Лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек

Комитет Российскойпе патентам и товарн едерации м знакам АНИ сДсрзЦий г т тенту Российской(71) Волгоградский политехнический институт(73) Волгоградский политехнический институт(54) ЛАЗЕРНОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЕЧАЕК(57) Изобретение относится к измерительнойтехнике, а именно к устройствам для измерения1 2геометрйчесйихпараметров"цйлййдрйческйхкрупногабаритных объектов, Цель изобретения - повышение точности, Первоначально производится- автоматический поиск центра изделия. После"того "как-опредвейа база измерения, производитбГйзмереййе"профйлясеченйя внут ренней поверхности обечайки, оптическая систе- .ма головки создает изображ ение участков иэделия в-йлоскбсти "рао 1 оложенйя "койцов световодов 13-16. Кроме того, при включении режима измерения перед ковом световода, соответст- вукхцего фотоприемнику 22, устанавливается подвижная диафрагма,17 с отверстием, котбрая позволяет измерять"откпонейия-размера в определенной точке контура обечайки. Напряжения"ц .; ." .-нФукъи " - ":%4 уууу . - ,-. Ъ. - .-" Ффцфцущьдяифй:6;. фукьиафьй .Ф 4:,+й ъ юйщ "Фьф Мус выхода усилителя 23 псступает йа формирователь 29 импульсов, соединенный с индикатооом 34, который регистрирует отклонение внутреннего размера от номинального. 4 ил.5 .1786936Изобретение относится к измеритель-1990), Устройстпво содержит оптическуюизной технике, а именйо к устройствам для мерительнуюголовкусприводомвращения,измерения геометрических йарампеутров ци- " состоятщую"йэт четшырехзеркал с приводоМлиндрических полыхкрупногабаритнйхде- повор 61 затзвыркальной йирамйды с виброалей, и может быть использовано в 5 приводом; чвтыреххг=световодг"йынх вилок, ла-тяжелом машиностроениийрйпроизводст- зераггхй объектива, установленную нае обечаек - основных базовых деталей хим- пергемещщающнймся ИфкИрдПйвттлноммехаи "".,.".- т т . ын - , щефтеаппаратуры.,.,.:, низме;"СОЕдизнаййгторм С данумяшоеырвбдтвигатей тяжелом машиностроении измерений: .лами,регистратор- сигналов "йз четырехгеометрическихпараметров обечаек осуще цепей, каждая из которыхвключает послествляется в основном с помощью рулетки, " :дбвтательнтоп" Соедйгненнйе. Фотойрйетмник,кронЦиргкуляции, шаблонов и других контак- :,:ус ил ител ь-фо рм ировател ь им пул ьсов.тнйх устройств. Реже применяются оптиче-. ,фильтр низкой частоты, попарно соединенские измерительнйещ устройства на базе: .,ные с"двумя блоками вйчитания, с усилитетеодолита. Все перечисленные выше изме лями и электроприводал"мй,талйзмеерительную.рительные средства не обеспечивают нерб-.,цепь, вклгочающупю пгодвоитжйутйдиафрагм иходимой точности и быстродействияп 6 следовательно соединенные усилитель,измерения.и, кроме того,не" могут быть ис- .Формирователь импульсов и ин и а ор.ьзованы в автоматизираванных систе-: . - :.; - ,:.Недостатком этого устройства являетсяМаХ УПлРаВЛпЕйИЯ тЕХНОЛОгИЧЕСКИМИ 20. ОГРаНИЧгвзННтаЯтОЧНОСтЬ ИЗМЕРЕНИЯ, таК КаКПрОцЕССаМИ.": .: " "ЭтпсунесирайпетгВО ИМЕЕТ ГрОМОЗдКуЮ МЕХаНИЧЕОднакО для предйриятий этой отраслискуй"кЗйструкцйю,кыоторая принагревании,разработана оптико-элгектранная измерти- : -и тем более неравномерном, деформирует. тЕЛЬНая СИСтЕМа (ХИМИЧЕСКОЕ И НвфтяНОЕ.": Ся ЧчтО 1 СУВО 4 ЮОЧЕрЕдЬ ВЕдвтКуГЛОВОМу СМЕ-машиностроеййе. 1975, М 3, с.38), рассмот щениЮ оптической измерительной головки.ренна в качестве базового объекта. Изме-, Кроме того, Двухкотордййатйый"механизм срительная- сйстемасодержит:йаправляющгими ймеетг зазоры и люфты,ПрЕОбраЗОВатЕЛЬ ОтрКЛОНЕйИягГраисИцц Иэдб- .;.: ОбуеялОВавгННЫтЕтЕХпНОЛОГИЕй ИХ П ОИЗВО Стлия от оптической оси, который.предвари- ва, -котбгрыетакже-огранйчивают тбчность.тельйо перед-йзменением устатнавливается 30 базигрованиля"оптйЧвской измерительной гона номинальный размер обечаек относи-.: " ,ловкип,а вч режимте работы устройства пойска.тельно неподвижного валка лйстогиботчной . Цетнтрадеталтиьявляатчся причиной автоколеМаШИНЫ, ИЗМЕРЕНИЕ ОСущЕСтВЛявтСя В ПрО-баНИй, Чта таКжЕ ПрИгеадИГКСНИжЕНИЮ тОЧцессе вращения обечайкй в валках машины. : ности базирования головки,Результат измерения регистрируетсчя с по- Зб;:, . Целью изобретения является, повйше-МОЩЬЮ СтрЕЛОЧНОГО ИНдИКатОраИ СаМбПИ-:,йИЕ тОЧйсОПСтИ "И 1 ЗМтЕравйагйя.