Способ контроля прямолинейности и устройство для его осуществления

, 1739195 01 В 21/20 ОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ К повышение точности контроля при измерении непрямолинейности протяженных обьектов. Способ заключается в последовательном задании референтного направления посредством светового луча .на дискретных отрезках контроля, на которые разбивают контролируемый объект, в синхронных измерениях в линейной и угловой мерах непрямолинейности.контролируемых точек объекта и нестабильности задания референтного направления, в измерении взаимного положения дискретных отрезков между собой и в вычислении не- прямолинейности объекта контроля. Уст.ройство содержит задающий и контролирующий модули, связанные между собой оптически и посредством каналов телеуправления. 2 с.п,ф-лы, 2 ил.(56) Авторское свидетельство СССРМ 1427179, кл. 6 01 В 21/22, 1988.Заявка ФРГ М О 3444723,кл, 6 01 С 5/00, Е 08 35/00, 198 б.Авторское свидетельство СССРМт 641274, кл. О 01 В 11/00, 1979.(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРЯМОЛИНЕНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение оносится кной технике, Целью изобрете измерителния являетс Изобретение относится к инженерной геодезии и предназначено для автоматизированного геодезического контроля прямолинейности обьектов большой длины, в частности направляющих рельсов массового технологического оборудования, в том числе рельсов подкрановых путей.Известен способ контроля прямолинейности, включающий формирование светового луча, задание с помощью светового луча референтного направления па всей длине контролируемого обьекта, стабилизацию пространственного положения референтно. го направления посредством цепочки обратной связи, проведение измерения непрямолинейности контролируемых точек и вычислительную обработку по определению непрямолинейности обьекта.Недостатком способа является низкая точность контроля прямолинейности обьектов большой длин ем атмосферных туИзвестен такж ометрии рельсово ра, включающий луча, задание с по ферентного напра сового пути на отд измерение непря руемых точек рел отдельном участке ботку по определе го пути.Недостатком способа является низкая точность контроля прямолинейности рельсового пути, обусловленная нестабильностью пространственного положения луча лазера и влиянием атмосферных турбуленции и рефракции. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕАВТОРСКОМУ СВИД ы, обусловленная влиянирбуленции и рефракции, е способ определения гего пути с помощью лазе- формирование светового мощью свегового луча ревления. разделение рельельные участки контроля, молинейности контролиьсового пути на каждом и вычислительную обранию геометрии рельсово 1739195Наиболее близким к изобретению является способ контроля прямолинейности,включающий формирование светового луча,задание посредством светового луча референтного направления по всей длине контролируемого объекта, выполнение. синхронных измерений в линейной мере отклонений точек объекта от прямолинейно.сти и нестабильности заданияреферентного направления, вызванной нестабильностью пространственного положения луча лазера и изменениемраспределения интенсивности световогопотока в поперечном сечении пучка, а такжевычислительную обработку измеренных параметров и определение прямолинейностиобъекта, .Недостатком способа является низкаяточность измерение непрямолинейностиобъектов большой длины, обусловленнаявлиянием атмосферы на результаты контроля (поглощение и рассеивание световогопучка, искривлейие референтного направления под действием атмосферных турбуленции и рефракции) и неучетом линейнойсоставляющей нестабильности положениялуча лазера.Цель изобретения - повышение точности контроля прямолинейности объектовбольшой длины.Поставленная цель достигается тем, чтосогласно способу контроля прямолинейно, сти, заключающемуся в том, что формируютсветовой луч, задают с помощью световоголуча референтные направления, синхронноизмеряют в линейной мере отклонения контролируемых точек объекта от прямолинейности и нестабильность заданияреферентного направления и вычисляют непрямолинейность объекта с использованием измеренных параметров, на объектеизмеряемый участок делят на отрезки контроля, референтные направления задают последовательно на дискретных отрезкахконтроля, длина которых ограничиваетвнешними условиями измерений, измеряютвзаимное положение дискретных отрезковконтроля, наряду с линейной производятдополнительные синхронные