Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Ы 1711002 А 1 В 21/00 5 Ц 5 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ О АВТОРСКОМУ СВ ЛЬСТВУ щего колебания с помощью генератора 2 в диапазоне амплитуды, ограниченном упорами 4. Перед фотоприемником 3 установлен на упругой пластине 6 составной светофильтр 5 с различными спектральными полосами пропускания, Электронный тракт устройства обеспечивает обработку сигнала с выхода усилителя 8 фототока, входом соединенного с выходом фотоприемника 3, предоставляющего собой результат преобразования пространственного распределения освещенности в плоскости анализа во временное. Положительный эффект достигается эа счет того, что функцию генератора периодических сигналов специальной формы в устройстве выполняет интегрирующая ВС-цепь 14, содержащая Я два простейших элемента, 2 ил. ический инсти СССР1989.Е УСТРОЙСТЕРОВ НАГРЕк контрольно- елью изобретеустроиства. полнен в виде на его свобод, совершаютали от номинальноатуры нагретой детаима для введения тали при ее остываи осуществляется таблиц или графиатком этого устройНаиболее близким к и ется устройство для изм нагретых изделий, содерж ный сканатор с двумя сво ющимися между упорами фотоприемник с усилителе автоматической регулир триггер Ш митта, дифферен генератор периодических альной формы, соединенн ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМТЫХ ИЗДЕЛИЙ,ния является упрощениВибрационный сканатор вывибратора 1 с закрепленнымном конце фотоприемником Изобретение относится к контрольноизмерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров нагретых деталей, заготовок, и может быть использовано при контроле проката, поковок и обечаек.Известно, что контроль геометрических параметров обечаек (основных базовых деталей) осуществляется с помощью ручных измерительных средств - рулеток, кронциркулей и шаблонов, Все эти измерительные средства не обеспечивают необходимой точности и оперативности контроля и не позволяют осуществлять измерение обечаек в течение технологического процесса.Известно оптико-электронное устройство, осуществляющее измерение обечаек в процессе их производства на валковых листогибочных машинах, имеющее указатель отклонения размера дего и индикатор темперли, которая необходпоправки на размер дении.Введение поправоператором с помощьюков, что является недос эобретению являерения размеров ащее вибрационбодно перемещасветофильтрами, м фототока,блок овки усиления, цирующую цепь, сигналов специыйкомпаратором, к второму входу которого подключен усилитель фототока, триггер, коммутатор, генератор тактовых импульсов и счетчик импульсов,Недостатком этого устройства является сложность выполнения генератора периодических сигналов специальной формы, так как форма импульса сигнала определяется аналитической зависимостью величины поправки на размер от температуры изделия и его номинального размера. Зависимость эта нелинейная и поэтому при проектировании таких генераторов используется кусочно-линейная аппроксимация, т. е. генератор сигналов специальной формы содержит несколько генераторов с линейно изменяющимся напряжением и схему их коммутации, что существенно усложняет изготовление этого устройства.Целью изобретения является упрощение устройства,Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронном устройстве для измерения размеров нагретых изделий, содержащем вибрационный сканатор с упорами и двумя светофильтрами, установленными с возможностью свободного перемещения между упорами, фотоприемник с усилителем фототока, триггерШмитта, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, а выход соединен с управляющим входом фотоприемника, генератор периодических сигналов специальной формы и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, коммутатор , ,и счетчик импульсов, генератор периодических сигналов специальной формы выполнен в виде интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом усилителя фототока, второго и третьего коммутаторов, входы которых соединены соответственно с выходами интегрирующей цепи и усилителя фототока, одновибратора, вход которого соединенс выходом триггера Шмитта, а неинвертирующий и инвертирующий выходы соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего коммутаторов и второго триггера Шмитта, вход которого соединен с выходами второго и третьего коммутаторов, а выход - суправляющим входом первого коммутатора,Указанное отличие позволяет значительно упростить устройство, так как функцию генератора периодических сигналов специальной формы выполняет интегрирующая ВС-цепь, содержащая два простейших элемента, что значительно упрощает настройку этого устройства, Упрощение50 усилителю 8 фототока подключен триггер 12Шмитта, к которому в свою очередь подключен одновибратор 13 длительностью т, который запускается фронтом импульса с триггера 12 Шмитта. Выход усилителя фото тока соединен через интегрирующую ВСцепь 14 и первый коммутатор 15.