оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек

Формула изобретения

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЕЧАЕК, содержащее оптическую головку с приводом вращения, установленную на перемещающемся двухкоординатном механизме, соединенном с двумя серводвигателями, и регистратор сигнала из четырех цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, усилитель-формирователь импульсов, фильтр низкой частоты, попарно соединенных с двумя блоками вычитания, выходами соединенных через усилители с электроприводами, и измерительную цепь, включающую последовательно соединенные усилитель фототока, соединенный с одним из четырех фотоприемников, формирователь импульсов и индикатор, отличающееся тем, что в него введены объектив, четырехгранная зеркальная пирамида с виброприводом возвратно-поступательного перемещения по оси объектива, установленного перед вершиной зеркальной пирамиды, четыре вогнутых зеркала с приводом поворота, оптически сопряженные с соответствующими гранями зеркальной пирамиды, маска в форме квадрата с щелями, расположенными вдоль его сторон, размещенная в плоскости изображения объектива, за которой расположены четыре фотоприемника регистратора сигналов, диафрагма с отверстием, установленная с возможностью перемещения и размещенная перед одним из фотоприемников,и две схемы управления питанием серводвигателей, каждая из которых выполнена из трансформатора со средней заземленной точкой, тиристорных ключей, подключенных разнополярно к вторичной обмотке трансформатора, уравнительных дросселей, соединяющих тиристорные ключи с серводвигателем, и двух дифференцирующих цепей с диодами, соединяющих выходы формирователей импульса с управляющими электродами тиристорных ключей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров цилиндрических полых изделий, и может быть использовано в тяжелом машиностроении при производстве обечаек основных базовых деталей химнефтеаппаратуры.

В тяжелом машиностроении контроль и измерение геометрических параметров обечаек осуществляется в основном с помощью рулетки, кронциркуля, шаблонов и других контактных устройств, реже применяются оптические измерительные устройства на базе теодолита. Эти измерительные средства не обеспечивают необходимой оперативности измерения, поскольку все измерительные операции осуществляются вручную.

Известна оптико-электронная измерительная система [1] содержащая преобразователь отклонения границы нагретого изделия от оптической оси объектива, который предварительно перед измерением устанавливается на номинальный размер обечайки относительно неподвижного валка листогибочной машины. Оптико-электронная система имеет два индикатора отклонения размера и температуры.

Температура необходима как для контроля технологического процесса, так и для введения температурной поправки на размер изделия.

Недостатком этой системы является длительность процесса измерения, так как вычисление поправки осуществляется вручную с помощью таблиц.

Из известных оптико-электронных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрическое устройство для контроля внутреннего диаметра обечаек [2] Устройство содержит оптическую измерительную головку с приводом вращения, установленную на перемещающемся двухкоординатном механизме, соединенном с двумя серводвигателями, регистратор сигнала из четырех цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, усилитель-формирователь импульсов, фильтр низкой частоты, попарно соединенные с двумя блоками вычитания, выходами соединенные через усилители с электроприводами, и измерительную цепь, включающую последовательно соединенные усилитель, соединенный с одним из четырех фотоприемников, формирователь импульсов и индикатор.

Недостатком этого устройства является невысокое быстродействие системы автоматического базирования измерительной головки, так как эта система содержит фильтры низкой частоты, которые являются инерционными элементами, а измерение приходится выполнять несколько раз в течение технологического процесса.

Целью изобретения является повышение быстродействия измерения за счет сокращения времени базирования измерительной головки.

