выбирается соответствующее значение точного перемещения индентора в единицах измерения (в данном случае мкм), т.е. это будет результат по нониусу точного отсчета. Общий результат перемещения индентора будет равный

L (Nnp.cn. - Мобр.сч.) -16 + 1,(3)

где I - показания нониуса в ед. изм. (мкм).

Таким образом, при разрешающей способности оптической решетки в 16 мкм измерение произойдет с точностью до 1 мкм.

Логический фильтр 49 работает согласно диаграмме фиг. 9.

Электронный нониус 52 (фиг. 7) работает следующим образом.

Потенциометрические резисторы устанавливают пороговый уровень срабатывания компараторов 60-65 таким образом, чтобы сигналы на их выходах имели сдвиг на

5 1/16 шага оптической решетки. Временные диаграммы сигналов и таблица соответствия приведены на фиг. 10. Таким образом разрешающая способность датчика повышается до 1 мкм. Коде компараторов посту10 пает на восьмиразрядный регистр 66, с которого через шину данных считывается микропроцессором и в таблице, хранящейся в памяти программ 32, в соответствии с прочитанным кодом в регистре 66, выбира15 ется соответствующее значение единиц перемещения.

Таким образом, предложенное устройство исключает недостатки прототипа, повышает быстродействие прибора, точность

20 и достоверность результатов измерения и позволяет распечатывать результаты на твердом носителе, а также позволяет сохранять результаты в энергонезависимой памяти данных при аварийном отключении

25 питания.

Формула изобретения

35 вычислений коэффициента твердости, бло ком энергонезависимой памяти данных, блоком постоянной памяти команд, манипулятором и блоком дискретного управления манипулятором, цифровым индикатором.

40 цифропечатающим устройством, связан- ным с индентором интеллектуальным опто- электронным датчиком перемещений, выход блока вычислений коэффициента твердости соединен с обш,ей шиной, к кото45 рой подключены входы-выходы блока энергонезависимой памяти данных, выходы блока постоянной памяти, вход блока дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор и цифропечатающее

50 устройство, а информационный вход блока вычислений коэффициента твердости соединен с выходом интеллектуального оптоэ- лектронного датчика.

бункера-накопителя.

Фи&1

компараторов, первого и второго счетчиков, на входы которых подключены соответствующие выходы логического фильтра, микропроцессоров, соединенных с выходами счетчиков, входы блока электронного нониуса подключены к выходам усилителей, а выходы - на шину микропроцессора.

двух инверторов, двух элементов И и линии задержки на RC-цепочках.

I

Фи&2

ФиаЗ

Фиг.

Фиг 5

Фи&6

Фив.

/Л/CJC

Ъ

1

г

аг/ улг7б ofyxuett favcerw o/oajo- ee fyxK/ yo6i cfv& .

L

Заме/ углуЗлем- f ого na/rcxvffHsi isrtdfMr 0/Da

1

SutMcvrftri/e 2 crc/nt/fttfotff jfv

I

Лрездразобаме Я ле/юне- щемия Ј -ход TQepdocnnf

1

Залисл &. f&. fr аЗразцоб ОЗУ

Ј/oe te/fffctsr заде/эясха б ce

BotOoff t/нуоо/зм fS fa 1/м иксгч /о

fot&xJ резу/пгагваТг lanreactfesf fa

VTgVg/TT

КОМ

eu )

Зсыгам стедж/мг aa 0jft0irts r

t/#0ett/TTQ/UCt

&€. 8

Л/эямаи cvf/ff

а С

Ъ

Лл

Ofya/nrtb/d cvffsn

/

2

г с

3 & d

г Ь

Ptss. &

--&

Фиг.10