управляющий вход которого соединен с неинвертирующим выходом одновибратора 13, а также через второй коммутатор 16, управляющий вход которого соединен с ин 1020253035 конструкции повышает надежность оптико- электронного измерительного устройства,что очень важно, так как устройство работает в условиях высоких температур.На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - время-импульсная диаграмма, поясняющая работу устройства,Устройство представляет собой вибратор 1, совершающий колебания с помощьюгенератора 2, На свободном конце вибратора 1 закреплен фотоприемник 3, Амплитуда колебаний фотоприемника ограничена упорами 4, которые кроме стабилизации амплитуды позволяют получить также линейныйзакон движения фотоприемника, т. е. сканирования, а следовательно, и линейную характеристику измерительного устройства,Перед фотоприемником 3 установлен составной светофильтр 5, состоящий иэ двух светофильтров с различными полосами пропускания и с линией раздела, перпендикулярной направлению сканирования.Составной светофильтр 5 установлен на вибраторе 1 с помощью упругой пластины 6, имеющей период собственных колебанийбольше периода собственных колебаний вибратора 1. Пластина 6 позволяет светофильтру 5 свободно перемещаться в направлении сканирования и в диапазоне, ограниченном упорами 7, жестко соединенными с вибратором 1. Спектральные полосы пропускания светофильтров подобраны таким образом, что при стабилизации светового потока, проходящего через первый светофильтр, величина светового потока,проходящего через второй светофильтр, не превышает величину светового потока первого светофильтра во всем диапазоне температур нагретого изделия.К усилителю 8 фототока, соединенному с фотоприемником 3 и сопротивлением нагрузки Вн, подключен блок автоматической регулировки усиления (АРУ), состоящий из пик-детектора 9, задатчика 10, которые соединены с входами дифференциального усилителя 11, который кроме функции усилениявыполняет также функцию элемента сравнения. Выход дифференциального усилителя соединен с фотоприемником 3, К40 45 50 55 вертирующим выходом одновибратора 13, с триггером 17 Шмитта, Выход триггера 17 Шмитта соединен с управляющим входом третьего коммутатора 18, включенного между генератором 19 тактовых импульсов и счетчиком 20 импульсов.При работе устройства вибратор 1 с фотоприемником 3 совершает возвратно-поступательное движение по линейному закону Як, (диаграмма 21, фиг, 2), преобразуя пространственное распределение освещенности в плоскости изображения объектива во временное, При изменении направления движения вибратора эа счет сил инерции составной светофильтр 5 смещается относительно фотоприемника 3 в диапазоне, ограниченном упорами 7, и таким образом происходит автоматическая смена светофильтров перед фотоприемником 3, а следовательно, и спектральной полосы пропускания светового потока, Смена светофильтров происходит с некоторым запаздыванием, длительность которого зависит от величины расстояния между упорами 7. Сигнал с усилителя фототока О (диаграмма 22, фиг, 2) имеет ступенчатую форму.Светофильтры подобраны таким образом, чтобы напряжение первой ступени в заданном интервале температур было меньше напряжения второй ступени импульса, Импульсы напряжения с усилителя 8 фатотока поступают на пик-детектор 9 с временем разряда, превышающим период сканирования, Таким образом, с пик-детектора на инвертирующий вход дифференциального усилителя 11 поступает постоянное напряжение, равное напряжению второй ступени импульса, На неинвертирующий вход дифференциального усилителя поступает постоянное напряжение с задатчика 10, с которым сравнивается напряжение пик-детектора.