устройство для измерения линейных размеров объектов

Формула изобретения

Устройство для измерения линейных размеров объектов, состоящее из лазерного излучателя, лазерного приемника, подвижной платформы, привода, блока управления приводом, датчика скорости, делителя, одноадресного постоянного запоминающего устройства, амплитудного селектора, умножителя и индикатора, где подвижная платформа имеет жесткую связь с датчиком скорости и приводом, вход которого соединен с выходом блока управления приводом, а также имеет жесткую связь с лазерным излучателем, жестко связанным с лазерным приемником, выход которого соединен через амплитудный селектор с входом блока определения длительности сигнала, выход одноадресного постоянного запоминающего устройства соединен с вторым входом делителя, имеющего выход, соединенный с вторым входом умножителя, отличающееся тем, что вводится преобразователь временного интервала между двумя импульсами в код, элемент совпадения, дополнительный умножитель, преобразователь амплитуды в код и постоянное запоминающее устройство, при этом выход датчика скорости через преобразователь временного интервала между двумя импульсами в код соединен с первым входом элемента совпадения, имеющего выход, соединенный с первым входом делителя, и второй вход, соединенный с входом преобразователя амплитуды в код, имеющего выход, соединенный через постоянное запоминающее устройство с вторым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом дополнительного умножителя, имеющего второй вход и выход, соединенные соответственно с выходом блока определения длительности сигнала и с входом индикатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах технического контроля.

Известно устройство для измерения линейных размеров движущихся объектов, описанное в авторском свидетельстве 1610269 СССР, авторы Часовской А.А., Янина Т.А. В нем с помощью лазерного излучателя, расположенного на движущейся платформе, осуществляется облучение объекта непрерывным лучом. Размер объекта характеризуется количеством импульсов с датчика скорости в период наличия сигнала амплитудного селектора. Однако устройство имеет недостаточную точность при определении линейных размеров малых объектов.

Известно устройство для измерения линейных размеров, описанное в патенте N 2031362 Российская Федерация, автор Часовской А.А. В нем также с помощью непрерывного лазерного излучателя осуществляется облучение измеряемого объекта. Излучатель жестко связан с подвижной платформой, управляемой приводом, скорость которой задается блоком управления приводом. Отраженная световая энергия попадает в лазерный приемник, где преобразуется в электрические сигналы, которые поступают в амплитудный селектор и далее в блок определения длительности сигнала, который характеризует линейный размер объекта.

Благодаря облучению контрольного объекта, расположенного перед рабочим объектом, определяется поправка с помощью одноадресного постоянного устройства умножителя и делителя. Окончательный линейный размер отображается на индикаторе. Однако на точность определения малых размеров объектов влияет неравномерность движения платформы и нестабильность мощности лазера, которая влияет на ширину лазерного луча.

С помощью предлагаемого устройства увеличивается точность определения малых размеров объектов.

Достигается это введением преобразователя временного интервала между двумя импульсами в код, элемента совпадения, дополнительного умножителя, преобразователя амплитуды в код и постоянного запоминающего устройства, при этом выход датчика скорости через преобразователь временного интервала между двумя импульсами в код соединен с первым входом элемента совпадения, имеющим выход, соединенный с первым входом делителя и второй вход, соединенный с входом преобразователя амплитуды в код, имеющим выход, соединенный через постоянное запоминающее устройство с вторым входом умножителя, выход которого соединен с первым входом дополнительного умножителя, имеющим второй вход и выход, соединенные соответственно с выходом блока определения длительности сигнала и с выходом индикатора.

На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:

1 - лазерный приемник;

2 - лазерный излучатель;

3 - подвижная платформа;

4 - привод;

5 - блок управления приводом;

6 - датчик скорости;

7 - преобразователь временного интервала между двумя импульсами в код;

8 - элемент совпадения;

9 - делитель;

10 - одноадресное постоянное запоминающее устройство;

11 - амплитудный селектор;

12 - преобразователь амплитуды в код;

13 - постоянное запоминающее устройство;

14 - умножитель;

15 - блок определения длительности сигнала;

16 - умножитель;

17 - индикатор,

при этом подвижная платформа 3 имеет жесткую связь с датчиком скорости 6 и приводом 4, вход которого соединен с выходом блока управления приводом 5, а также имеет жесткую связь с лазерным излучателем 2, жестко связанным с лазерным приемником 1, выход которого соединен через амплитудный селектор 11 с входом блока определения длительности сигнала 15, к тому же выход одноадресного постоянного запоминающего устройства 10 соединен со вторым входом делителя 9, имеющего выход, соединенный со вторым входом умножителя 14, имеющего первый вход, соединенный через постоянное запоминающее устройство 13, через преобразователь амплитуды в код 12 с выходом амплитудного селектора 11, и со вторым входом элемента совпадения 8, выход которого соединен с первым входом делителя 9, а первый вход через преобразователь временного интервала между двумя импульсами в код 7 соединен с выходом датчика скорости 6, к тому же выход блока определения длительности сигнала 15 соединен со вторым входом умножителя 16, имеющего первый вход и выход, соответственно соединенные с выходом умножителя 14 и с выходом индикатора 17.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Лазерный излучатель 2, жестко связанный с подвижной платформой 3, формирует непрерывный лазерный луч, который облучает объект. Подвижной платформе 3 с помощью привода 4, управляемого блоком управления приводом 5, задается определенная скорость движения. В процессе облучения измеряемого объекта лазерный луч движется вместе с подвижной платформой 3. Размер объекта характеризует время пересечения его лучом. Отраженная от объекта световая энергия поступает в лазерный приемник 1, преобразующий световую энергию в электрические сигналы, которые затем поступают в амплитудный селектор 11, срабатывающий в начале сигнала. С подвижной платформой жестко связан датчик скорости 6, который выдает импульсы, частоты следования которых характеризует скорость. Пример исполнения датчика скорости представлен в вышеописанном первом аналоге в а.с. 1610269. Импульсы с датчика скорости 6 поступают в преобразователь временного интервала между двумя импульсами в код 7, где по мере поступления импульсов последовательно осуществляется преобразование временных интервалов между следующими друг за другом импульсами в коды. Пример исполнения преобразователя временного интервала в код представлен в описании патента N 2007742 "Устройство дискретного измерения временного интервала радиолокационной станции" - автор Часовской А.А., 1993 г.

