Устройство для измерения и контроля размеров изделий

,РЕСПУБЛИК б 1) 4 С 01 В 21/00 ИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТЕЛ У СКОМУ С К ЗМЕРЕНИЯ ИЕЛИЙ осится к асти ои техник ноовышение счет уменьных изменен ти переме калибровк ния объект устройства ния скорос и измево вренени лучом изме ия объекта ещ ов кци изм змерени о кж нием ав тройств о источ омат ч и калибровот когере учо ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССРУ 1185080, кл. С 01 В 21/00, 1985(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАЗМЕРОВ И (57) Изобретение от контрольно-измерител Цель изобретения - п сти - достигается э погрешностей, вызван вещает движущиеся в направлении, перпендикулярном оси светового луча, изделия 3 и 25, установленные на роторе двигателя 28. Объектив 4 из теневого изображения формирует двумерный пространственный спектр изображения объекта. В результате фильтрации сигнала полосовым фильтром 4 пространственных частот и фазовым фильтром 6, выполненным в виде полуплоскости, изменяющей фазу сигнала на И в одной иэ щелей фильтра 5 относительно другой, в задней фокальной плоскости объектива 7 формируется контур иэображения изделия 3. В этой же плоскости размещен транспарант 8, представ ляющий собой набор щелей с шириной щели, равной ширине контура иэображений. С помощью стабилизатора 11 амплитуды входных сигналов осуществляется измерение скорости перемещения изделия 3 по длительности импульсного сигнала на выходе фотопри1454247 оставитель Б. Чулковехред Л.Сердюкова Кор Редактор Л. Пчолинска ктор М.Васильева Заказ 5542 4 ая наб.,Т 1 роизволственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 680 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 13 ОЭ 5, Москва, Ж-З., Раушс1434247 емника 10, Преобразователь 16 длительности временных интервялон в чястоту вырабатывает измерительные метки, по числу которых судл 1 Об Отличииразмера изделия от зяцянного, Устройство снабжено системой автоматичес".кой калибровки, которал Осуществля-ется путем периодического сравнениярезультатов измерения образцового 1Изобретение Относится к контрольно измерктсльной технике к можетбыть использовано для десконтактнооконтроля к измерения размеров,цвижущкхсл иэделий одновременно по нес"кольккм сечениям.Цель изобретения . повьпдение точ"ности путем уменьщенил погрешностей,вызванных изменением скорости пере-.мещения объекта и изменения калибровки устройства во времениизмеряяскорость перемещения объекта и Осу"ществляя коррекцию результата изме рений с учетом изменения скоростиЯ ТЯкже зЯ счет ЯвтомЯт;чекой кадибровкк устройства,На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для нзмер.:.Иил размеровизделий; на фиг. 2 - схема стабклкзятора амплитуды входного сигналяна фиг. 3 - схема преобразователядлительности временных интервалов,в частоту импульсов; на фиг.схема формирователя измеритеэьньгкинтервал 013ня Оэиг эвид ямплк"тудного транспарана со световымконтуром изделия, Форма сигналовпри контроле Отдельных сечений изделия, корреллпконный сигнал на выходе фотоприемника в режиме многоразмерного контроля; на фиг, 6выходные сигналы с различных блоковустройства; на фиг, 7 - зависимостькоэффициента усиления усилителя Отнапряжения; на фиг. 8 - таблицы программирования постоянного запомкня"ющего устройства (ПЗУ), При измеренииизделий в одном, двух илк трех сеЧЕНИЯХ СООТВЕТСТВЕННО,Устройство содержит 1 оследовятя,1 эьйо расположенные на одной оптической иэделия 25, с помощью двух каналов синхронизации и осуществляется автомвтическое переключение работы уст" ройства иэ режима,1 Измерение" в режим 11 11Калибровка , в котором с помощью ЭВэ 1 вычисляются калибровочные козффицкенты, которые затем используютсядля определения размеров изделия.8 ил. 2оси источник 1 когерентного света,коллиматор 2, направляющий свет наконтролируемОе иэделие 3, объектив4 