измерения отклонений контролируемых точек объекта отпрямолинейности и нестабильности задания референтного направления в угловоймере. а прямолинейность объекта вычисляют с учетом этих параметровНа фиг,1 приведена схема измерениянепрямолинейности контролируемого объекта; на фиг.2 - структурная схема устройства,Реализующее предложенный способустройство контроля прямолинейности устанавливают на первых двух точках объектаконтроля, на точках 1 и И (фиг.1), Формируютсветовой луч и посредством светового лучазадают референтное направление на участ 5 ке 1-И, Производят синхронные измеренияв линейной и угловой мерах на точке 1 -положения первого, принимаемого, например за исходный, референтного направления, на точке 11 - непрямолинейности10 второй точки контроля относительно первого референтного направления, Затем.устройство перемещают с точки И на точкуИ объекта контроля. Задают референтноенаправление на участке 1-11, Выполняют15 синхронные измерения в линейной и угловой мерах на участке 1-И 1, на точке 1 - положении второго референтного направления,на точке Ш - непрямолинейности третьейточки контроля относительно второго рефе 20 рентного направления. Цикл измерительных операций заканчиваетсяперемещением устройства с точкина точкуИ объекта контроля. Заданием референтного направления на участке Ии 11, Производ 25 ством синхронных измерений в линейной иуловой мерах на участке ИИ, на точке И -положения третьего референтного направления, на точке 1 - непрямолинейности второй точки контроля относительно третьегс30 референтного направления. Далее циклическая последовательность операций продолжается,Вычисление непрямолинейности контролируемого протяженного объекта, напри 35 мер направляющего рельса, с помощьюпредложенного способа выполняют следующим образом.В общем случае непрямолинейность точек контроля вычисляют по формуле40 У 1 = (11;у с 12 Р 12 + Ч 32 Р 32,12+ Р 32с 63 Р 2 з+(Ь Риз,45 Р 23 + Р 53)-го референтного направления на 1-ой точке контроля; о- непрямолинейность в линейной 55 мере, 1-й точки контроля относительно )-го референтного направления, приведенная к исходному, например первому, референтному направлению; Р - вес соответствующего значения;мерительными системами линейных и угловых величин, накопителем информации, выч и с л и т е л е м исполнительно-регистрирующим блоком и электронным уровнем и исполнительным блоком наведения и двумя светоделителя. ми, размещенными в задающем модуле, в котором фотоизмерительные системы через светоделители оптически связаны с источникой света, выходы систем и электронного уровня подключены к накопителю, шины данных и управления вычислителя связаны с накопителем информации, исполнительно-регистрирующим блоком, электронным уровнем и исполнительным блоком наведения, связанным с источником света, в,контролирующем модуле выходы фотоизмерительных систем и электронного уровня подключены к накопителю информации, а вычислитель шинами данных и управления связан с накопителем информации, исполнительно-регистрирующим блоком и электронным уровнем, кроме того, модули связаны между собой каналами телеуправления. синхронизации моментов контроля и ориентирования референтного направления.Устройство содержит задающий 1 и контролирующий 2 модули (фиг,2), связанные между собой оптически и посредством каналов телеуправления, установленные на контролируемой направляющей 3 с возможностью автономного перемещения.Задающий модуль 1 содержит источник.4 света, светоделители 5 и 6, фотоизмерительные системы 7 и 8 измерения линейных и угловых смещений референтного пучка лучейнакопитель 9 информации, вычислитель 10, исполнительно-регистрирующий блок 11, исполнительный блок 12 наведения и электронный уровень 13.Светодепитель 6 расположен по ходуотраженного светоделителем 5 пучка лучей.Со светодепителем 6 оптически связаны фотоизмерительные системы 7 и 8. Выходы фотоизмерительных систем 7 и 8 и электронного уровня 13 подключены к накопителю 9 информации, Вычислитель 10 шинами управления связан с накопителем 9 информации, исполнительно-регистрирующим блоком 11, исполнительным блоком 12 наведения и электронным уровнем 13, а шиной данных - с исполнительно-регистрирующим блоком 11 и накопителем информации,Источник 4 света включает источник лазерного излучения и оптическую коллимирующую систему (не показаны) и служит для формирования референтного направления.Светоделители 5 и 6 выполнены в виде полупрозрачных зеркал и служат для раэделе 10 чей, вызванных нестабильностью простран 20 30 35 50 55 ромеханический привод и датчик пути, например колесный (не показаны).