Это достигается тем, что в оптико-электронном устройстве для измерения размеров обечаек, содержащем оптическую измерительную головку с приводом вращения, установленную на перемещающемся двухкоординатном механизме, соединенном с двумя серводвигателями, и регистратор сигнала из четырех цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, усилитель-формирователь импульсов, фильтр низкой частоты, попарно соединенные с двумя блоками вычитания, выходами соединенные через усилители с электроприводами, и измерительную цепь, включающую последовательно соединенные усилитель фототока, соединенный с одним из четырех фотоприемников, формирователь импульса и индикатор, в него введены четырехгранная зеркальная пирамида с виброприводом возвратно-поступательного перемещения по оси объектива, установленного перед вершиной зеркальной пирамиды, четыре вогнутых зеркала с приводом поворота, оптически сопряженные с соответствующими гранями пирамиды, щелевая маска в форме квадрата, размещенная в плоскости изображения объектива, за которой установлены четыре фотоприемника-регистратора сигналов, при этом перед одним из фотоприемников размещена диафрагма с отверстием, установленная с возможностью перемещения, и две схемы управления питанием серводвигателей, каждая из которых выполнена из трансформатора со средней заземленной точкой, тиристорных ключей, подключенных разнополярно ко вторичной обмотке трансформатора, уравнительных дросселей, соединяющих тиристорные ключи с серводвигателем, и двух дифференцирующих цепей с диодами, соединяющих выходы формирователей импульсов с управляющими электродами тиристорных ключей.

Указанное отличие позволяет повысить быстродействие измерений за счет сокращения времени базирования оптической головки при поиске центра обечайки, так как блоки управления серводвигателями не содержат фильтров низкой частоты, обладающих большой инерционностью, а целиком выполнены по импульсной схеме.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг.2 фотоприемники в плоскости изображения и конструкция экрана; на фиг.3 общий вид системы; на фиг. 4 временные диаграммы сигналов.

Оптическая измерительная головка представляет собой корпус 1 (фиг.1), в котором закреплены объектив 2, упругая подвеска 3 с закрепленными на ней сердечником 4 и четырехгранной зеркальной пирамидой 5, катушка 6 вибропривода, соединенная с генератором 7, четыре зеркала 8. Зеркала установлены на осях, закрепленных в корпусе и расположенных по сторонам квадрата, центрально подобного основанию пирамиды 5. Для увеличения зоны сканирования поверхности зеркал 6 имеют вогнутую поверхность.

На корпусе 1 на резьбе установлена гайка 9 с внутренней конической поверхностью, в которую с помощью пружины 10 упираются рычаги 11, жестко соединенные с зеркалами 8. Таким образом, при вращении гайки 9 происходит поворот зеркал 8 на одинаковые углы, за счет чего осуществляется установка измерительного устройства на заданный размер обечайки. Корпус 1 оптической головки установлен в подшипнике 12 с возможностью поворота вокруг оптической оси объектива. В плоскости изображения оптической системы расположен экран 13 со щелями (фиг.2), расположенными по сторонам квадрата, центрально подобного основанию пирамиды 5. Напротив одной из щелей установлена подвижная диафрагма 14 с отверстием. Напротив каждой щели экрана 13 находятся фотоприемники 15-18, которые через контакты реле Р₁, Р₂ соединены с входами соответствующих блоков. Фотоприемник 17 через контакты реле Р₁ (фиг.1) соединен с входом усилителя 19, который охвачен обратной связью-блоком АРУ 20, выход усилителя 19 соединен с формирователем импульсов триггером Шмитта 22.

Фотоприемники 15, 17 через контакты реле Р₂ соединены со входами блока центровки, который состоит из входных усилителей с большим коэффициентом усиления 23, 24, формирователей импульсов триггеров Шмитта 25,26, выходы которых подключены на дифференцирующие цепи с диодами 27, 28, выходы которых соединены с управляющими электродами тиристорных ключей 29, 30, включенных разнополярно во вторичную обмотку трансформатора 31 и через уравнительные дроссели 32, 33 соединенных с серводвигателем 34.

Фотоприемники 16, 18 через контакты реле Р₂ подключены на входы аналогичного блока центровки 35, который управляет серводвигателем 36.

Корпус 1 оптической головки, экран 13, диафрагма 14 и фотоприемники 15-18 установлены на каретке 37 (фиг.3), которая установлена с возможностью поступательного движения на горизонтальной направляющей 38. Эта направляющая в свою очередь крепится на вертикальной направляющей 39, также с возможностью поступательного перемещения. Устройство устанавливается вблизи листогибочной машины 40 и производится контроль обечайки 41.

Устройство работает следующим образом.

