Устройство для измерения геометрических параметров изделий

(21) 414 (22) 28, (46) 07,7 Лен ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ( 1) инградский институт точной механики и оптики(56) Митрофанов А.С., Тарлыков Г.А. Лазерный дифракционный измеритель размеров изделий, использующий телевизионную камеру. - Использование оптических квантовых генераторов в современной технике. 11 атериалы конференции ЛДНТП. Л., 1977, с.190-192.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИЗДЕЛИЙ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Дель изобретения - повьппение точности измерения эа счет осуществления электронного сканирования. Функциональный преобразователь 8, модулирующий эаданную траекторию сканирования, реверсивный счетчик 6, цифроаналоговый преобразователь 7,блок 9 сравнения, формирователь 10 импульсов иблок 13 вычислений позволяют при использовании передающей телевизионнойкамеры 5 в качестве сканирующего узла осуществить выделение информативных участков дифракционной картины внаправлениях, не совпадающих и совпадающих с направлением строчной и кадровой разверток. Траектории сканирования реализуются как линейными, таки нелинейными, программно изменяютсяот кадра к кадру, что позволяет сканировать дифракцнонную камеру в требуемых сечениях с заданным шагом дискретизации, выполнять статическую обработку результатов измерения в нескольких сечениях, осуществляя упорядоченный выбор и ранговые процедурыс целью получения устойчивого оценивакия и удаления аномальных реэуль1379623 татов измерения, возникающих из-залокальных дефектов измеряемых изделийВведение в устройство (К)идентичных каналов позволяет осуИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может бытьиспользовано для измерения и контроля диаметра отверстий, размера волокон, щелей, зазоров, проволоки, параметров пружин и изделий сложной формы, фотометрирования световых пучковпри регистрации быстропротекающих однократных процессов, н системах распознавания образов,Цель изобретения - повышение точности измерения за счет осуществления электронного сканирования,На Фиг.1 изображена структурная схема устройства, осуществляющего последовательное выделение информативных участков из телевизионного разложения по ш траекториям; на фиг.2структурная схема устройства осуществляющего параллельное выделение информативных участков из телевизионного разложения по К траекториям; нафиг,3 и 4 - временные диаграммы,поясняющие работу устройства для измерения ифункционального преобразователя привыделении информативных участков дифракционной картины в правой частирастра и левой части растра соответственно; на фиг.5 - временные диаграммы, поясняющие работу блока обработки электрического сигнала; нафиг.6 - растр, на который спроецирована дифракционная картина от круглого отверстия (пунктирными линиямипоказаны примеры линейных и нелинейных траекторий выделения информативных участков из дифракционной картины),Устройство для измерения геометрических параметров изделий (фиг.1)содержит последовательно расположенные лазер 1, телескопическую систему 2 для проецирования световогопотока на объект 3 измерения, объектив 4, передающую телевизионную камеру 5 (двумерный светоэлектрический ществить выделение информативныхучастков в К заданных направленияходновременно за время одного кадра.1 з,п. А-лы, 6 ил.преобразователь), реверсивный счетчик 6, цифроаналоговый преобразователь 7, функциональный преобразователь 8, блок 9 сравнения, формирова тель 10 импульсов, аналоговый ключ11, блок 12 обработки электрическогосигнала и блок 13 вычислений. Выходтелевизионной камеры 5 соединен саналоговым входом аналогового клю ча 11, выход генератора кадровой развертки телевизионной камеры 5 соединен с первым входом блока 12 обработки электрического сигнала и с установочным входом реверсивного счет чика 6, выход генератора строчнойразвертки телевизионной камеры 5соединен с входом обратного счетареверсивного счетчика Ь и первым управляющим входом функционального пре образователя 8, второй управляющийвход которого соединен с блоком 13вычислений, выход реверсивного счетчика 6 соединен с входом цифроаналогового преобразователя 7, выходом 25 соединенного с первым входом блока9 сравнения, выход функциональногопреобразователя 8 соединен с вторымвходом блока 9 сравнения, выходомсоединенного с входом формирователя 30 10 импульсов, первый выход которогосоединен с вторым входом блока 12 обработки электрического сигнала, авторой выход - с логическим входоманалогового ключа 11, выход которогосоединен с третьим входом блока 12обработки электрического сигнала, выходом соединенного с блоком 13 вычислений. 40 Устройство может содержать (К)идентичных каналов, каждый из которых состоит из функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения, формирователя 10 импульсов, аналогового ключа 11 и блока 12 обработки электрического сигнала.Устройство (фиг.1) работает следующим образом.