Прибор для определения твердости полимерных материалов

(51)5 0 01 И ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Самарское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика"(56) Авторское свидетельство СССРМ 1486876, кл. 6 01 й 3/42, 1987.(54) ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резина-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс.Целью изобретения является повышение точности.и быстродействия прибора, а также достоверности результатов измерения.На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения твердости полимерных материалов; на фиг, 2 конструкция прибора для измерения твердости полимерных материалов; на фиг. 3 - блок-схема интеллектуального датчика; на фиг. 4 - принципиальная схема оптоэлектронного измерителя; на фиг. 5 - блок в схе преобразователя перемещения индентора в цифровой код; на фиг. 6 - принципиальная конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резино-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс, Сущность изобретения; в устройство введены блок вычислений коэффициента твердости, блок энергонезависимой памяти данных, блок постоянной памяти команд, манипулятор и блок дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор, цифропечатающее устройство, интеллектуальный оптоэлектронный датчик малых перемещений, 6 з.п. ф-лы, 10 ил,схема логического фильтра импульсов; на фиг. 7 - принципиальная схема электронного нониуса; на фиг. 8 - блок - схема алгоритма работы прибора; на фиг. 9 - диаграмма работы логического фильтра; на фиг, 10 - временные диаграммы сигналов электронного нониуса.Прибор для измерения твердости полимерных материалов (фиг. 2) содержит корпус 1, на котором с возможностью перемещения установлен столик 2, имеющий в центре выступ 3 конусной формы, заканчивающийся стержнем 4, На выступе 3 размещен своей нижней внутренней ко-, нусной частью основной груз 5, выполнен- ный в виде псйого цилиндра. Своей верхней внутренней конусной частью основной груз 5 лежит в ответной конусной части - конусе 6 подвески 7. Верхний конец подвески 7 выполнен в виде конуса 8, входящего при своем движении в отверстие 9 корпуса 1, Вверхней части подвески 7 жестко установлена нижняя траверса 10, которая с помощью тяг 11 жестко соединена с верхней траверсой 12, в центра которой установлена опора 13,Инденторы 14 жестко скреплены между собой шайбой 15 с установленной в середине опорой 16, Шайба 15 имеет снизу высту.- пающую часть в виде конуса 17, Верхний торец опоры 16 имеет сферическую поверхность с центром, расположенным в геометрическом центре плоскости, проходящей через центры сфер инденторов, Стержень 18 расположен свободно в зажиме 19 и входит в соприкосновение снизу с опорой 13, а сверху с наконечником 20 измерителя перемещения 21, Наконечник 20 снабжен фиксатором 22. Прижимной груз 23 имеет отверстия 24 для пропуска тяг 11, отверстия 25 для пропуска инденторов 14, отверстия 26 для тяг механизма подьема и опускания прижимного груза (условно не показанного на схеме), центральное отверстие 27 конусной формы. Три выступа снизу вокруг отверстия 25 выполняют рояь прижимных лапок 28, прижимающих образец 29 нормированным усилием к опорной поверхности 30 корпуса 1. В корпусе 1 (фиг. 1) размещены та же блок 31 вычислений коэффициента твердости, блок 32 постоянной памяти команд, блок 33 энергонезависимой памяти данных, блок 34 дискретного управления манипулятором, манипулятор 35, цифртопечатающее устройство 36, блок цифровой индикации 37, бункер-накопитель 38,Манипулятор 35 (фиг. 1) содержит механизм 39 управления кассетой для образцов, загрузочное устройство 40, механизм 41 подьема основного груза 5, механизм 42 прижимного груза 5, механизм 42 прижимного груза 23.Интеллектуальный датчик(фиг,3) малых перемещений состоит из оптоэлектронного измерителя перемещений 43 и преобразователя линейных перемещений 44 в цифровой код.