Устройство для контроля поперечного сечения объекта Советский патент 1982 года по МПК G01B11/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ

1

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, в частности к фо тоэлектрическим устройствам контроля швейных величин, например, для контроля поперечного сечения объекта.

Известно устройство для непрерывного бесконтактного контроля поперечных размеров пряжи, .содержащее осветитель, систему пинз, формирующую световой поток осветителя, два зеркала с отверсти;- JQ ями в центре для прохождения пряжи, отражающие поверхности которых установлены, одно относительно другого под углом, обеспечивающим совпадение направления оси пряжи с геометрической осью 15 светового пучка и прохождение пряжи через место сходимости светового пучка, фотоэлемент с регулирующими приборами и механизм протяпшания пряжи. Устройство обеспечивает контроль площади nofie-20 речного сечения пряжи Ll.

Недостатком устройства является низкая точность контроля, которая зависит от непостоянства величины начального

ОБЪЕКТА

светового потока в месте сходимости лучей, вызванного поперечными вибрациями пряжи в процессе движения, посторонних засветок, а также от времени измерения (интегрирования), причем чем выше скорость движения,тем ниже достоверность контроля, тем бояьще участок пряжи, на котором происходит усреднение результатов измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической су щности является устройство для контроля поперечного сечения o6iFiекта например проволоки, содержащее осветитель, систему линз, формирующую товой поток осветителя, два зеркала с ; отверстиями в центре для размещения o6i екта, отражакшгае поверхности которых установлены одно относительно другого под углом, обеспечивающим совпадение оси объекта с геометрической осью светового пучка и прохождение объекта через место сходимости светового пучка, диафрагму, установленную в месте сходимости светового пучка, фотоэлемент с 9-регистрирующим прибором и механизм протягивания. Устройство обеспечивает измерение площади поперечного сечения объекта и вычисление ее среднего диаметра L2J. Недостатком устройства является невысокая точность контроля вследствие того, что измеряемые и регистридгемые величины есть некоторые средние значения, не определяется форма поперечного сечения. Схема включения фотоэлемента прямая, nosTCMviy на точность измерения влияют нестабильность чувствительности фотоэлемента, вызванная изменением питающего напряжения, старением фотоэлемента, неодинаковостью чувствительности краев и центра светочувствительной поверхности, .нестабильностью коэффициента усиления усилителя, непостоянства величины начального светового потока и т.п Цель изобретения - повышение точности контроля. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено посиедоватепЬно расположенными перед фотоэлементом по ходу светового пучка сканирующим зер- калом, имеющим две оси вращения и установленным в плоскости изображения объекта, фокусирующей линзой и дополнительной диафрагмой. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - механизм привода сканирующего зеркала. Устройство содержит осветитель 1, систему линз 2 и 3, диафрагму 4, зерка ла 5 и 6 с отверстиями в центре для раз мещения объекта, сканирующее зеркало 7, фокусирующую линзу 8, дополнительную диафрагму 9, фотоэлемент Ю, уси литепь 11, вьтчислительный блок 12 и регистрирующий прибор 13. На фиг. 2 изображено подвижное зубчатое колесо 14, на оси которого закреплено сканир г- ющее зеркало 7, водило 15 зубчатого колеса 14, имеющее ось вращения с частотой (Л), от постоянного источника .движения (не показан), неподвижное зубчатое колесо 16. Зеркало 5 установлено под углсяй 45 к начальнсму световому лучу. Диафрагма 4 помешейа в месте сходимости све тового пучка, отраженного от зеркала 5 Второе зеркало б установлено относитель но первого зеркала 5 под углом ЭО и относительно светового пучка, отраженного от зеркала 5, под углом . Далее расположены вторая линза 3 и сканирующее зеркало 7, которое пса ешено в фоку се линзы 3. Фокусируюлщя линза 8 уста4новлена в ходе отраженного от сканиующего зеркала 7 луча, передний фокус пинзы в совпадает с задним фокусом линзы 3. Щелевая диафрагма 9 поля изобра- женин размещена перед фотоэлементом 10. Выход фотоэлемента Ю связан с входом силителя 11, а последний - с вычислительным блоком 12. .Выход вычислительного блока 12 связан с регистрирующим прибором 13. Скани.ующее зеркало 7 имеет две оси вращения и обеспечивает развертку изображения объекта на плоскости дополнительной диафрагмы 9, ы толняется с внещним зеркальным покрытием с обеих сторон с толщиной стекла 2-3 мм и крепится на оси зубчатого колеса 14 (фиг.2). Соотношение зубьев колес 14 и 16 выбиракуг так,, .