оптико-электронное измерительное устройство

Формула изобретения

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее прерыватель светового потока, фотопреобразователь, усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления и полосовой фильтр, включенный в его контур, фильтр низкой частоты, включенный между усилителем фототока и индикатором, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции, прерыватель светового потока выполнен в виде П-образной пластины и установленной подвижно с ее внутренней стороны продольной пластины, образующих прямоугольную диафрагму, и источника переменного напряжения, продольная пластина выполнена из пьезоэлектрического материала и соединена с источником переменного напряжения.

Описание изобретения к патенту

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

Известны оптико-электронные измерительные устройства со сканированием изображения кромки изделия [1], 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. Все эти устройства содержат сложную механическую конструкцию блока сканирования, поскольку от точности задания закона сканирования зависит точность измерения.

Из известных оптико-электронных устройств наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения угловых координат точечного источника излучения [2].

Это устройство содержит прерыватель светового потока, выполненный в виде двух модуляторов с различными частотами модуляции, избирательный усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления, настроенным на частоту первого модулятора, и полосовой фильтр, подключенный к усилителю фототока и настроенный на частоту второго модулятора.

Недостатком этого устройства является сложность механической конструкции, так как устройство содержит два вращающихся модулятора. Кроме того, модуляторы являются источниками погрешностей, обусловленных предельной технологической точностью их изготовления.

Это устройство не может быть использовано для измерения размеров деталей без дополнительных изменений, обусловленных измерением положения границы протяженной детали, а не точечного объекта.

Целью изобретения является упрощение конструкции устройства.

Цель достигается тем, что в оптико-электронном измерительном устройстве, содержащем прерыватель светового потока, фотопреобразователь, усилитель фототока с блоком автоматической регулировки усиления и полосовой фильтр, включенный в его контур, фильтр низкой частоты, включенный между усилителем фототока и индикатором, прерыватель светового потока выполнен в виде П-образной пластины и установленной подвижно с ее внутренней стороны продольной пластины, образующих прямоугольную диафрагму, и источника переменного напряжения, продольная пластина выполнена из пьезоэлектрического материала и соединена с источником переменного напряжения.

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

На фиг.1 показана схема устройства; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - диаграмма, поясняющая работу устройства.

Устройство состоит из предназначенного для освещения измеряемой детали 1 источника света 2, повышающего контрастность изображения. В плоскости изображения объектива 3 установлена прямоугольная диафрагма, состоящая из П-образной пластины 4 и продольной подвижной пластины 5, которая выполнена из пьезоэлектрического материала и соединена с источником переменного напряжения 6. Прямоугольная диафрагма с элементами 4, 5 и источник переменного напряжения 6 составляют прерыватель светового потока. За диафрагмой установлен конденсор 7, собирающий световой поток на фотопреобразователь 8, подключенный в свою очередь через резистор нагрузки R_н к усилителю фототока 9. Усилитель фототока 9 является усилителем постоянного тока и полоса пропускания его ограничена частотой источника напряжения 6. К усилителю фототока 9 подключен блок автоматической регулировки усиления (АРУ), состоящий из электрического полосового фильтра 10, настроенного на частоту источника напряжения 6, фильтра низкой частоты 11 с диодом V и задающего устройства 12, которые соединены со входами дифференциального усилителя 13, который кроме функции усиления выполняет также функцию элемента сравнения. Выход дифференциального усилителя 13 соединен с фотопреобразователем 8. Выход усилителя фототока 9 подключен к фильтру низкой частоты 14, соединенному, в свою очередь, с индикатором 15.

При работе измерительного устройства с помощью колебательного движения пьезоэлектрической пластины 5 осуществляется модуляция светового потока, поступающего от измеряемой поверхности детали 1. Энергетическим источником колебаний является источник напряжения 6. Модулированный световой поток Ф(t) (диаграмма 16 на фиг.3) содержит постоянную Ф_о и переменную составляющие Ф_m. Величина постоянной составляющей светового потока определяется положением касательной к измеряемой поверхности, т.е. отклонением размера детали от номинального, а величина переменной составляющей является постоянной и задается амплитудой колебания пластины 5 с помощью источника напряжения 6. Затем модулированный световой поток через конденсор 7 поступает на фотопреобразователь 8, где преобразуется в электрический ток, который далее на резисторе R_н преобразуется в напряжение и усиливается усилителем фототока 9. Напряжение с выхода усилителя фототока 9 поступает на фильтр низкой частоты 14, который выделяет постоянную составляющую сигнала, пропорциональную отклонению размера от номинального. Затем сигнал с выхода фильтра низкой частоты 14 поступает на индикатор 15, который регистрирует отклонение размера детали. Для исключения влияния изменения освещенности поверхности детали на результат измерения, а также изменения различных параметров измерительного устройства (чувствительности фотопреобразователя, коэффициента усиления усилителя фототока и т.д.) введен блок автоматической регулировки усиления (АРУ). При изменении освещенности детали изменяется и амплитуда переменной составляющей сигнала, которая выделяется с помощью полосового фильтра 10, которая затем преобразуется в постоянное напряжение с помощью фильтра низкой частоты 11, которое, в свою очередь, поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 13. На второй неинвертирующий вход усилителя 13 поступает сигнал с задатчика 12. Изменение освещенности детали преобразуется в постоянное напряжение, поступающее на инвертирующий вход усилителя 13, которым усиливается это изменение и выходное напряжение усилителя 13 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 освещенности на постоянную составляющую сигнала на выходе фильтра низкой частоты 14, а следовательно, и на результат измерения, регистрируемый индикатором 15. Таким же образом компенсируется и изменение параметров измерительного устройства.

При внедрении оптико-электронного измерительного устройства для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей химнефтеаппаратуры повышается производительность их изготовления на валковых листогибочных машинах, поскольку повышается надежность устройства, а следовательно, и сокращается время на ремонт и настройку измерительного устройства. Кроме того, по сравнению с базовым объектом уменьшается стоимость самого измерительного устройства и при увеличении их количества на предприятии величина экономии может быть значительной статьей общего экономического эффекта от внедрения.