Фотоэлектрическое устройство для измерения геометрических размеров объектов Советский патент 1980 года по МПК G01B11/02 

Изобретение относится к контрольн измерительной технике и может быть использовано,в частности, в фотоэлек трических устройствах бесконтактного измерения геометрических размеров объектов (диаметров, взаимного положения проволок, нитей, волокон, линейных размеров деталей при различной обработке и т.д.). Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрическое устройство для измерения геометрических размеров объектов, содер ащее последовательно установленные источник света, светоделитель, делящий световой луч на два пучка, сканатор, выполненный в виде вращающейся четырехгранной призмн, два фотоприемника и электронный бло обработки сигналов с них. В одном и световых пучков за призмой установлена решетка, фокусирующая линза, за которой расположен один из фотоприемников. В другом световом пучке перед фотоприемником располагают из меряемый объект . Недостатком этого устройства является зависимость погрешности изме ний от нестабильности распределения энергии в сечении светового пучка, точности изготовления сканиру101чей призмы и степени идентичности параметров двух фотоприемников, что не дает возможности получить высокую точность измерениП. Кроме, того, конструкция устройства сложна. Целью изобретения является повышение точности измерений и упрощение конструкции-устройства. Поставленная цель достигается тем, что сканатор выполнен в виде зеркала, закрепленного на вибраторе, а устройство снабжено расположенной между сканатором и фотоприемником в плоскости, перпендикулярной осям сканирования световых пучков, щелевой диафрагмой в виде подвижных в этой плоскости шторок, приводами и преобразователями смещений, соединенными со шторками и со сканатором, и регистратором, соединенным с преобразователями смещений. На фиг. 1 изображена принципиальная схема фотоэлектрического устройства для измерения геометрических размеров объектов; на фиг. 2 - расположение объекта относительно щелевой диафрагмы. Устройство содержит последовательно расположенные источник 1 света. светоделитель 2, делящий световой луч на два пучка, сканатор в виде зеркала 3, закрепленного на внбрато ре 4, например, электромеханическом, щелевую диафрагму в виде подвижных в плоскости, перпендикулярной осям сканирования световых пучков,шторок и 6,два фотоприемника 7 и 8,электрон ный блок обработки сигналов/включающий узкополосные усилители 9 и 10,пр воды 11 и 12 и преобразователи 13 и смещений, соединенные со шторками 5 и 6 и со сканатором, регистратор 15, соединенный с преобразователями: 13 и 14 смещений. Устройство работает следующим образом. Излучение от источника 1 света разделяется светоделителем 2 на два параллельных пучка, которые направляются на колеблющееся зеркало 3, за крепленное на вибраторе 4, ocyLiecTвляющемпространственное сканировани обоих пучков относительно щелевой диафрагмы с некоторой частотой IQ . Причем расстояние между осями сканирования пучков равно некоторой фикси рованной величине А (фиг. 2). В плос кость диафрагмы, перпендикулярную осям сканирования световых пучков, произвольно помещают измеряемый объе б, например , имеющий круглое сечение, диаметр которого D необходимо измерить. При этом совокупность щелевой диафрагмы и измеряемого объекта 1б необходимо рассматривать как две щели, образованные соответственно подвижными шторками 5 или 6 щелевой диафрагмы и образующими боковой поверхности измеряемого объекта 16. Пpoмoдyл poвaнныe таким образом световые пучки преобразуются на фотопри емниках 7 и 8 в электрические сигналы,поступающие соответственно.в узкополосные усилители 9 и 10, настрое ные на частоту сканирования q)g . Сиг налы с частотой сканирования ер поступают с выходов усилителей на выходы приводов 11 и 12, одновременно подключенных к электрическому выходу сканатора. Приводы 11 и 12 осуществляют необходимое перемещение шт рок 5 и б щелевой диафрагмы, при это с преобразователей 13 и 14 смещений, механически связанных со шторками 5 и б, снимаются электрические сигналы подтупающие в регистратор 15, выполненный, например, в виде сумматора. В основе измерений лежит принцип совмещения осей сканирования свето вых пучков с центрами указанных выше щелей. При совмещении оси сканирования с центрами щелей световой поток модулируется с удвоенной частотой, т.е. 21д. При несовпадении в сигнале не выходе одного из фотоприемников 7или 8 будет присутствовать гармоническая составляющая с частотой, равной част те сканирования , которая будет выделена в узкополосном усилителе 9 Или 10, причем ее амплитуда пропорциональна величине смещения, а фаза направлению смещения. В примере, как показано на фиг.2, положение осей сканирования относительно шторок 5 и б диафрагмы известно и определяется величинами X и У, а положение измеряемого объекта - величинами а и в , которые определяются в процессе измерения,В общем случае и , поэтому с выходов УЗКОПОЛОСНЫХ усилителей 9 и 10 соответственно на приводы И и 12 поступят сигналы, пропорциональные величинам (Х-в) и (У-а). В результате отработки имеющегося рассогласования между центрами щелей и осями сканирования пучков приводы 11 и 12 перемещают шторки 5 и б диафрагмы до момента, когда и , т.е. до момента совпадения осей сканирования пучков с .центрами щелей. При этом с выходов фотоприемников снимаотся сигналы с удвоенной частотой , поэтому на выходах узкополосных усилителей 9 и 10 сигнал будет отсутствовать. 3 процессе отработки с преобразователей 13 и 14 смещения снима-отся сигналы, пропорциональные величине перемещения шторок 5 и б, которые поступают в регистратор 15, где осуществляется их обработка. При этом измеряемый параметр D определяют как D Ala-t-b) Л - расстояние между осями сканирования световых пучков; а и в - расстояние от осей сканирования пучков до образующих поверхностей измеряемого объекта 16. Изобретение позволяет повысить точность измерений за счет обеспечения стабильности положения сканирования и частоты колебаний зеркала 3, закрепленного на вибраторе 4, и высокой чувствительностью процесса совмещения оси сканирования с центрами щелей, лежащего в основе измерений. Формула изобретения Фотоэлектрическое устройство для измерения геометрических размеров объектов, содержащее последовательно установленные источник света, светоделитель, делящий световой луч на два пучка, сканатор, два фотоприемника и электронный блок обработки сигналов с них, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений и упрощения конструкции устройства, сканатор выполнен в виде 1зеркала, закрепленного на вибраторе, а устройство снабжено расгюложенной между сканатором и фото