оптико-электронное измерительное устройство

Формула изобретения

Оптико-электронное измерительное устройство, содержащее объектив, прерыватель светового потока, фотопреобразователь, усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления и избирательный электрический фильтр, включенный в его контур, фильтр низкой частоты, включенный между усилителем фототока и индикатором, отличающееся тем, что в плоскости изображения объектива по прямой линии, совпадающей с направлением измерения, установлены входные торцы введенного блока световодов, а выходные их торцы соединены вместе и установлены напротив фотопреобразователя, а прерыватель светового потока выполнен в виде модулятора светового потока, установленного в одном из световодов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для определения геометрических параметров деталей, и может быть использовано в машиностроении при производстве крупногабаритных деталей.

Известны оптико-электронные измерительные устройства со сканированием изобретения кромки изделия (Зарезанков Г.Х. Фотоэлектронные приборы автоматического контроля размеров проката, М. Металлургиздат, 1962 г. с. 37), которые преобразуют положение кромки детали относительно оптической оси в широтно-импульсный сигнал, длительность которого пропорциональна этому положению. Широтно-импульсное преобразование сигнала используется для исключения влияния различных амплитудных факторов на точность измерения. Эти устройства содержат оптическую систему, сканирующее устройство, электронный блок обработки информации с фотопреобразователем и индикатор отклонения размера.

Недостатком этих устройств является сложность механической конструкции блока сканирования, который определяет закон сканирования, а следовательно и точность измерения.

Из известных оптико-электронных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения угловых координат точечного источника излучения (Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов, Л. Машиностроение, 1983 г.с. 115-118). Это устройство содержит прерыватель светового потока, выполненный в виде двух модуляторов с различными частотами модуляции, избирательный усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усилия, настроенным на частоту первого модулятора, и избирательный электрический фильтр, подключенный к усилителю фототока и настроенный на частоту второго модулятора.

Данное оптико-электронное устройство имеет низкий технический уровень, обусловленный сложностью механической конструкции, так как оно содержит для вращающихся модулятора, которые являются источником погрешностей, обусловленных предельной технологической точностью их изготовления. Кроме того, это устройство не может быть использовано для измерения размеров деталей без дополнительных изменений, обусловленных измерением положения границы протяженной детали, а не точечного объекта.

В этой связи важнейшей задачей является создание нового оптико-электронного измерительного устройства без механических подвижных и вращающихся деталей с автоматической компенсацией погрешностей от влияния различных внешних факторов на точность измерения.

Техническим результатом заявленного оптико-электронного измерительного устройства является повышение точности измерения за счет исключения механических подвижных и вращающихся деталей. Это исключение также повышает надежность работы оптико-электронного измерительного устройства и всего технологического оборудования для производства крупногабаритных деталей, уменьшает габариты и вес измерительного устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в оптико-электронном измерительном устройстве, содержащем объектив, прерыватель светового потока, фотопреобразователь, усилитель фототока с блоком автоматической регулировки и избирательный электрический фильтр, включенный в его контур, фильтр низкой частоты, включенный между усилителем-фототока и индикатором, в плоскости изображения объектива по прямой линии, совпадающей с направлением измерения установлены входные торцы введенного блока световодов, а выходные их торцы соединены вместе и установлены напротив фотопреобразователя, а прерыватель светового потока выполнен в виде модулятора светового потока, установленного в одном из световодов.

Указанное отличие позволяет значительно повысить точность измерения и упростить конструкцию измерительного устройства и его габариты, так как в нем полностью отсутствуют механические вращающиеся и подвижные элементы. Исключение механических вращающихся и подвижных деталей повышает также надежность измерительного устройства, поскольку эти элементы являются источниками отказов.

Приведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного решения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого решения по совокупности признаков, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию "изобретательского уровня" заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень".

На чертеже изображена блок-схема устройства.

Устройство состоит из предназначенного для освещения измеряемой детали 1 источника света 2, повышающего контрастность изображения. В плоскости изображения объектива 3 установлены входные торцы измерительных световодов 4 по прямой линии, совпадающей с направлением измерения. Кроме того, устройство содержит калибровочный световод 5, проходящий через модулятор 6 светового потока, соединенный в свою очередь с генератором переменного напряжения 7. Выходные торцы измерительных световодов 4 и калибровочного световода 5 соединены вместе и установлены напротив фотопреобразователя 8, преобразующего изменения светового потока в изменение электрического тока. Фотопреобразователь 8 с сопротивлением нагрузки Rн подключен к усилителю фототока 9, а цепь питания фотопреобразователя 8 соединена с блоком 10 автоматической регулировки усиления. Выход усилителя фототока 9 соединен с последовательно-соединенными фильтром низкой частоты 11 и индикатором 12.

