Устройство для измерения радиуса участка дуги Советский патент 1982 года по МПК G01B21/20 

(5А) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИУСА УЧАСТКА

Изобретение относится .к измерительной технике, а именно к телевизионным устройствам измерения радиуса участка дуги, oпpeдe.яющeй форму изделия, и предназначено для использования в машиностроении, в частности при измерении размеров изделий, обрабатываемых на валковых гибочных машинах.Известно устройство, позволяющее измерять радиус участка дуги и -служащее для косвенного измерения диаметров цилиндрических деталей, содержащее два измерителя соответственно двух параллельных отрезков прямых, одна.из которых проходит по радиусу поперечного сечения детали, блок для вычисления значения диаметра детали по измеренным отрезкам прямых и Ликсированному расстоянию между ними, блок управленияи выходной блок UJНедостаток этого устройства заключается в том,что оно не обеспечивает достаточной оперативности и точности

ДУГИ

измерений, так как требует осуществг ления ряда предварительных установочных операций для такого взаимного расположения измерителей и детали, при котором один из измерителей фиксирует расстояние от окружности, представляющей поперечное сечение детали , до некоторой опорной плоскости вдоль прямой, проходящей через центр детали.

10

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения радиуса участка дуги, содержащее телевизионный . датчик, соединенный с ним генератор