Оптоэлектронный измеритель (фиг, 4) представляет собой преобразователь перемещений в импульсный сигнал и содержит оптическую решетку 67, с шагом решетки 16 мкм, жестко связанную с наконечником 20 (фиг. 2) и оптопары 68, Преобразователь линейных перемещений 44 в цифровой код (фиг, 5) содержит два усилителя 45 и 46, на входы которых подключены выходы оптоэлектронного измерителя 43, компараторы 47 и 48, на входы которых подключены выходы усилителей 45 и 46 соответственно и входы опорного напряжения Оп, выходы компяраторов 47, 48 подключены на входы логического фильтра 49 и на первый и второй входы блока 52 электронного нониуса,логический фильтр 49, 1-й и 2-й счетчики 50и 51, на входы которых подключены соответствующие выходы логического фильтра, авыходы подключены на шину данных микропроцессора 31, блок 52 электронный нониус, на 3 и 4 входы которого подключенывыходы усилителей 45 и 46 соответственно,10 а выходы на шину данных микропроцессора31.Логический фильтр 49 (фиг, 6) содержитдва инвертора 53, 54, два элемента 55 и 56И, линии задержки на ВС цепочках,15 Блок 52 электронный нониус фиг, 7 содержит три усилителя 57, 58 и 59, шестькомпараторов 60 - 65, выходы которых подключены на входы восьмиразрядного регистра 66, цепочку потенциометрических20 резисторов 67, подключенных к выходамусилителей 57, 58 59,Работа прибора осуществляется под управлением блока вычислений 31, в качествекоторого служит микропроцессор, по программе, хранящейся в памяти программ 32,блок-схема алгоритма управляющей программы представлена на фиг, 8, Согласнопрограмме микропроцессор вырабатываетв определенной последовательности коды30 команд, которые по шине данных поступаютна вход блока 34 дискретного управленияманипулятором, блок 34 представляет собой плату силовых транзисторных ключей,управляемых сигналами микропроцессора,35 Сигналы с блока 34 по силовой шине управления поступают на входы исполнительныхмеханизмов управления кассетой 39, управления загрузочным устройством 40, подьема основного груза 41, подьема40 прижимного груза 42, управления зажимомуправления перемещением наконечника 20и приводят их в действие согласно алгоритму (фиг. 8). Отработанный образец из рабочего пространства вытал кивается45 следующим образцом в бункер-накопитель 38.Измеритель перемещений 21 интеллектуальный оптоэлектронный датчик работаетследующим образом,При перемещении наконечника 20 измерителя 43 одновременно с ним перемещается оптическая решетка 67, в результате чего на выходах измерителя 43 вырабатыва ются импульсные синусоидальные сигналы, принимающие нулевые значения при каж дом смещении решетки 67 на один шаг (16мкм). Сигналы на выходах между собой сдвинуты на 90 О. Данные сигналы поступают на усилители 45, 46, усиленные сигналы поступают на компараторы 47, 47 и на входы блока 52, Сформированные на выходах ком 1827579параторов сигналы прямоугольной формы, сдвинутые относительно друг друга на 90, поступают на логический фильтр 49, на выходе которого создаются импульсы или прямого, или обратного счета. Эти импульсы поступают на входы счетчиков 50 и 51, прямого и обратного счета (в качестве счетчиков применены счетчики - таймеры серии К 580 ВИ 53), при прямом перемещении наконечника 20, фильтр 49 пропускает импульсы на вход счетчика 50 прямого счета,при обратном перемещении пропускает импульсы на вход счетчика 51 обратного счета. Цена данных импульсов равна 16 мкм, Так как счетчики таймера работают в обратном направлении, то для определения фактической величины импульсов, нужно произвести следующим вычисленияКфакт = К 1 - К 2,где Кф - фактическое значение импульсов;К 1 - начальное значение счетчика;К 2 - конечное значение счетчика.Для определения истинного значения перемещения индентора необходимо из значения счетчика 50 прямого счета вычесть значения счетчика 51 обратного счета и разность умножить на 16 мкм.= Кпр.сч. - Кобр.сч. 16, (2)где- истинное значение перемещения индентора в мкм.Это будет результат по грубой шкале отсчета, Для повышения точности датчика используется блок 52 электронный нониус, который представляет собой блок логики преобразователя фиг. 7. На выходе блока 52 формируется код, который через шины данных считывается микропроцессором 31 и в таблице, хранящейся в постоянной памяти 32, в соответствии с прочитанным кодом выбирается соответствующее значение точного перемещения индентора в единицах измерения в данном случае мкм), т.е. это будет результат по нониусу точного отсчета. Общий результат перемещения индентора будет равный1 = (Кпр.сч. - Кобр.