Модулятор 6 светового потока является типовым элементом оптико-электронных устройств и принцип действия его может быть основан на различных физических эффектах. В заявленном устройстве модулятор 6 светового потока в виде двух концов разделенного на две части калибровочного световода 5, установленных друг против друга, один из которых установлен на пластине 13 из пьезоэлектрического материала, соединенной с генератором переменного напряжения 7, а другой закреплен жестко на основании модулятора.

Блок 10 автоматической регулировки усиления (АРУ) состоит из электрического избирательного фильтра 14, настроенного на частоту генератора переменного напряжения 7, фильтра низкой частоты с выпрямителем 15 и дифференциального усилителя 16, который кроме функции усиления выполняет также функцию элемента сравнения. На второй вход усилителя 16 подается задающее напряжение, а его выход соединен с фотопреобразователем 8.

Устройство работает следующим образом.

При работе оптико-электронного измерительного устройства с помощью модулятора 6 светового потока осуществляется модуляция светового потока, поступающего от источника света 2, перекрываемого поверхностью измеряемой детали 1. При работе модулятора 6 светового потока один из свободных концов калибровочного световода 5 совершает колебательное движение, источником которого является пьезоэлектрическая пластина 13, соединенная с генератором переменного напряжения 7, при котором периодически изменяется площадь взаимного перекрытия торцов световода 5, а следовательно и периодически изменяется величина светового потока, проходящего через световод 5. Модулированный световой поток содержит постоянную и переменную составляющие. Величина постоянной составляющей светового потока определяется положением касательной к измеряемой поверхности детали, т.е. отклонением размера детали от номинального, а величина переменной составляющей определяется яркостью источника света 2 и амплитудой колебания свободного конца световода 5, так как входной торец калибровочного световода 5 установлен в зоне изображения фона. Затем модулированный световой поток поступает на фотопреобразователь 8, где преобразуется в электрический ток, преобразуемый с помощью резистора Rн в напряжение, которое в свою очередь усиливается усилителем фототока 9. Напряжение с выхода усилителя фототока 9 поступает на фильтр низкой частоты 11, который выделяет постоянную составляющую сигнала, пропорциональную отклонению размера от номинального. Затем сигнал с выхода фильтра низкой частоты 11 поступает на индикатор 12, который регистрирует отклонение размера детали. Для исключения влияния изменения яркости источника света 2 на результат измерения размера, а также изменения различных параметров измерительного устройства (чувствительности фотопреобразователя, коэффициента усиления усилителя фототока и т. д.) введен блок автоматической регулировки усиления (АРУ). При изменении яркости источника света 2 изменяется переменной составляющей сигнала, которая выделяется с помощью электрического избирательного фильтра 14, которая затем преобразуется с помощью фильтра низкой частоты с выпрямителем 15 в постоянное напряжение, которое в свою очередь поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 16. На неинвертирующий вход усилителя 16 поступает сигнал с задатчика. Таким образом, изменение яркости источника света 2 и параметров измерительного устройства преобразуются в постоянное напряжение, поступающее на инвертирующий вход усилителя 16, выходное напряжение которого изменяет напряжение которого изменяет напряжение питания фотопреобразователя 8, а соответственно и его чувствительность таким образом, чтобы переменная составляющая сигнала на выходе усилителя фототока 9 оставалась постоянной. Одновременно изменением чувствительности фотопреобразователя 8 компенсируется влияние различных факторов на постоянную составляющую сигнала на выходе фильтра низкой частоты 11, а следовательно и на результат измерения, регистриpуемый индикатором 15.

Применение данного оптико-электронного измерительного устройства позволяет существенно повысить точность измерения размеров деталей и надежность работы этого устройства за счет исключения механических подвижных и вращающихся деталей, что в итоге приведет к повышению качества выпускаемой продукции.

Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности:

оптико-электронное измерительное устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для использования его в контрольно-измерительной технике и обеспечивает повышение точности измерения деталей и надежности работы устройства;

для заявленного изобретения, в том виде как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления в соответствии с описанием и прилагаемым чертежом;

оптико-электронное измерительное устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".