прямого преобразования Фурье, по лосовый фильтр 5 пространственныхчастот. Фазовый фильтр 6, объектив 7обратного Фурье-преобразования,транспарант 8, конденсорную линзу 9,фотоприемник 10. К выходу фотоприем О ника 10 подключены последовательносоединенные стабилизатор 11 амплитудывходных сигналов, Формирователь 12входных сигналов, формирователь 13измерительных интервалов, узел 14 15 счетчиков и узел 15 связи вычислителем, причем и выходов Формирователл 13 измерительных интерваловсоединены с. соответствующими Н вхоцами узла 14 счетчиков, а и выходов 2 О узла 14 счетчиков соединены с соот"ветствующими и входами узла 15 связи с ЭВМ. Кроме того, выход Формирователя 12 входных сигналов соединенс вторым входом стабилизатора 11 25 амплитуды входных сигналов.В состав устройства также входятпреобразователь 16 длительности вре"менных интервалов, вход которого сое"динен с вторым выходом стабилизатора11 амплитуды входных сигналов, после"довательно соединенные фотоприемник17 канала синхронизации, усилитель18, триггер 19, последовательно соединенные фотоприемник 20 канала синхронизации, усилитель 21 и триггер 3522, а также логическая ячейка ИЛИ 23.Вторые входы триггеров 19 и 22 (входы Е) соединены с выходом К узла 15связи с ЭВИ, Первый вход логическойячейки 23 соединен с выходом триггера 4819 к с входом А узла 15 связи с вычи 143424710 слителем, а второй вход ячейки 23 соединен с выходом триггера 22 с входом Б узла 15, связи. Выход ячейки ИЛИ 23 соединен с входами К (сброс) узла счегчиков 14, формирователя 13 измерительных интервалов и стабилизатора 11 амплитуды входных сигналов. Выход узла 15 связи соединен управляющей шиной данных адреса с каналом вычислителя. Контролируемое изделие 3 установлено в транспортирующем блоке 24 роторного типа, в котором установлено также образцовое изделие 25. Для различия измеряемого и образцового изделий предусмотрены синхронизирующие отверстия 26 и и 27 в кольцевом основании ротора 24. Ротор транспортирующего блока 24 механически связан с двигателем 28.Стабилизатор 1 1 амплитуды входных сигналов состоит из последовательно включенных повторителя 29 напряжения, аналогового ключа 30, амплитудного детектора 31, повторителя 32 напряжения и усилителя 33 с автоматической регулировкой усиления. Кроме того, в состав стабилизатора 1 1 аьшлитуды входных сигналов входит триггер 34, первый вход которого является вторым входом стабилизатора 11, а второй, вход триггера 34 является входом К стабилизатора 11. Выход триггера 34 соединен с первым входом логической ячейки И 25, второй вход которой сое динен с первым входом триггера 34, а выход соединен с управляющим входом аналогового ключа 30. Этот же выход является вторым выходом стабилизатора 11. Управляющий вход усилите ля 33 соединен с выходом повторителя 32 напряжения, а информационный вход усилителя 33 соединен с входом повторителя 29 напряжения, являющимся первым входом стабилизатора 11, Выход 45 усилителя 33 является первым выходом стабилизатора 11.Преобразователь 16 длительности временных интервалов в частоту импульсов состоит из последовательно соединенных аналогового ключа 36, конденсатора 37, повторителя 38 напряжечия и преобразователя 39 напряжение - частота. Кроме того, в состав преобразователя 16 входит источ 55 ник 40 постоянного тока, выход которого соединен с вторым входом ключа 36. Первый вход аналогового ключа (управляющий вход) является входом преобразователя 16. Первым выходом преобразователя 16 является выход преобразователя 39 напряжение частота. Вторым входом преобразователя 16 служит выход делителя 41 частоты на 2, вход которого соединен с выходом преобразователя 39 напряжение частота.Формирователь 13 измерительных интервалов состоит из последовательно соединенных одновибратора 42, .