Объект 3 облучают излучением лазера 1, которое расширено телескопической системой 2. В фокальной плоскости объектива 4 формируется дифракционная картина, соответствующая дифракции фраунгофера на объекте 3, и в этой же плоскости объектива 4 уста 10 новлена мишень видикона передающей телевизионной камеры 5Последняя осуществляет преобразование дифракционной картины в электрический сигнал, в виде построчного разложения (фиг.За и 4 а), который поступает на15 аналоговый вход ключа 11, Последний открывается (замыкается) на короткий промежуток времени (фиг.Зе и 4 е) в течение формирования строки раэложе 20 ния в момент пересечения данной строки с заданной траекторией сканированияНа аналоговом выходе ключа 11 появляется сигнал в виде коротких электрических импульсон (фиг.Зж, 4 ж и 5 а), амплитуда каждого иэ которых пропорциональна интенсивности регистрируемой дифракционной картины в точках, соответствующих пересечению траектории сканирования с соответствующей строкой разложения (Фиг.6).30 Полученная последовательность импульсов (фиг.5 а) в течение формирования кадра (полукадра) дискретно описывает распределение интенсивности в регистрируемой дифракционной карти не в соответствий с заданной траекторией сканирования. В блоке 12 обработки электрического сигнала импульсная последовательность (Фиг.5 а) преобразуется в непрерывный сигнал (фиг.5 в), который дифференцируется (фиг.5 г), и в моменты перехода сигнала через нулевое значение фиксируются моменты экстремума (Фиг.5 д) сигнала (фиг.5 в), далее формируется нре"45 менной интервал (фиг.5 е), пропорциональный линейному размеру одного или нескольких максимумов в регистрируемой дифракционной картине, который заполняется импульсами высокой частоты (Фиг.5 ж) и преобразуется в позиционный код. Последний внодится в блок 13 вычислений, на выходе которого Формируется результат измерения.Привязка заданной траектории ска нирования к телевизионному растру (построчному разложению) осуществляется при помощи реверсивного счетчнка 6, цифроаналогового преобразователя 7, функционального преобразователя 8, блока 9 сравнения и формирователя 10 импульсов, временной режим работы которых и устройства для измерения задается импульсами генераторов кадровой и строчной разверток телевизионной камеры 5.В конце каждого телевизионного разложения на выходе генератора кадровой развертки формируется импульс, который поступает на первый вход блока 12 обработки электрического сигнала, где устанавливает в исходное состояние (нулевое) счетчики, входящие в состав блока 12, и на установочный вход реверсивного счетчика 6, в нем в виде позиционного кода на выходной шине устанавливается число, равное количеству строк в одном кадре (полукадре) разложения. Кодовая комбинация с выхода реверсивного счетчика 6 поступает на вход цифроаналогового преобразователя 7 и преобразуется им в постоянное напряжение Б, (фиг.Зг и 4 г), которое поступает на перный вход блока 9 сравнения.В конце каждой строки разложения на выходе генератора строчной развертки Формируется импульс (фиг.За,б и 4 а,б), который поступает на вход обратного счета реверсивного счетчика 6. В момент окончания формирования каждой строки из числа, записанного н счетчике 6, вычитается единица, соответственно, уменьшается на одну единицу кодовая комбинация на выходе счетчика 6, Пропорционально изменению кода на выходе счетчика 6 изменяется (уменьшается) напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 7, Импульс с выхода генератора строчной развертки поступает также на первый управляющий вход функционального преобразователя 8, на его второй управляющий вход поступают одноразрядная и три п-разрядные кодовые комбинации с выхода блока 13 вычислений и задают направление и траекторию сканирования. На выходе функционального преобразователя 8 формируется (Фиг.Зг и 4 г) линейно изменяющееся напряжение, моделирующее заданную траекторию сканирования, которая повторяется в течение каждой строки телевизионного разложения.Напряжения с выходов цифроаналогового преобразователя 7 и функцио 1379623нального преобразователя 8 поступают соответственно на первый и второй входы блока 9 сравнения, на выходе которого н момент равенства входных напряжений (определяющий момент пересечения заданной траектории сканиронания с соотнетствующей строкой разложения) появляется сигнал (фиг,Зд и 4 д). Формирователь 10 им пульсов по сигналу, поступающему на его вход с выхода блока 9 сравнения, Формирует на первом и втором выходах по одному импульсу. Причем имгульс, появляющийся на втором выходе, задержан относительно импульса, появившегося на первом выходе на величину дпительности первого импульса. С первого выхода формирователя 10 импульсон сигнал поступает на второй вход блока 12 обработки электрическо 1 а сигнала, Сигнал с второго выхода Формирователя 10 импульсов (фиг.Зе и 4 е) поступает на логический вход аналогонага ключа 11 и упранляет его состоянием. На аналоговый вход ключа 11 непрерывно поступает видеосигнал. В момент появления управляющего импульса ключ 11 замыкается, и фрагмент строки видеосигнала (фиг.Зж, 4 ж и 5 а) поступает на вход блока 12 обработки электрического сигнала.