IS развертки, вычислительный .блок и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами генератора развертки и вычислительного „, блока. Генератор развертки обеспечивает трехстрочную линейную развертку измеряемой дуги, проектируемой на мишень телевизионного датчика. Это устройство содержит также коммутатор. 39 у которого информационный вход соеди нен с выходом телевизионного датчика, а управляющий вход - с выходом генератора развертки, блок выделения межстрочных разностей линейных координат и блок деления межстрочных раз ностей линейных координат на шаг раз вертки. Три выхода коммутатора, служ щие для выдачи сигналов линейных координат точек пересечения соответственно трех строк развертки с проекцией дуги, соединены со входами блока выделения межстрочных разностей, 0ЫХОД которого соединен со входом блока деления, подключенного к вычислительному блоку. Управляющие входы блока деления соединены с выхо дом генератора развертки 2. Недостаток известного устройства заключается в невысокой точности измерений, обусловленной значительной погрешностью телевизионных измерений положения точки объекта относительно начала строки развертки. Цель изобретения - повышение точности измерений. Цель достигается тем, что устройство для измерения радиуса участка дуги, содержащее телевизионный датчик, соединенный с ним генератор раз вертки, вычислительный блок и блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами генератора развертки и вычислительного блока, снабжено установленной на оптическом входе телевизионного датчика непрозрачной маской, содержащей не менее трех концентрических щелевых про резей, селектором видеоимпульсов, ра пределителем видеоимпульсов, счетчиком импульсов и блоком буферной памя ти, состоящим из регистров, число ко торых равно числу прорезей маски, ге нератор развертки выполнен в виде ге нератора радиально-КРУговой развертки, строки которой расположены по радиусам проекций щелевых прорезей маски и пересекают их, выход телег визионного датчика соединен с информационным входом селектора, выход се лектора соединен с информационным входом распределителя, каждый выход которого соединен с управляющим входом соответствующего ему регистра в блоке буферной памяти, информационны входы всех регистров соединены с вы ходами всех разрядов счетчика, выхо|ДЫ регистров подключены ко входам 74 вычислительного блока, а выходы блока управления соединены с управляющими входами селектора, распределителя, счетчика и со счетным входом счетчиНа фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 показаны проекции дуги, радиус которой подлежит измерению, прорезей маски и траекторий считывающего элемента на мишени телевизионного датчика; на фиг. 3 геометрические построения, поясняющие принцип измерения радиуса участка дуги. Устройство содержит телевизионный датчик 1, установленную на его опти-. четком входе непрозрачную маску 2, содержащую не менее трех концентрических щелевых прорезей с радиусами JJ , Pfj, РЗ соответственно, генератор 3 развертки, блок управления, селектор 5 видеоимпульсов, распределитель 6 видеоимпульсов, блок 7 буферной памяти, счетчик 8 импульсов и вычислительный блок 9.. Генератор 3 развертки выполнен в виде генератора радиально-круговой развертки, строки которой расположены по радиусам ,.. ,tf r npoeкций щелевых прорезей маски 2 и пересекают их (фиг. 2). Генератор 3 развертки содержит, например, формирователь 10 синусоидального напряжения, квадратурный фазорасщепитель 11, первый 12 и второй 13 модуляторы, генератор И пилообразного напряжения, первый 15 и второй 16 аналоговые сумматоры. . . Блок управления содержит, например, последовательно соединенные генератор 17 опорной частоты, делитель 18 частоты, формирователь 19 управляющих импульсов. Блок 7 буферной памяти состоит из регистров 20, 21, 22 число которых равно числу прорезей маски 2. Выход телевизионного датчика 1 соединен с информационным входом селектора 5, выход которого соединен с информационным входом распределителя 6, каждый выход которого соединен с управляющим входом одного соответствующего ему регистра из набора регистров 20, 21, 22 в блоке 7 буферной памяти . Информационные входы всех регистров.20, 21, 22 соединены с выходами всех разрядов счетчика 8, а вы59ходы, всех регистров 20, 21, 22 подключены ко входам вычислительнйго бл ка 9. В блоке.4 управления выход генератора 17 соединен со счетным входом счетчика 8, управляющим входом распределителя бис первым управляю щим входом генератора 3 развертки, а именно со входом генератора 14. Выхо формирователя 19 соединен с управляю щим входом селектора 5, управляющим входом установки О в счетчике 8 и уп равляющим входом вычислительного бло ка 9. Выход делителя 18 частоты соединен со вторым управляющим входом генератора 3 развертки, а именно со входом формирователя 10. Выход формирователя 10 соединен со входом фазорасщепителя 11, выходы которого соединены с первыми входами модуляторов 12, 13 и аналоговых сумматоров 15 16. Выход генератора 14 соединен со вторыми входами модуляторов 12, 13, выходы которых соединены со вторыми входами аналоговых сумматоров 15,- 16 выходы которых соединены со входами управления разверткой телевизирнного датчика 1. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы объект, образующий дугу, радиус которой подлежит измерению, устанавливают перед маской 2 таким образом, что проекции точек Л, В, С пересечения измеряемой дуги с прорезями маски 2 должны попадать на рабочую часть мишени телевизионного датчика 1. При этом проекция измеряемой дуги должна пересекаться с проекциями каждой из трех прорезей маски Ц, что накладывает некоторые ограничения на значение измеряемого радиуса R и взаимное расположение проекций центра О концентрй,ческих щелевых прорезей маски 2 с радиусами р4 , Р . Ра и центра 0 из меряемой дуги с радиусом С . Изображение измеряемого участка дуги через маску 2 проецируется на мишень телевизионного датчика 1 (фиг. 2). Полученное на мишени телевизионного датчика 1 изображение сканируется считывающим лучом, перемещающимся по закону радиально-круговой развертки, формируемой генератором 3 Шаг развертки задается блоком 4 управления, в котором сигнал генератора 17 опорной частоты поступает через делитель 18 частоты на формирова7тель 10 синусоидального напряжения и на генератор 14 пилообразного напряжения, входящие в состав генератора 3 развёртки. Синусоидальные сигналы, отличающиеся по фазе на 90®, поступающие с выходов фазорасщепителя 11 через сумматоры 15. 