счетчика 43 и ПЗУ 44. Причем вход одновибратора является первым входом формирователя 13. Вход К формирователя 13 является вторым входом К счетчика 43, выход которого соединен с адресным входом ПЗУ 44, В состав формирователя измерительных интервалов также входят логические элементы И 45-48 (всего 2 п элементов) и логические элементы ИЛИ 49 и 50 (Иэлементов). Первый вход каждого логического элемента И 45-48 соединен с соответствующим выходом ПЗУ 44 (всего 2 М выходов . Вторые входы логических элементов И 45 и 47 (Х элементов), первые входы которых подключены к нечетным выходам ПЗУ 44, соединены с третьим входом формирователя 13 измерительных интервалов. Вторые входы логических элементов И 46 и 48 (п элементов), первые входы которых подключены к четным выходам ПЗУ 44, соединены с вторым входом формирователя 13. Выходы логических элементов И 45-48 попарно соединены с входами логических элементов 49 и 50, выходы которых являются выходами формирователя измерительных интервалов (всего п выходов) .Устройство работает следующим образом. Пучок света от когерентного источника 1 расширяется коллиматором 2 и освещает движущиеся со скоростью 7 в направлении, перпендикулярном оси светового луча, контролируемое 3 и образцовое 25 изделия, установленные в роторе 24, вращаемом двигателем 28, Причем изделия проходят в передней фокальной плоскости объектива 4. Образцовое изделие 25 подается на измерительную позицию между несколькими контролируемыми изделиями 3, например, в роторном транспортирующем блоке образцовое изделие может быть установлено постоянно ипроходить через измерительную зону один раз за оборот ротора. Объектив 4 из теневого изображения формирует в задней Фокальной плоскости диффракционную картину изделия 3 (25), соот"5 ветствующую его двумерному спектру пространственных частот. В этой же плоскости установлен амплитудный полосовой фильтр 5 пространственных частот в виде двух щелей, который подавляет низкие и ограничивает верхние пространственные частоты, Непосредственно за фильтром 5 расположен фазовый фильтр 6 в виде полуплоскости, сдвигающей фазу световой волны на 7 в одной из щелей фильтра 5 относительно другой. Фазовый Фильтр 6 может быть выполнен из двух стеклянных пластин с разностью оптических2 к+1толщин в ( - -"-) М где .3 - длинаФволны света, а кО, 1, 2,В результате такой фильтрации взадней фокальной плоскости объектива7 Формируется оконтуренное цзображение исходного изделия 3 (25) - егосветовой контур 51 (фиг. 5 а), причем,благодаря фаэовому фильтру 6 профильконтура имеет одинарный вид. В этойже плоскости размещается транспарант8, представляющий собой набор парщелей (по числу контролируемых сечений). Вид транспаранта 8 при контролеизделий в трех сечениях приведен на 35Фиг. 5 а (элемент 52). Ширина щелей53 транспаранта Ь выбирается равнойаирине контура 51, Расстояние междущелями каждой пары определяется соотношениемЦ)Эо,Эццн, - 2 Ь,где Эдц; - минимальное значение размера в -м сечении;453. = 1, 2 р в в о. 1 у) - число сечений.Каждая пара щелей сдвинута относи".тельно контура изделия по направле О нию,его движения на величину= Эмакст Эмин параметр, учитывающий возможный разброс размеоов при изготовлении изделия. Диаметры изделия при этом нумеруются в порядке невозрастания их значенийЭЭЭТакое смещение щелей необходимо для разделения информации от различных сечений иэделия, Сдвиг х-й пары щелей относительно, (1-1) -й на велиР- Рчинуучитывает предельноеизменение размеров в Ы)-м и 1-м сечениях изделия.При движении изделия 3(25) элементы его светового контура 51 последовательно проходят через щели 53 на основании 52 транспаранта 8 (фиг. 5 а) и формируют световой сигнал, который собирается линзой 9 на фотоприемник 10. Полученный электрический сигнал на его выходе является корреляцией светового контура с образцовым транспарантом и представляет собой последовательность импульсов с длительно 2 Ьстью "-. Форма сигналов при контроле Чотдельных сечений изделий приведенана Фиг. 5 б - (для сечений Э Э, Эз),В режиме многоразмерного контроля откаждого из сечений поступает своя четверка импульсов и, следовательно, корреляционный сигнал на выходе фотоприемника 1 О представляет собой последовательность из вложенных другв друга трех пачек импульсов (фиг.5 д). Разделение импульсов в последовательности обеспечивается сдвигом щелей 53 на транспаранте 52.