чтобы частота вращения Lf 2. ведомой оси была в 5-10 раз вьпде, чем частота Ш ведущей оси, при этом изображение объекта будет просканировано по 10-20 направлениям. Изменяя соотнсипение частот путем смены колеса 14 можно задавать необходимую дискретность сканирования. Устройство работает следующим образом. Уменьшенное изображение осветителя 1 проектируется на объект с помощью линзы 2 и зеркала 5 таким образом, что обеспечивается совпадение оси объекта с Геометрдаческой осью пучка света и прохождение объекта через место скоккмостн сЬетового пучка. Далее световой поток падает на зеркало 6 и фокусируется пинзой 3 на сканирующее зеркало 7, имеющее две оси вращения (фиг. 2) одна из которых совмещена с отражакнцими плоскостями зеркала 7 и является ведомой, другая проходит через его геометрический центр и является ведущей. Первая ось врашается вместе с сканирующим зеркалом 7 с частотой IV вокруг второй оси, имеющий частотуti a. в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа и расположенной под углом 45 & оптической оси. Тем самым теневое изображение объекта, представляющее собой его сечение, сформированное фокусирующей тганзой 8 в плоскости диа4фагмы 9, будет просканировано по нескольким направле; ниям. Скорость вращения сканирующего зеркала 7 вокруг ведомой оси задается в несколько раз большей, чем скорость вращения вокруг ведущей оси. Сканирующее изображение считывается диафрагмой 9. Поперечный размер сканирующего изоб59ражения зависит от диаметре объекта, который как бы просматривается с всох сторон за один оборот зеркала 7 вокруг . ведущей оси. Получаемые изменения световых потоков региетрируются фотоэлементом 1О сигнал с которого представляет собой трапецеидальный импупьс. Далее фотоимпупьсы усиливаются, формируются усилителем 11 и подается на вычислительный блок 12 сятределякнций плошадь поперечного сечения, минимальный и максимальный диаметр, овальность и .форму поперечного сечения. Вычислительный блок 12 осуществляет сначала накопление измерительной информации, а затем ее обработку. Накоп ление информации происходит в течение одного оборота сканирующего зеркала 7 вокруг ведущей оси. Например, если отно шение частот tf2./ttl(-5, изображение будет просканировано Ю раз через каждые Зб, Начальная информация представляет ся длительностью импульса, пропорциональной диаметру изображения для того или иного направления сканирования. Мак симальное и минимальное значение диаметра для данного сечения находится путем сравнения текущих значений и заданного эталонного значения. Овальность оп ределяется по величинам диаметров в вза имно перпендикулярных направлениях. Пло щадь ,5 сечения определяется вычисли-14 V 1, тельным блоком 12 по ,гд и f/j. углы поворота сканатора, У - текущий радиус объекта. Схема для реализации данной формулы состоит из интегратора и сумматора (не показаны). Пределы интегрирования опре деляются из соотношения частот оУ и mJ За один оборот зеркала 7 вокруг ведущей оси в сумматоре накапливается напряжение, величина.которого пропорциональна площади сечения. Форма поперечного сечения наглядно изображается на ленте самописца в виде -кривой. Самописец регистрирует все измеренные значения диаметра по всек{ направлениям.. Таким образом, предлагаемое устройство обладает более высокой точностью контроля площади сечения и диаметра дви жущихся объектов за счет дискретного измерения текущего диаметра по несколь ким направлениям. Значительно уменьшилось влияние нестабильности чувствительности фотоэлемента, коэф(|ициента усиления усилителя |И непостоянство величины начального све 96 тового потока за счет того, что фотоэлемент работает в релейном режиме. Значения диаметром по сечению в интервалах О-360 за один оборот вокруг оси) дают наглядное представление о форме поперечного сечения. Отбраковка сштических волокон неправильной формы позволит повысить плот- ность и симметричность укладки волокон в жгутах, улучшить передаточные характеристки жгутов, их разрешающую способность. Кроме того, при контроле, например,. прозрачных стеклянных трубок можно измерять не только их диаметр и оваль- . ность, но и толщину стенок и разнотолщинность по всему сечению. Таким , предлагаемое устрой- ство не только повышает точность контроля поперечного сечения объектов, но и расширяет его функциональные возможности, повышает достоверность контроля, расширяется его область применения. Форму, ла изобретения Устройство для контроля поперечного сечения объекта, например проволоки, содержащее осветитель, систему линз, формирукяцую световой поток осветителя, два зеркала с отверстиями в центре для размещения объекта, отражающие поверхности которых установлены одно относительно другого под углом, обеспечивающим совпадение оси объекта с геометрической осью светового пучка и прохождение объекта через место сходимости светового Пучка, диафрагму, установленную в месте сходимости светового пучка, фотоэлемент с регистрирующим прибором и механизм протягивания, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности контроля, оно снабжено последовательно расположенными перед фотоэлементом по ходу светового пучка сканирующим зеркалсА, имеющим две оси вращения и установленным в плоскости изображения объекта, фокусирующей линзой И дополнительной диафрагмой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР MO 214О88, кп. & 01 В 11/О4, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 247ОР6, кл. в О1 N 31/08, 1969 (прототип).