16,- на входы управления разверткойтелевизионного датчика 1, обеспечивают круговое перемещение считывающего луча, а ПИ.ПОобразные сигналы с выходов модуляторов 12 и 13, в которых осуществляется модуляция вспомогательного пилообразного сигнала генератора 14 синусоидальными сигналами.круговой развертки обеспечивают радиальное перемещение считывающего луча датчика 1. Радиально-круговай развертка осуществляется при воздействии на отклоняющую систему телевизионного датчика 1 суммы квадратурных синусоидальных сигналов и модулированных этими же синусоидальньг ми сигналами пилообразных сигналов.Установка необходимого радиального смещения центра развертки обеспечивается 1СТОЧНИКОМ питания (не показан) . Траектории перемещения считывающего, элемента на мишени телевизионного датчика показаны, на фиг. 2. Например, при перемещении электронного луча в радиальном направлении Sp от центра развертки строка за строкой по кругу в направлении S((.p против часовой стрелки считывающий элемент перемещается „о траекториям, совпадающим с радиусами ,... rPfi n- Перемещаясь Но радиально расположенным строкам, считывающий элемент пересекает последовательно проекции дугообразных щелевых Прорезей маски 2 с радиусами J , ft , fi. В тех строках развертки, которые пересекают контрастные изображения выделенных участков измеряемой дуги, имеющей искомый радиус R (на фиг. 2 точки А, В и С) на выходе телевизионного датчика 1 в соответствующие момелты времени появляются видеоимпульсы, позволяющие зафиксировать значения угловых координат этих точек. Значения угловых координат фиксируются в цифровом виде регистрами 20, 21, 22 блока 7 буферной памяти. Для этого селектор 5 видеоимпульсов, подключенный к выходу телевизионного датчика 1 и управляемый импульсами формирователя 19, обеспечивает выделение импульсов видеосигнала только в промежуток времени сканирования считывающим элементом мишени датчи79ка, на которую проецируется изображение измеряемого объекта. Сигнал начала измерения может подаваться оператором вручную или поступать от внешнего устройства 5,не показано) при автоматической непрерывной работе. Распределитель 6 видеоимпульсов, управляемой импульсами:строк генератора 17 направляет видеоимпульсы точек А, В и С соответственно на три выхода в зависимости от времени их появления относительно начала строк развертки. Поступая на управляющие входы регистров 20, 21 и 22, выделенные видеоимпульсы обеспечивают запись числа импульсов строк, поступивших на счетчик 8 от генератора 17 опорной частоты, начиная от момента сброса этого .счетчика управляющим импульсом формирователя 19 управляющих импульсов до момента времени, соответствующего появлению видеоимпульса от точек объек.та А, В или С, проецируемых через соответствующую прорезь с радиусом Р/,, Pfi или Pj в маске 2, После окончания цикла измерения йормирователь управляющих импульсов выдает командный импульс на вычислительный блок 9 который по известным значениям ради ;альных координат р., ,.Р , и измеренным угловым координатам Ч , 4i , 4i точек А, В и С дуги окружности вычисляет ее радиус R. Вычисление значения величины радиуса R блоком 9 по известным значениям р , , 3 измеренным зна чениям Ч , (1 координат трех точек дуги А, В, С может производить ся, например, по соотношениям, извес ным для косоугольных треугольников, а именно треугольников ABC, АОС, АОВ ОВС (фиг. 3). Так, из треугольника ABC в соответствии с теоремой синусов, с учетом величины вписанного угла cL радиус R дуги описанной окружности определяется как о - q I /I - aSind где, в соответствии с теоремой косинусов, из того же треугольника , , COScL - а из треугольников АОС, АОВ и ВОС, также в соответствии с теоремой кос нусов дН/г 4 РзР1 ,oo5Ц) где углы Ч , Ч| и Ул определяются какЧ - 1, .Ч Чз-Ч , - i. причем не зависят от выбранного момента начала отсчета значений угловых координат Ч,, , Ч и Ч. точек дуги А, В и С. Таким образом, зная р , р , измерив Ч .,, (и , определив , У« и Ч можно найти а, вис, определить ;со5(1и вычислить искомый радиус R. Обеспечивая жесткую пространственую дискретизацию изображения прорезями маски 2, а также высокую точность фиксации угловых значений координат точек дуги при радиально-круговой развертке и цифровой регистрации результатов, предлагаемое устройство исключает влияние нестабильности величины и формы траекторий перемещения считывающего элемента телевизионного датчика, что существенно повышает точность измерений радиуса кривизны участка дуги. Применение предложенного устройства в комплексах гибочных автоматов качество выпускаеПОЗВОЛИТ повысить мой продукции. (формула изобретения Устройство для измерения радиуса участка дуги, содержащее телевизионный датчик, соединенный с ним генератор развертки, вычислительный блок pt блок управления, выходы которого соединены с управляющи 4и входами генератора развертки и вычислительного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено установленной на оптическом входе телевизионного датчика непрозрачной маской, содержащей не менее трех концентрических щелевых прорезей, селектором видеоимпуль.сов, распределителем видеоимпульсов, счетчиком импульсов и блоком буферной памяти, состоящим из регистров, число которых равно числу прорезей маски, генератор развертки

991

выполнен в виде генератора радиальнокруговой разверткиi строки которой расположены по радиусам проекций щелевых прорезей маски и пересекают их, выход телевизионного датчика .соединен с информационным входом селектора, выход селектора соединен с информационным входом распределителя, каждый выход которого соединен с управляющим входом соответствующего ему регистра в блоке буферной памяти, информационные входы всех регистров соединены с выходами всех разрядов счетчика, выходы регистров подключе115710

ны ко входам вычислительного блока, а выходы блока управления соединены с управляющими входами селектора, распределителя, счетчика и со счетным входом счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

, 1. Авторское свидетельство СССР «О N- 250kk, кл. G 01 В 19/00,

G 01 В 19/12, G 01 В 7/12, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР № 427232, кл. G 01 В , 1972 (прототип).

(риг. 1