Исполнительно-регистрирующий блок 11 40 45 ния светового пучка. Фотоизмерительные системы 7 и 8 включают оптические масштабирующие системы, например телескопические и позиционно-чувствительные фотоприемники, выполненные на базе матричных ФСЗС (фоточувствительные схемы с зарядовой связью). Фотоизмерительные системы 7 и 8 служат для измерения линейных и угловых смещений референтного пучка луственного положения луча лазера Накопитель 9 информации выполнен в виде запоминающих устройств; ОЗУ - оперативного запоминающего устройства, например на полупроводниковых элементах, ВЗУ - внешнего запоминающего устройства, например на базе НГМД - накопителя на гибком магнитном диске. Накопитель 9 информации служит для запоминания и длительного хранения измерительной информации о линейном и угловом положении референтного направления в моменты контроля прямолинейности, дальностей до точек контроля и углов бокового наклона задающего модуля 1, вызванных наклоном верхней грани головки, рельса. Измерительная информация с НГМД, например, непосредственно вводится в микроЗВМ, где производится вычислительная обработка результатов измерений по заданной программе и вывод данных, например, АПУ(автоматическое печатающее устройство).Вычислитель 10 представляет собой процессор, выполненный на одной или нескольких БИС и включающий устройство управления (УУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ). регистры и шины, Вычислитель 10 вместе с накопителем 9 информации образуют микропроцессорную систему задающего модуля 1. Вычислитель 10 служит для управления выполнением всех операций и перемещением всех данных при управлении работой накопителя 9 информации, исполнительно-регистрирующего блока 11, исполнительного блока 12 наведения и электронного уровня 13,Исполнительно-регистрирующий блок 11 включает приемники каналов телеуправления процессами ориентирования референтного направления и синхронизации моментов измерения непрямолинейности направляющего рельса и нестабильности задания референтного направления, электслужит для приема команд по каналам телеуправления, автономного перемещения задающего модуля 1 по контролируемойнаправляющей и измерения дальностей до.точек контроля прямолинейности. Исполнительный блок 12 наведения выполнен в виде. механической сканирующей 5 системы и включает систему поворотных осей источника 4 света, сервоприводы и т,д, Блок 12 наведения служит для наведения референтного пучка лучей на контролирующий модуль 2. 10Электронный. уровень 13 выполнен в виде маятникового датчика с емкостным преобразователем углов наклона в электрические сигналы и служит для измерения поперечных, боковых углов наклона 15 задающего модуля 1 в моменты контроля прямолинейности рельса и нестабильности положения референтнаго направления.Задающий модуль 1 расположен на подвижной платформе 14, установленной на 20 контролируемом рельсе 3 с вазможностью автономного перемещения и снабженной центрирующими устройствами, например механическими. Задающий модуль 1 служит дпя формирования и задания референтного 25 направления, контроля пространственного положения референтного направления, измерения непрямалинейности контролируемого рельса, автаномнога движения по направляющей с измерением дальностей до 30 точек контроля.Контролирующий модуль 2 содеркит светоделитель 15, фотаизмерительные системы 16 и 17 измерения линейных и угловых смещений референтнаго пучка лучей, нако питепь 18 информации, вычислитель 19, исполнительна-регистрирующий блок 20 и электронный уровень 21.Светоделитель 16 расположен па ходу прошедшего через светоделитепь 5 пучка 40 лучей. Со светодепителем 16 оптически связаны фотоизмерительные системы 16 и 17, выходы которых и электронного уровня 21 подключены к накопителю 18 информации, Вычислитель 19 шинами управления связан 45 с накопителем 18 информации, исполнительно-регистрирующим блоком 20 и электронным уровнем 21, а шинами данных - с накопителем 18 информации и исполнительно-регистрирующим блоком 20, 50Светоделитель 16 выполнен также в виде полупрозрачного зеркала и служит для разделения светового пучка на два, Фотоизмерительные системы 16 и 17 по конструкции аналогичны системам 7 и 8 и включают 55 оптические масштабирующие системы, напримерр телескопическиеи позиционно-чувствительные фотоприемники, выполненные на базе матричных ФСЗС. Фотоизмерительные системы 16 и 17 служат дпя измерения линейнога и углового положения референт- ного направления в процессе контроля.