В момент срабатывания амплитудного селектора 11 текущий интервал с преобразователя 7 через элемент совпадения 8 поступает в виде кода в делитель 9. Перед началом измерения серии объектов необходимо осуществить юстировку. Она заключается в следующем.

Контрольный объект, аналогичный объектам, размеры которых предстоит измерить, но которые находятся в допуске, устанавливается в фиксированном положении. Выход элемента совпадения 8 отключается от делителя 9 и подключается к контрольному цифровому индикатору, на котором фиксируется код, характеризующий эталонную скорость перемещения платформы 3 при облучении контрольного объекта.

Полученная величина заносится в одноадресное запоминающее устройство 10. Одновременно амплитудный селектор 11 выделяет электрический сигнал от контрольного объекта по строго определенному уровню, превышающему окружающие уровни.

В преобразователе амплитуды в код 12 максимальная амплитуда выделенного сигнала преобразуется в код. В процессе юстировки выход блока 12 отключается от постоянного запоминающего устройства 13 и подсоединяется ко второму контрольному цифровому индикатору, который фиксирует код амплитуды сигнала от контрольного объекта при его облучении. В то же время блок определения длительности сигнала 15 определяет длительность выделенного амплитудным селектором 11 сигнала. В процессе юстировки выход блока 15 отсоединяется от умножителя 16 и подключается к третьему контрольному цифровому индикатору, на котором отображается код длительности сигнала от контрольного объекта в момент его облучения. Из-за пульсации мощности излучения лазера, которая может составлять, например, 5%, длительность выделенного сигнала нестабильна. Для построения графика нестабильности проводится еще несколько замеров, то есть облучений контрольного объекта. График нестабильности показан на фиг. 2. По оси X показано изменение длительности сигнала a по оси Y - изменение амплитуд сигнала V_a, выраженные в процентах.

Амплитуды и длительности сигналов при разных контрольных замерах из-за нестабильности мощности лазера будут различны. Чем больше амплитуда сигнала, тем больше длительность, и наоборот, чем меньше амплитуда сигнала, тем меньше длительность. Однако пропорциональной зависимости длительности сигнала от его амплитуды может не наблюдаться. Объясняется это нелинейностью огибающих отраженного сигнала, так как амплитудный селектор срабатывает в начале огибающей сигнала, превышающего определенный фиксированный уровень, независимо от максимальной его амплитуды. Таким образом, построив линию нестабильности лазера, можно определить значение a, а следовательно, и длительность сигнала при любом значении амплитуды отраженного сигнала, зависящий от мощности лазера. В постоянное запоминающее устройство 13 заносится определенное количество коэффициентов, соответствующих определенным амплитудам сигналов. Количество коэффициентов зависит от допуска изготовления объекта. При этом за эталон принимается коэффициент, равный единице. Он соответствует амплитуде сигнала, которая имела место при контрольном перемещении платформы 3 с эталонной скоростью. Перед измерением серии деталей эта эталонная скорость перемещения платформы в виде кода устанавливается в одноадресном постоянном запоминающем устройстве 10 и отсоединяются все контрольные цифровые индикаторы, то есть восстанавливается схема согласно фиг. 1.

При измерении проверяемого объекта в делителе 9 фактическая скорость перемещения платформы 3 делится на эталонную скорость, поступающую с постоянного запоминающего устройства. Коэффициент скорости с выхода делителя 9 поступает на вход умножителя 14. На другой вход умножителя 14 с постоянного запоминающего устройства 13 поступает коэффициент, соответствующий изменению длительности сигнала по сравнению с эталонной, в связи с изменением амплитуды сигнала. Результирующий коэффициент с выхода умножителя 14 поступает в умножитель 16, где умножается на длительность сигнала с блока определения длительности сигнала 15. Откорректированная длительность сигнала, соответствующая размеру проверяемого объекта, отображается на цифровом индикаторе 17.

При измерении серии деталей с другими размерами необходимо вновь провести юстировку.

Предлагаемое устройство может быть использовано для проверки изделий малых размеров при серийном их производстве. Благодаря увеличению точности измерений уменьшается время проверки, что обеспечивает экономический эффект.