Рассмотрим работу устройства при контроле одного сечения иэделия.Сигнал с выхода фотоприемника 10 (Фиг. 6 а) поступает на первый вход стабилизатора 11 амплитуды входных сигналов, на информационный вход усилителя 33 с регулируемым коэффициентом усиления и одновременно на вход повторителя 29 напряжения, выполняющего роль согласующего каскада. С выхода повторителя 29 напряжения сигнал поступает на вход аналогового ключа 30 напряжения. Ключ открывается только во время наличия сигналаФна управляющем входе с выхода логического элемента И 35. Триггер 34 и логический элемент И 35 преднаэна 1434247чены для выделения первого ипульса54 иэ последовательности импульсовс выхода .формирователя 12 (фиг. бб).Выходной сигнал формирователя 12Чы представлен в логических уровнях цифровых микросхем с длительностями импульсов, соответствующими пересечению некоторого порогового значения Чпостоянного напряжения с входным сигналом Чформирователя (фиг. ба). Триггер 34 устанавливается по синхрониэирующему сигналу (фигбв) перед поступлением на измерительную позицию измеряемого 3 или образцового 25 изделия. СинхросигналыФормируются из световых импульсов,образующих при прохождении света через соответствующие синхронизирующие отверстия 26 (27), разнесенныеповысоте кольцевого основания рото ра транспортирующего блока 24, Световые импульсы синхронизации воспринимаются соответствующими фотоприемниками 17 и 20. Электрические сигналыс выхода фотоприемников усиливаются до логических уровней напряжения усилителя 18 и 21 и устанавливают соответствующие триггеры 19 и 22. Синхроэуются в предлагаемом устройстве дляустановки в исходное состояние различных узлов, Сброс триггера 34 производится по заднему фронту первогоимпульса 54 с выхода формирователя 12 входных сигналов. Выходной сигналтриггера 34 приведен на фиг. бг. Таким обраЗом, на выходе логического элемента И 35 появляется только одинимпульс 55 (фиг. бд), соответствую 40 щий совпадению импульса 54 и сигнала с выхода триггера 34, В то время,когда ключ 30 открыт импульсом 55,амплитудный детектор 31 фиксируетамплитудное значение первого импульса 56 (фиг. ба). Сигнал с выходаамплитудного детектора Ч(Фиг. бе)через согласующий каскад-повторитель 32 напряжения поступает на управляющий вход усилителя 33 с автоматической регулировкой усиления. В зависимости от величины напряжения дЧ 50= Ч- Ч, где Ч с - некоторое опорное напряжение в усилителе 33, коэффициент усиления К усилителя 33 изменяется в некотором диапазоне в соответствии с зависимостью, приведеннои на Фиг. 7. Входные импульсы, следующие за импульсом 56, меньше Ч уси 25 логическим элементом ИЛИ 23 и испольливаются, а большие Ч ослабляются.апТаким образом осуществляется стабили"зация амплитудного эначепиях входныхинформационных импульсов,. поступающихна формирователь 12 входных сигналов,С выхода формирователя 12 сигнал поступае; на первый вход формирователя13 измерительных интервалов, на второй вход которого поступают иэмери"тельные метки (импульсы) частотой 1с первого выхода преобразователя 16,На третий вход формирователя 13 поступают измерительные метки частотойЕ/2 с второго выхода преобразователя 16. Греобраэовдтель 16 обеспечивает автоматическое изменение частотывырабатываеьйх импульсов пропорционально скорости движения Ч измеряемого или образцового изделия 3 (25)через измерительную зону. Так как выходные измерительные метки с преобразователя 16 используются для заполнения временных интервалов, несущих информацию о размерах изделийв Формирователе 13, то автоматическоеизменение частоты обеспечивает независимость погрешностей изменений скорости Ч,Преобразователь 16 работает следующим образом.