Оптическая система головки, состоящая из зеркал 8, пирамиды 5 и объектива 2, создает изображение участков изделия в плоскости экрана 13. С помощью гайки 9 зеркала 8 устанавливаются так, чтобы проектировались участки изделия только с одной границей (внутренней или наружной). Нагретое изделие является источником инфракрасного излучения, которое регистрируется фотоприемниками 15-18. При колебаниях пирамиды 5 с помощью вибропривода, состоящего из сердечника 4, катушки 6 и генератора 7, вдоль оптической оси объектива проекции участков изделия также совершают колебания относительно щелей в экране 13. Поэтому на фотоприемники 15-18 поступают через щели импульсы инфракрасного излучения и на их выходах возникают импульсы фототока.

Устройство работает в двух режимах: в режиме автоматического поиска центра контакты реле Р₁ разомкнуты, реле Р₂ замкнуты; в режиме измерения контакты реле Р₁ замкнуты, реле Р₂ разомкнуты.

Рассмотрим сначала работу системы автоматического поиска центра изделия, которая состоит из двух идентичных блоков центровки, представляющих собой следящие системы регулирования по двум координатам. Поэтому рассмотрим работу системы по одной координате.

Сигналы фототока от фотоприемников 15, 17 поступают на усилители 23, 24, которые усиливают сигнал, а затем на формирователи 25, 26, которые преобразовывают сигналы усилителей в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды. Сдвиг фронтов этих импульсов пропорционален смещению оптической оси объектива относительно центра обечайки (диагр. 42,43 фиг.4). Пришедший первый сигнал, например с формирователя 25, поступает на дифференцирующую цепь 27, которая за счет включения диода выделяет только положительный сигнал (диагр. 44). Импульс поступает на управляющий электрод тиристорного ключа 29 и открывает его, в результате этого на серводвигатель поступает через уравнительный дроссель 32 ток от вторичной обмотки трансформатора 31, на обмотке двигателя появляется напряжение (диагр.46). При появлении сигнала на выходе формирователя 26 его фронт выделяется дифференцирующей цепью 28 (диагр.45) и импульс поступает на управляющий электрод тиристорного ключа 30, который, открываясь, пропускает ток через уравнительный дроссель 33 на серводвигатель. В результате этого на обмотке серводвигателя создается дополнительное напряжение (диагр.47), но так как оно противоположно по знаку ранее пришедшему, то оно, суммируясь, на обмотке двигателя скомпенсируется. Окончательно на серводвигателе появится напряжение U_дв. (диагр.48), и его якорь будет вращаться, перемещая каретку с оптической головкой до тех пор, пока сдвиг фронтов между приходящими импульсами не станет равен нулю.

В случае, если первым придет сигнал с формирователя 26, то на серводвигателе появится импульс противоположной полярности, и якорь двигателя вращается в другую сторону, соответственно перемещая каретку с оптической головкой. Перемещение будет идти до тех пор, пока сдвиг фронтов между сигналами не будет равен нулю, т.е. оптическая ось объектива совместится с центром обечайки по данной координате.

Аналогично работает следящая система по второй координате. Импульсы поступают с фотоприемников 16 и 18, и работает блок центровки 34, управляющий серводвигателем 35.

После того, как центр изделия найден и взят за базу измерения, реле Р₂ размыкает свои контакты, замыкаются контакты реле Р₁.

Перед фотоприемником 17 устанавливается подвижная диафрагма 14, в которой имеется отверстие для фиксации отклонения размера изделия в данной точке контура обечайки.

Сигнал с фотоприемника 17 усиливается усилителем 19, охваченным блоком АРУ 20. Напряжение с выхода усилителя 19 поступает на формирователь импульсов 21, соединенный с индикатором 22, который регистрирует отклонение внутреннего размера от номинального.

При внедрении оптико-электронного устройства повышается быстродействие измерения размеров обечаек в процессе их производства в нагретом состоянии на валковой листогибочной машине, а следовательно, технологический процесс укладывается по времени в допустимый температурный диапазон детали при ее остывании. Это исключает повторный нагрев детали и позволяет получить экономический эффект от сокращения времени нагрева.