сч.)16+ Ц, З) где - показания нониуса в ед, изм. мкм),Таким образом, при разрешающей способности оптической решетки в 16 мкм измерение произойдет с точностью до 1 мкм.Логический фильтр 49 работает согласно диаграмме фиг. 9.Электронный нониус 52 (фиг, 7) работает следующим образом, пус с поедметным столом, размещенные на 30 поотив него инденторы и узел нагруженьа манипулятором, цифровым индикатором, 40 цифропечатающим устройством, связанным с индентором интеллектуальным опта 50 5 10 15 20 Потенциометрические резисторы устанавливают пороговый уровень срабатывания компараторов 60 - 65 таким образом, чтобы сигналы на их выходах имели сдвиг на 1/16 шага оптической решетки. Временные диаграммы сигналов и таблица соответствия приведены на фиг. 10. Таким образом разрешающая способность датчика повышается до 1 мкм. Код с компараторов поступает на восьмиразрядный регистр 66, с которого через шину данных считывается микропроцессором и в таблице, хранящейся в памяти программ 32, в соответствии с прочитанным кодом в регистре 66, выбирается соответствующее значение единиц перемещения,Таким образом. предложенное устройство исключает недостатки прототипа, повышает быстродействие прибора, точность и достоверность результатов измерения и позволяет распечатывать результаты на твердом носителе, а также позволяет сохранять результаты ы энергонезависимой памяти данных при аварийном отключении питания, Формула изобретения 1, Прибор для определения твердостиполимерных материалов, содержащий коринденторов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродей. ствия прибора, а также достоверности ре. зультатов измерения, он снабжен блокоц вычислений коэффициента твердости, бло ком энергонезависимой памяти данных, блоком постоянной памяти команд, манипу. лятором и блоком дискретного управлениц электронным датчиком перемещений, выход блока вычислений коэффициента твердости соединен с общей шиной, к которой подключены входы-выходы блока энергонезависимой памяти данных, выходы блока постоянной памяти, вход блока дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор и цифропечатающее устройство; а информационный вход блока вычислений коэффициента твердости соединен с выходом интеллектуального оптоэ лектронного датчика,2. Приборпоп.1,отл ича ю щи йся тем, что манипулятор выполнен в виде каю. сеты для образцов, механизма управления кассетой, загрузочного устройства, меха низма подьема прижимного груза, механиз ма подъема основного груза бункера-накопителя.3. Прибор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления манипулятором включает в себя силовые транзисторные ключи.4. Прибор по и,. 1. о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что интеллектуальный оптоэлектронный датчик выполнен в виде оптоэлектронного измерителя перемещений и преобразователя линейных перемещений в цифровой код.5. Прибор по пп, 1 и 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что преобразователь линейных перемещений в цифровой код выполнен в виде двух усилителей, входы которых подключены к выходам оптоэлектронного измерителя, двух компараторов, входы которых подключены к выходам усилителей блока электронного нониуса и логического фильтра, входы которых подключены к выходам компараторов, первого и второго счетчиков,на входы которых подключены соответствующие выходы логического фильтра, микропроцессоров, соединенных с выходами5 счетчиков, входы блока электронного нониуса подключены к выходам усилителей, авыходы - на шину микропроцессора,6. Приборпо п.5, отличающийсятем, что логический фильтр выполнен в виде10 двух инверторов, двух элементов И и линиизадержки на ВС-цепочках,7, Приборпоп,5,отличающийсятем, что блок электронного нониуса выполнен в виде трех усилителей, шести компара 15 торов, восьмиразрядного регистра, входыкоторого соединены с выходами компараторов, потенциометрических резисторов, соединенных с входами компараторов и свыходами усилителей.201827579 Составитель В, Астапов Редактор Техред М,Моргентал Корректор Л, Пилипенкооизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Г на, 1 О каз 2354 Тираж ВНИИПИ Государственного комите 113035, МоскваПодписноео изобретениям и открыиям при ГКНТ ССС35, Раушская наб., 4/5