На управляющий вход аналоговогоключа 36 поступает импульс 55 (фиг,бд)с выхода логического элемента 35(Фиг, 2) и стабилизатора 11, Во время действия этого импульса ключ 36открыт, от источника 40 постоянноготока заряжается конденсатор 37 с постоянной скоростью, Напряжение, докоторого заряжается конденсатор 37,пропорционально длительности импульса 55, а следовательно, и скорости Чдвижения изделия 3 (25). После закрытия ключа 36 напряжение на конденсаторе сохраняется практически постоянным на время действия последовательности импульсных сигналов от изделия 3 (25) (Фиг. ба), так как конденсатор 37 оказывается отделеннымот других элементов схемы высокимвходным сопротивлением повторителя38 напряжения. С выхода повторителя38 сигнал поступает на преобразователь 39 напряжение - частота с линейной характеристикой преобразования. Делитель 41 частоты делит частоту входного сигнала с преобразователя 39 на 2, Таким образом, навыходах преобразователя длительности воеменных интервалов в частотучастота выходных сигналов изменяется йропорционально скорости движения контролируемого (образцового) чэделня 3 (25) . В формирователе 1 измерительных интервалов осуществляется5 выделение интервалов 7 и 8, а также импульсон 57-59 (фиг, 5 б) из ,последовательности импульсов от каждого х-го сечения, Интервалы - и ь, заполняются метками частотой Г,1 а интервалы 57-59 - метками частотой Х/2, поступающими на Формирователь 13 с преобразователя 16, Таким обра зом, н Формирователе 13 производит,ся Формирование пачек меток 60 и 61 ,(Фиг, 6 ж, э), н которых число меток И; и И, пропорционально Временным интервалам между серединаьял соответстнующих Входных импульсол Т , и Т(фиг, 6 а),формирователь 13 измерительных интервалов работает следующим образомОднонибратор 42 Форплр,ет короткие импульсы (фиг. 6 и) по переднему и заднему Фронтам входных импульсон4, 57, 58 и 59, Эти импульсы считыаются счетчиком 43,. сброс которого "О" производится В момент поступлеЗОя соответствующего синхроимпульса на вход "Р" с логического элемента 23, Иьформация со счетчике 43 поступает на адресньпЪ Вход ПУ 44., которыйемультиплексирует необходимые интерВалы В оотетстви с записаннои программой. Таблица програм 7 юронания ПЗУ 44 для .измерения изделий В одном, двух или трех сечениях приведена на Фиг. 8 а, б,. в. По неуказанным начальным адресам записывается "О", ПЗУ имеет 2 п выходов, где и - общее число измерительных интервалов. Так как для измерения размера В одном .-м сечении изделия необходимо определить два интервала. (Т и Т то число контролируемых сеченийбудет связано с числом измерительных интервалон и выражением и = 2. На первом выхо,де ПЗУ выделятся интерна 1 ы, соответствующие импульсам 57 и 59 (фиг, 6 б) 50 на втором - интервал Я на третьем - импульсы 58 и 59 и на четлеотом На последующих выходах Формируются аналОгичные интервалы для других кон тролируемых сечений иэделия, по мере э 5 уменьшения его диаметра.Иа выходе элемента 45 формируютсяпачки мгток частотой 1772 л длительностями, соответствующими импульсам 57, 59 с выхода 1 ПЗУ. На выходе логического элемента 46 формируется пачка имимпульсов частотой Е и длительностью лПолученные пачки меток обьединяются логическим элементом 49, и на выходе 1 Формирователя 13 имеется пачка импульсов и 1 (61). Аналогично на выходе 2 формирователя 13 имеют пачку п 60 и т.д. для других сечений. Каждая иэ пачек меток поступает с выхода формирователя измерительных интервалов на вход соответствующего счетчика импульсов узла счетчиков 14, Сброс счетчиков осуществляется сигналом по входу К с логического элемента 23.0 ;Интервал .