ШущЕГО ПркбОра. ПрОФИЛОГраММа КОйтурау.:,: ЙОСтаВЛЕННЭя цвнЛЬдуОСтгИГзагвтея тЕМ, ЧтОобечайки, регистрируемая самопиаущим . влаЗврпнзом оптигко-элек 1 ронйоМустройствеприбором, отличаетсяот Формы йзделйя; .:.: для Измеренияртаызмеров бк и мерительная система реатлтиэУет 40 щем"основаниье, двчухкбонрдййатнпйй мехабесцентровый метод иЗмеренйя; а иэмери- ",Ййзм-":сдвумя серводвигателями,тельный преобразователь эквивалентей ". " оупгтйчгескузгюз йзмеритбльльную" головку, зусчтаплоскому качающему наконечйику контакт- :. йовтлеййуюСь" воэнмгожностьЮрэщщентиявок- "р, г- . . .:, руг" СчнвгоЕй-оолИ на ддвухтКОордИНатйОМ ",Точность измерения геометрйческихт 45 механизме и састоящую иоптически свя-; "рк льной пирамидыСпараметрбв с помощью этой системи огра- эатнтнпыхы объективазе - а "нич ,"," рехэ" ркалсупривзОдомгч:ничена смещЕнием обечайки в процессе:, виброприводомучеты "елх "вращения из-эа деформации валков и.М .:;-поворуочтаичетыгрех светово нЕ бОЛЬШИМ дОПуСКОМ На"ЛаЗЕра, дИафраГМу, уетзаНОВЛЕННгуа МЕждутолщину листовых заготовок, так как систе оптической голов КОИ И ВХОдуНгцМИ тОрцаМИМа ОСущЕСтВЛяЕтИЗМЕргвНИя НаружНОГОдИ-. СВЕтОВгОСдьйЫХ 1 ВйЛРОсКг ьИрпеггйнтстрантОр СиГнаИоВ,.аметра, а базовым размером являетсясостоящлизй"иэчатыр"нутренний. Все эти. недостатки ограиичи-"кажтдая" иэ"когторрсызх состойт из последова-ваютобластьпримененияоптико-электрон- .:тельно соетдсинен Мфо системы с такой схемой измерения. - : 68 мирователя импе" "ьв ф""пульс и фильтра низкой ; ;.И, ,.; ", оков вычйтаййя, входы каж-", ";,Из известных оптико-электрбнных уСт- .т. частоты" дв тх блройств наиболее близкйм по техниЧеской ":.дого иэ кбторыьх.пбдключены к выходам двухсущности является лазернопег оптико-элект-. слоотвЕзтгСтвующих фильтров низкой частотМра арсаи нзмерйейлььннебта ссиигстеммы,тсостоолящеей йиз пЬ" . "- о аек(Алтае. ЗЗ 154 т 486, кл.601 В 19/12".," следоеательно соодийенныхформироаата ;М:7 . 1786936. . 8ля импульсов, вход которого подключен к вы- подвижная диафрагма 17 с отверстием. Че-- , ,ходу первого фотоприемника, и индикатора, тыре конца из каждой пары световодныхи двух серводвигателей, входи которйх под- вилок соединены вместе, напротив которыхключены к выходам соответствующих блоков установлен лазер 18, а"другие койцы йз каж-"вычитания, двухкоординатный механйзм вы дой пары установлены напротив соответстполнен в виде телескопической штанги свующйх Фотоприемников 19-22,площадкой, предназначенной для установ- Фотоприемники 19-22 соединены черезки оптической измерительной головки, рас- контакты реле Р 1 и Р 2 с входами усилителейположенной на ней с возможностью 23-27, усилитель 23 охвачен отрицательнойвращения вокруг оптической оси, пневмати обратной связью с йомощью блока АРУ 28,ческого демпфирующего блока, шарнирно А выходы усилителей 23-27 соединены ссоединенного со штангой, упругой оболоч- Формирователямиимпульсов - триггерамики, установленной на основании и связан- Шмитта (20-33), формирователь 29.соединой со штангой, посредством тросовой нен с индикатором 23, з остальные - с фильсистемы, которая связывает серкводвйгате- "15 трами 35-38 низкой частоты, Выходыли соптической измерительной головкой." фильтров 35 и 36 соединены с блоком.39Указанное отличие позволяет повысить вычитания, а фильтров 37 и 38 - соответстточность измерения гетометрйческих пара- венно с блоком 40 вычитания. Выходы блометров обечаекза счет замены громоздких ков 39 и 40 вычитания подключены/механических конструкций упругой систе соответственнокусилителямзлектроприво-мой, исключающей деформации и люфты, а дов 41 и 42; соединенных с серводвигателясоответственно, и"погрешности, обуслов- ми 43 и 44. На Фиг.З изображеналенные этими причинами,койслтрукция двухкоординатного механизма. Изделие 45 установлено в валках листоНа фиг;1 изображена блок-схема пред гибочной:машины 46, С торцовой сторонылэгаемого устройства; на фиг,2- торцы све- обечайкик на основании закреплена жесткотоводов. в- плоскости изображения упругая оболочка 47, с которой шарнирнооптической системы; нэ фиг.