При изменении температуры изделия изменяется напряжение импульсов, поступающих на пик-детектор 9, и отклонение напряжения от заданного усиливается дифференциальным усилителем 11, который в свою очередь изменяет напряжение питания фотоприемника 3 так, что напряжение второй ступени импульса остается постоянным. Напряжение первой ступени импульса Ос 1 определяется температурой изделия, Сигнал с усилителя 8 фототока поступает на вход триггера 12 Шмитта с порогом срабатывания Опар, с выхода которого прямоугольные импульсы с постоянной амплитудой От 1 (диаграмма 23, фиг, 2) и длительностью, определяемой положением границы изделия относительно оптической оси, фронтом запускают одновибратор 13 с 5 10 15 20 25 30 35 длительностью г(диаграмма 24, фиг, 2), Одновибратор 13 неинверсным выходом через первый коммутатор 15 на время т к уси:ителю 8 фототока подключает интегрирующую цепь 14, г по истечении этого времени цепь отключается и сигнал проходит, минуя ее через второй коммутатор 16, который управляется инвертирующим выходом одновибратора 13, на триггер 17 Шмитта. Таким образом, на вход триггера 17 Шмитта поступает сигнал О (диаграмма 25, фиг. 2), у которого более пологий фронт и следовательно импульс на выходе триггера 17 Шмитта - Отг имеет меньшую длительность, чем импульс на выходе триггера 12 Шмитта - От 1 (диаграмма 26, фиг, 2) на величину, определяемую температурной поправкой.Автоматический ввод температурной поправки осуществляется следующим образом. При уменьшении температуры изделия согласно закону Голицына-Вина максимум излучения сдвигается вправо по спектру и, хотя с уменьшением температуры поток излучения уменьшается, за счет блока АРУ, который повышает чувствительность фотоприемника, напряжение первой ступени увеличивается, Форма фронта импульса при подключении интегрирующей цепи описывается уравнением:О = 01(1-е ),где т= ВС постоянная времени цепи.Подставив в это уравнение О = Ь- определяют момент срабатыванию триггера Шмитта по формуле а величина температурной поправки определяется выражением Л О = К Лт, где К - коэффициент, определяемый скоростью сканирования и коэффициентом передачи оптической системы.В свою очередь, напряжение первой половины импульса определяется температурой иэделия по формуле Од = ВТ". Параметры светофильтров и интегрирующей цепи Р 2 С 2 подбираются таким образом. чтобы зависимость ЛО(Т) была близка к линейной в заданном интервале температуо.С помощью сопротивления В изменяется величина поправки в зависимости от номинального размера изделия и сопротивление градуируется непосредственно в величинах номинальных размеров. Затем длительность импульса, пропорциональная отклонению размера от номинального, приведенному к нормальным температурнымусловиям, преобразуется в цифровой код, Коммутатор 18 на время длительности импульса подключает к счетчику 20 импульсов генератор 19 тактовых импульсов (диаграмма 26, фиг. 2). Результат измерения с счетчика импульсов может быть непосредственно введен в,ЭВМ.При внедрении оптико-электронного устройства для измерения размеров деталей химнефтеаппаратуры, изготавливаемых в нагретом состоянии, исключается повторный технологический цикл, так как повышается точность измерений и размер изделия в пределах допуска соответствует номинальному. Кроме того, с повышением точности изготовления деталей повышается производительность сборочных и монтажных работ, а также эксплуатационные показатели химнефтеаппаратуры,Формула и зоб рет ения Оптико-электронное устройство для измерения размеров нагретых изделий, содержащее вибрационный сканатор с упорами и двумя светофильтрами, установленными с воэможностью свободного перемещения между упорами, фотоприемник с усилителем фототока, триггер Шмитта, вход которого соединен с выходом усилителя фототока, блок автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с выхо дом усилителя фототока, а выход соединенс управляющим входом фотоприемника, генератор периодических сигналов специальной формы и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, коммутатор 10 и счетчик импульсов, отл ича ю щее с ятем, что, с целью упрощения конструкции устройства, генератор периодических сигналов специальной формы выполнен в виде интегрирующей цепи, вход которой соеди нен с выходом усилителя фототока, второгои третьего коммутаторов, входы которых соединены соответственно с выходами интегрирующей цепи и усилителя фототока, одновибратора, вход которого соединен с 20 выходом триггера Шмитта, а неинвертирующий и инвертирующий выходы соединены соответственно с управляющими входами второго и третьего коммутаторов, и второго триггера Шмитта, вход которого соединен с 25 выходами второго и третьего коммутаторов,а выход соединен с управляющим входом первого коммутатора.1711002 дрик ректо аказ 332 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 кий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 изводственно-издат Составитель А.ШилинРедактор Н,Гунько, Техред М.Моргентал ф. сч д ф; сч 4