Т,-- является опор 01 ЧДным а интервал Т = - - иэмерительным, пропорциональным контролируемому размеру 0, С выхода узла 14 счетчиков информация о длительности интервалов Т,п; и Т в виде соответствующих чисел и О, и ипоступает через узел 15 связи в вычислитель.Основные функции ЭВМ сводятся к выполнению по заданной программе арифметических и логических операций. При этом узел 14 счетчиков, триггер 22 и триггер 19 являются внешними устройствами по отношению к вычислителю (ЭВМ) .,Выражение, по которому вычисляется размер изделия в ЭВИ, следует из условия равенства скоростей на интервалах Т; и Т, (так как ДТ= = Т 1 - Тс(Т Т;), т,е.Вп, 01откудаТ 1 и т С учетом, что В-о; = сопят, Т;-и,Т,; и,где (, - калибровочный коэффициент, определяемый при калибровке прибора по образцовому изделию 25 с известным диаметром Р; , значение которого лежит в поле допусков контролируемого изделия(Э; мцнП 1060 - П 1 мжс)и о 1 06 ра = 01 О Р1 ОбрКонтроль изделий осуществляется путем сравнения полученных при изме ренин значений 0; с предельными значениями, установленными на чертеже данного иэделия (О, н, 0; дкс )10Вывод информации из вычислителя (ЭВМ) осуществляется на дисплей, входящий в его состав. Постоянные величины 0166 Р, 0,инн, 01 макс могут храниться в ПЗУ ЭВМ, либо записываться с клавиатуры в ручном режиме перед началом работы.Формула из обретенияУстройство для измерения и контроля размеров изделий, содержащеекогерентный источник света и установленные по ходу светового лучаколлиматор, объективы прямого иобратного Фурье-преобразований с25установленными между ними полосовымфильтром пространственных частот ифаэовым фильтром, ось симметрии которого перпендикулярна направлениюраспространения светового луча,транспарант, расположенный в заднейфокальной плоскости объектива обратного Фурье-преобразования, и фотоприемник, формирователь входных сигналов, формирователь измерительных 35интервалов, узел счетчиков, в транспаранте выполнено И пар щелей, расположенных так, что каждая пара щелейсдвинута на величину Д; = Л, ++ Р; + Р;, , где Р - диапазон изменения номинального размера в -м сечении; д = 1, 2. . . И, а расстояниемежду щелями в каждой паре 0,= 0 нОм + Р;где О, ном номинальныйразмер -м сечении, 0 ном 0 вям Оною .45фазовый фильтр с толщиной, скачкообразно изменяющейся относительно оси2 с+1 его симметрии на величину ( в )12 где 1 - длина источника света, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено стабилизатором амплитуды входных сигналов, преобразователем длительности временных интервалов в частоту, двумя каналами синхронизации, каждый из которых состоит из последовательно соединенных фотоприемника канала синхронизации, усилителя и триггера, логической ячейкой ИЛИ, узлом связи с вычислителем, первый вход стабилизатора амплитуды входных сигналов соединен с выходом фотоприемника, второй вход - с выходом формирователя входных сигналов, первый выход - с входом формирователя входных сигналов, вход преобразователя длительности временных интервалов в частоту соединен с вторым выходом стабилизатора амплитуды входных сигналов, а первый и вто 1 ой выходы преобразователя длитеяьно;ти временных интервалов в частоту соединены соответственно с вторым и третьим входами формирователя измерительных интервалов, первый вход которого соединен с выходом формирователя входных сигналов, И выходов формирователя измерительных интервалов соединены с соответствующими входами узла счетчиков, И выходов которого соединены с соответствуюшими "И" входами узла связи с вычислителем, выходы триггеров соединены с входами узла связи с вычислителем и входами логической ячейки ИЛИ, выход которой соединен с входом узла счетчиков, входом формирователя измерительных интервалов и третьим входом стабилизатора амплитуды входных сигналов, вторые входы триггеров соединены с выходом узла связи с вычислителем.