З, 4 - конструк- соединена телескопическая штанга 48, зз-",тцйя системы," .":" ".крепленйэтя также на основании, но с возОптическая:измерительная головка 30 можйослтью поворота. Для йсклтюченияПртЕдСтаВЛтяЕт"СлОбОй КОрПуС 1 (ФИГ. 1), В КОТО- КОЛЕбаНИйПлрн ПврЕХОДНЫХ рЕжИМаХ ШтаНГаром закреплены объектив 2, упртугэя подав- . 48 имеет пневматический демпфирующийска 3 с закрейленными на ней сердечником блок; представляющий собой две полые ,4 ичетырехгранной зеркальной пирамидой замкнутые полности, сбединенные калибро5, катушка 6 вибропрйвода, соединенная с 35 ванным отверстием (фиг.4), На площадке,генератором 7,четыре зеркала 8. Зеркала 8связанной. упругой оболочкой 47 и штзтйгой-- ,:.- -==установленынаосях,закрепленныхвкорпу, закреплейэ"оптическая йзмерйткельнлэяк "се 1 и расположенных по сторонам квадра- головка с встроенйым электроприводом 49- тэ; центрально-подобного основанию вращения. Серводвигэтели 43 и 44 с" йа-пирзмиды 5. Для уветличения зоны сканйро мощьЮ двух барабайов 50 черезтросовуювания и уменьшения расхождения луча ла- систему 51 связаны с оптической измеризера поверхности зеркал 8 ймейт вогнутую тельной головкой электропривода 49.цилиндрическую поверхность. На корпусе 1 Работает устройство следую 1 цим обраголовки установлена на резьбе гайки 9 с зом,внутренней конической поверхностью; в ко Оптическая система гдловки, состоящаяторую с помощью пружину 10 упираютсяиэ зеркал 8, пирамиды 5 и объектива 2, сорычакги 11,жесткосоединенныеезеркталами . эдает изображенйе у участков йзделият в8, Таким образом, при вращении гайки 9-":- плоскости расположения концов световодпроисходит поворот зеркал 8 на одинако-ныхвилок 13-16, С помощью.гэйки 9 зеркавые угклы, за счет чего осуществляется уста ла 8 устанавливается так, чтобыновка измери 1 ельного устройства нэ проектировались участки иэделия только сзаданный размер обечайки. Корпус 1 опти- . одной границей(внутренней или наружной).ческой головки установлен в подшипнике 12 На наружной поверхности гайки 9 нанесены" с возможнбСтью поворота вокруг оптиче- деления, соответствующие номинальномуской"оси объектива. В плоскости изобрэже размеру изделия, С помощью лазера 18,ния обьектива 2 установлены спаренные: . световодных вилок 13-16 йоптической сисконцы световодных вилок 13-16 по сторо- темы головки (2, 5, 8) осуществляется поднам квадрата (Фиг.2), центрально-подобно-:светка изделия, причем только тех участков,го основанию пирамиды 5. Напротив койца." С которых; происходит съем информации.однодивсветоводныквилокустановлена При колебвнилк лираынды 5 е лоыощьюликиы;: фее, - ддщфяящцрадфрддцящщфорФ иФтяяяяфо ."ллояАЫккий:твибропривода, состоящего из сердечника 4,катушки 6 и генератора 7, вдоль оптическойоси объектива проекции участков изделия,освещенных лазером, также совершает колебания относительно концов световодных 5вилок 13 - 16,Поэтому на входы фотоприемников 19 -22 через световоды вилок 13-16 поступаютимпульсы светового потока, отраженного отиэделия, и на выходах усилителей 24-27 будут соответствующие импульсы напряжения, В режиме поиска центра изделияконтакты реле Р 2 замкнуты, а реле Р 1 разомкнуты. Рассмотрим сначала работу системы автоматического поиска центра изделия, 15которая состоит из двух идентичных следя. щих регулирования по двум координатам.Поэтому рассмотрим работу системы по однойкоординате, Для увеличения крутизныфронтов имптульсов усилители имеют большой коэффициент усиления, Затем сигналыс выходов усилителей 24 - 27 поступают на фвходы формирователей 30-33, которые преобразуют сигналы усилителей в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды. 25Длительность этих импульсов пропорциональна положению касательной к проекцииучастка изделия. С помощью фильтров 35,36 низкой частоты величина длительностиэтих импульсов преобразуется в постоянное напряжение, фильтры 35, 36 подключены к блоку 39 вычитания, где определяетсясигнал, пропорциональнйй смещению середины между касательными к контуру изделия относйтельно оптической оси 35объектива 2. Сигнал с блока 39 вычитанияпоступает на вход усилителя электропкривода 41, соедйненного с серводвигателем 43,который в свою очередь через барабан 50 с.