Накопитель 18 информации, также как и накопитель 9 информации, выполнен в виде ОЗУ и ВЗУ. Накопитель.18 информации служит для запоминания и длительного значения измерительной информации о линейных и угловых положениях референтного направления, дальностей до точек контроля и углом бокового наклона контролирующего модуля 2. Измерительная информация с НГМД вводится непосредственно в микроЭВМ.Вычислитель 19 представляет собой также процессор, выполненный на одной или нескольких БИС и включающий устройство управления (УУ), арифметическо-логическое устройство (АЛУ), регистры и шины. Вычислитель 19 вместе с накопителем 18 информации образуют микропроцессорную систему контролирующего модуля 2. Вычислитель 19 служит для управления выполнением всех операций и перемещением всех данных при управлении работой накопителя 18 информации, исполнительно-регистрирующего блока 20 и электронного уровня 21,Исполнительна-регистрирующий блок 20 включает передатчики каналов телеуправления ориентированием референтнага направления и синхронизации моментао измерений непрямолинейности рельсов и контроля положения референтного напряжения, привод, например электромеханический, и датчик пути, например колесный (не показаны). Исполнительно-регистрирующий блок 20 служит дпя подачи команд по каналам телеуправления, приведения в движение и автономного перемещения контролирующего модуля 2 по направляющим рельсам и измерения дальностей до точек контроля прямолинейности.Электронный уровень 21 выполнен в виде маятникового датчика с емкостным преобразователем углов наклона в электрические сигналы и служит дпя измерения боковых углов наклона контролирующего модуля 2 в процессе контроля прямолинейности рельсов,Контролирующий модуль 2 расположен на подвижной платформе 22, установленной на контролируемом рельсе 3 с возможностью движения и снабженной центри рующими устройствами, например механическими, Контролирующий модуль 2 служит для изменения непрямолинейности рельсов в точках контроля, измерения положений референтного направления при переносе точек задания направления иавтономного перемещения по рельсам с измерением дальностей до точек контроля.Устройство работает следующим образом.Задающий 1 и контролирующий 2 модули устанавливают на первых двух очкахконтроля прямолинейности направляющегорельса. Производят необходимые включения и задают вычислителем 10 и 19 дискретность контроля прямолинейности с 10помощью соответствующих клавиатур.Источник 4 света формирует референтный пучок лучей, который светоделителем 5делится на два,Прошедший через светоделитель 5 референтный пучок лучей уходит в направлении контролирующего модуля 2. В общемслучае пучок лучей занимает произвольноеположение и может не попасть в фотоизмерительные системы 16 и 17 контролирующего модуля 2. Вычислитель 10 дает командуна ориентирование референтного. пучка лучей. Сигнал команды поступает в исполнительный блок 12 наведения, которыйпроизводит сканирование референтным 25пучком лучей области пространства в направлении нэ контролирующий модуль 2. Вмомент попадания референтного пучка лучей я фотоизмерительные системы 16 и 17вычислитель 19 останавливает сканировэние, Сигнал захвата от вычислителя 19 поанализу телеуправления ориентированиеми шине данных поступает в вычислитель 10.Возможно необходимо уточнение ориентирования референтного направления и приведение его в центральную часть. фотоизмерительных систем 16 и 17, Здесьинициативу берет нэ себя вычислитель 19,давая соответствующие команды вычислителю 10. 40.Референтный пучок лучей попадает насветоделитель 15, расщепляется им и поступает на фотоизмерительные системы 16 и17. Геометрическое положение лучей на позиционно-чувствительных фотоприемниках 45систем 16 и 17 преобразуется в электрические сигналы, соответствующие линейномуи угловому положению референтного пучка,Электрические сигналы с выходов фотоизмерительных систем 16 и 17 поступают на 50входы накопителя 18 информации. Отраженный светоделителем 5 пучок расщепляется светоделителем 6 и поступает на фотоизмерительные системы 7 и 9. 