Время появления импульса, управляк 1 щего состоянием аналогового ключа 11 относительно начала каждой строки35 разложения, определяется порядковым номером строки и заданной траекторией сканирования и за время кадра может варьироваться в пределах всей длительности строки. Выходное напря жение функционального преобразователя 8 корректируется с учетом длительности импульса, появляющегося на первом выходе формирователя 10 импульсов.45К началу следующего кадра (полу- кадра) блок 13 вычислений формирует сигнал (кодовые комбинации), соответствующий новому направлению и траектории сканирования и транслирует на второй управляющий вход функционального преобразователя 8 соответствующий код. В момент начала нового кадра реверсивный счетчик, 6 и счетчики блока 12 устанавливаются в исходное 55 состояние, и цикл работы устройства с отработкой следующих траектории и направления сканирования повторяется. Таким образом, осуществляется последовательное в течение нескольких кадрон сканирование дифракционной картины программно по заданным направлениям и траекториям. Информация о размере изделия в заданных сечениях копится н памяти блока 13 вычислений ипредставляется в обработанном виде на экране дисплея или регистрируется печатающим устройством,Алгоритм работы устройства (фиг,2) аналогичен изложенному. В данном устройстве аппаратными средствами - введением (К) идентичных каналов достигается увеличение быстродействия иточности измерения. В течение одногополукадра (кадра) одновременна реализуются заданные направления и траектории сканирования и, соответственно, осуществляется измерение изделия в требуемых сечениях.Функциональный преобразователь 8 вырабатывает напряжение, изменяющееся в соответствии с требуемым направлением и траекторией сканирования и согласованное с амплитудной характеристикой цифроаналогового преобразователя 7.При реализации устройства (фиг.2),осуществляющего сканирование одновременно по нескольким траекториям, схема функционального преобразователя 8может быть существенно упрощена, таккак в этом случае каждый функциональный преобразователь может вырабатывать сигнал, соответствующий одной траектории сканирования, не требуетвнешнего управления по второму управляющему входу, а только синхрониэирован импульсами генератора строчнойразвертки,При изменении кодов на входе функционального преобразователя 8, имитирующего заданную траекторию, осуществляется выделение из телевизионного разложения информативных участков, что соответствует сканированию регистрируемого дифракционного поля по требуемой траектории как линейной, так и нелинейной (круговой, экспоненциальной, логарифмической, тригонометрической и т,д.).Длительность импульса, появляющегося на втором выходе формирователя 10 импульсов, управляющего состоянием аналогового ключа 11, выбирается в соответствии с линейными размерамидеталей изображения, проецируемого на мишень телевизионной камеры 5 и с целью оптимизации обработки электрического сигнала программно изменяетсяот строки к строке или от кадра ккадру.Блок 12 обработки электрического сигнала преобразует сигнал, поступающий на его вход с выхода аналогового ключа 11 в позиционный код, содержащий информацию о размере измеряемого изделия в заданном направлениисканированияФормула и з о б р е т е н и я1. Устройство для измерения геометрических параметров изделий, содержащее лазер, оптически связанные телескопическую систему, объектив и двумерный светоэлектрический преобразователь с генераторами кадровой и с.трочной разверток, блок обработки электрического сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно соединенными реверсивным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем, каналом электронного сканирования, состоящим из последовательно соединенных функционального преобразователя, блока сравнения, формирователя импульсов и аналогового ключа, блоком вычислений, аналоговый вход аналогового ключасвязан с выходом двумерного светоэлектрического преобразователя, выход генератора строчной развертки которого связан с реверсивным входом реверсивного счетчика и с первым управляющим входом функционального преобразователя, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока вычислений, вход которого соединен с выходом блока обработки электрического 15сигнала, выход генератора кадровой развертки двумерного светоэлектрического преобразователя соединен с вторым входом блока обработки электрического сигнала и с установочным входом реверсивного счетчика, выход цифроаналогового преобразователя подключен к второму входу блока сравнения, второй выход формирователя импульсов подключен к третьему входу блока обработки электрического сигнала.2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью увеличения быстродействия эа счет одновременного сканиронания по различным направлениям, оно снабжено (К) каналом электронного сканирования, каждый из которых соединен с соответствующим входом блока вычислений,Молодцо СоставительТехред Л.Оли актор О.Юрковедка ароши оррек Заказ 970/Й одписиое ВНИИПИ ии ска водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, у ктная,по дела 3035, Москва