помощью тросовой системы 51 перемещает 40оптическую измерительную головку электропривода 49 до того положения, прй котором оптйческая ось объектива 2 займетположение на середине между касательными.к контуру обечайки (45), Упругая оболочка 47 создает противодействующее усилие,Тормозное усилие, пропорциональное скоФормула изобретенияЛАЗЕРНОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕУСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЕЧАЕК, содержащее основание, двухкоординатный механизм с двумя серводвигателяии, оптическую 55 измерительную головку, установленную с возможностью вращения вокруг своей оси на двухкоординатнам механизме и состоящую из оптически связанных объектива, зеркальной пирамиды с виброрасти относительного перемещения частей штанги для исключения колебаний, создает пневматический демпфирующий блок, отверстие которого осграничивает поток возду-ха, переходящего иэ одной полости штанги в другую. Аналогично работает система автоматического регулирования по другой коо динате,р После того, как система аетоматическоизмерения, производится"измерение про- филя сечения внутренней поверхности обечайки, в этом режиме работы контакты релеР 2 разомкнуты, а контакты реле Р 1 эамкнутй, Оптическая система головки с помощьюгайки 9 устанавливается на номинальный внутренйий размер обечайки, то есть чтобы при вращенииголовки электргопрйвода 49 спомощью встроенного злечктройрйводаре:"гистрировалось отклоненйе внутреййегоразмера обечайки. Кроме того, при включении режимаиамарейия перед концом свето. водной вилки, соответствующей фотоприемнику 22, устанавливается подвижная дйафрагма 17 с отверстием, которая позволяет и:змерять от-клойтенйе размера в опредгелейной тбчке койтура обечайки. Сигнал с фотоприемника 22 усиливается усилителем 23, охваченным блоком АРУ 28. Напряжение с выхода усилителя 23 поступает на формирователь 29 импульсов, соединенный с индикатором 34, который регистрирует отклонкейите внутреннего размера от номинального. -При внедрении лагзерйого ойтико-электронного"усгтройства для измерения размеров обечаек повышается точность измереййя в йроцессе ихпроизводства, что исключает повторный технологический цикл - правку,"чсто ксвязано- с дополнительными материальнсйтмт й Затраттамй. При повышении технологической точности обечаек повышается йроизвбдйцтрелсьноссть труда при сборке химнефтеапйаратуры и улучшаются эксйлуатационные характеристйкихимйефтеаппаратуры,приводом четырех зеркалс приводом поворота и четырех световадных вилок и лазера, диафрагму, установленную между оптической головкой и входными торцами световодных вилок и регистратор сигналов, состоящий из четырех цепей центровки, каждая изкоторых состоит из последовательно соединенных фотоприемника, формирователя, импульсов и фильтра низкой частоты, двух блоков вычитания, входы каждого изск" Роспатента Ж. Раушска роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина которых подключейы . к выходам двух виде телескопической штанги с площадсоответствукнцих фильтров низкой час- - кой, йредназначенной для установки оптоты, и измерительной цепи, сосоящей ":лческой измерительной головки, распоиз последовательно соединенны, фор ложейной на ней с возможностью мирователя импульсов; вход ко орого вращейия вокруг оптической оси, пневподключен к вйходу первого фотопри- матическогодемпфирующего блока,1 емникэ, индикатора и двух серводвига- . шарнирно соединенного со штангой, уптелей, входы которых подключены к вы-ругой оболочки, установленной на осноходам соответствующих блоков.10 вании и связанкой со штангой носредвйчитания, олийчюющееся, тем, что, с ством тросовой системы, которая связы- целью повышения точности измерений, ваетсерводвигатели с оптической измедвухкоординатный механизм выполнен в . рительной головкой.с