55 Фотоизмерительные системы 7 и 8 измеряют линейное и,угловое положение референтного пучка лучей, соответствующие электрические сигналы от систем поступают на входы накопителя 9 информации,После окончания операции ориентирования референтного направления, вычислитель 19 дает команду на производствосинхронных измерений. Команда по, каналутелеуправления синхронизацией моментовизмерений, шине данных поступает в вычислитель 10. По команде синхронных измерений, на задающем и контролирующеммодулях 1 и 2 накопителями 9 и 18 информации запоминаются электрические сигналы сфотоизмерителвных систем 7,8 и 16,17, сигналы с датчиков исполнительно-регистрирующих блоков 11 и 20 и электронных уровней13 И 21,Затем, вычислитель 19 дает команду нэперемещение контролирующего модуля 2на очередную точку контроля. Команда поступает в исполнительно-регистрирующийблок 20 и контролирующий модуль 2, попоказаниям датчика пути устройства 20 устанавливается на очередной точке контроляпрямолинейности. После остановки контролирующего модуля 2 вычислитель 19 вновьдает команду на производство синхронныхизмерений.Теперь вычислитель 10 дает команду исполнительно-регистрирующему блоку 11 наперемещение задающего модуля 1 на следующую, очередную точку контроля. Перемещение также осуществляется попоказаниям датчика пути исполнительнорегистрирующего блока 11, После остановки вычислитель 10, управляеториентиррвэнием референтного направления. Далее операции повторяются,Предложенные способ контроля прямолинейности и устройство для его осуществления позволяет повысить точностьконтроля прямолинейности объектов большой длины путем уменьшения влияния погрешностей, обусловленных поглощением ирассеиванием светового луча в атмосфере,влиянием атмосферных турбуленции и рефракции, которые на коротких отрезках контроля, на которые разбиваетсяконтролируемый объект, имеют значительно меньшие величины, Кроме того, точностьконтроля повышается зэ счет исключенияпогрешности фиксирования оси головкипри определении взаимного положения дискретных отрезков.Формула изобретения1. Способ контроля прямолинейности,заключающийся в том, что формируют световой луч,с помощью светового луча задаютреферентные направления, синхронно измеряют в линейной мере отклонения контроли руемых точек объекта от прямолинейности и нестабильности задания референтного направления и исполь-зуя эти параметры вычисляют непрямолинейность объекта, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности контроляпри измерении непрямолинейности протя-женных обьектов, на объекте измеряемый 5участок делят на отрезки контроля, референтные направления задают последовательно на дискретных отрезках контроля,измеряют взаимное положение дискретныхотрезков контроля, наряду с линейной производят дополнительные синхронные измерения отклонений контролируемых точекобъекта от прямолинейности и нестабильности задания референтного направления вугловой мере, а непрямолинейность вычисляют с учетом этих параметров. 2. устройство для отроля прямолинейности, содержащее задающий модуль с источником света и контролирующий мо дуль со светеделителем, фотоизмерительной системой линейных величин, накопителем информации и исполнительно- регистрирующим блоком, две подвижные платформы, модули установлены на соот ветствующих платформах и оптически связаны между собой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля . при измерении непрямолинейности протяЗО женных объектов, оно снабжено фотоизмерительной системой угловых величин, вычислителем и элементным уровнем, размещенными в контролирующем модуле, вторыми фотоизмерительными системами линейных и угловых величин, накопителем информации, вычислителем, исполнительно-регистрирующим блоком и электронным уровнем и исполнительным блоком наведения и двумя светоделителями, размещенными в задающем модуле, в котором фотоизмерительные еистемц через светоделители оптически связаны с источником света, выходы систем и электронного уровня подключены к накопителю, шины данных и управления вычислителя связаны с накопителем информации, исполнительно-регистрирующим блоком, электронным уровнем и исполнительным блоком наведения, связанным с источником света, в контролирующем модуле выходы фотоизмерительнцх систем и.электронного уровня подключены к накопителю информации, а вычислитель шинами данных и управления связан с накопителем информации, исполнительно-регистрирующим блоком и электронным уровнем, модули связаны каналами телеуправления, синхронизации моментов контроля и ориентирования референтного направления.1739195 оставитель В.Пыш хред М,Моргента Редактор С.Пат ректор М,Шароши ва Заказ 1995 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035; Москва, Ж, Рауаская нэб., 4/5 КН Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10