Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для автоматизированного контроля размеров и формы вращающегося технологического оборудования, имеющего цилиндрическую форму, например, бандажа цементной печи. Целью полезной модели является создание устройства, которое обеспечит возможность определения погрешности формы крупногабаритных изделий в процессе их технологического вращения. Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов включает в себя источник питания 1, обеспечивающий бесперебойную работу входящих в устройство составных частей, фокусирующую оптическую систему 2, связанный с ней оптоэлектронный приемник 3 и электронный формирователь сигнала 8. Кроме того, устройство снабжено голографической насадкой 4, установленной перед фокусирующей оптической системой 2. Фокусирующая оптическая система 2 и оптоэлектронный приемник 3 установлены в измерительной головке 5, шарнирно закрепленной в корпусе 6, и снабженной приводом поворота 7, который электрически связан с электронным формирователем сигнала 8, выполненным в виде аналогово-цифрового преобразователя 9 и соединенного с ним микропроцессора 10. 1 с.п.ф.; 1 илл.
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для автоматизированного контроля размеров и формы вращающегося технологического оборудования, имеющего цилиндрическую форму, например, бандажа цементной печи.
Известно устройство, применяемое при реализации способа контроля колесных пар железнодорожного транспорта. [Патент РФ 
2393970 МПК В61К 9/12 авторы: Бидуля А.Л., Краснов О.Г., Аристов В.П., Астанин Н.Н., Кириков А.К.]. В устройстве используется лазер для измерения профиля бандажа колес, который линию пересечения луча с бандажом колеса измеряет видеокамерой, установленной перпендикулярно к направлению движения колес.
Недостатком устройства является отсутствие возможности определения геометрических параметров крупногабаритных деталей, таких как опоры вращающихся печных агрегатов.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является «Оптическое устройство для измерения расстояния от поверхности до исходной точки». [Патент РФ 2085836 МПК6 G01B 11/00 авторы: Варятин А.Г., Зайцев И.М., Леденев Г.Я.].
Устройство содержит источник пучка света который от лазера через фокусирующее свет приспособление направляется на измеряемую поверхность. Отраженный поверхностью свет попадает в проекционную оптическую систему и через оптический блок преобразования светового пятна в световой плоский пучок - на оптоэлектронный приемник, электрически соединенный с электронным формирователем сигнала дальности. За счет оптического сопряжения оптической оси фокусирующего приспособления со светочувствительной плоскостью оптоэлектронного приемника, линия расположения светочувствительных элементов которого перпендикулярна плоскости преобразования оптического блока, и расположения оптической оси фокусирующего приспособления в направлении биссектрисы максимального угла, образуемого нормалями к измеряемой поверхности, осуществляется измерение.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: устройство содержит фокусирующую оптическую систему, связанный с ней оптоэлектронный приемник и электронный формирователь сигнала.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности определения формы крупногабаритной детали. Указанный недостаток связан с тем, что устройство измеряет расстояние от поверхности только до одной исходной точки плоским пучком в направлении по нормали к измеряемой поверхности, что не позволяет судить о форме измеряемой поверхности.
Сущность полезной модели заключается в том, что устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов включает в себя источник питания, обеспечивающий бесперебойную работу входящих в устройство составных частей, фокусирующую оптическую систему, связанный с ней оптоэлектронный приемник и электронный формирователь сигнала. Кроме того, устройство снабжено голографической насадкой, установленной перед фокусирующей оптической системой. Фокусирующая оптическая система и оптоэлектронный приемник установлены в измерительной головке, шарнирно закрепленной в корпусе, и снабженной приводом поворота, который электрически связан с электронным формирователем сигнала, выполненным в виде аналогово-цифрового преобразователя и соединенного с ним микропроцессора.
Целью полезной модели является создание устройства, которое обеспечит возможность определения погрешности формы крупногабаритных изделий в процессе их технологического вращения.
Поставленная цель достигается за счет того, что устройство снабжено голографической насадкой, установленной перед фокусирующей оптической системой, и приводом поворота измерительной головки, шарнирно закрепленной в корпусе, и содержащей фокусирующую оптическую систему и оптоэлектронный приемник. При этом привод поворота измерительной головки электрически связан с электронным формирователем сигнала.
Снабжение устройства голографической насадкой, установленной перед фокусирующей оптической системой, дает возможность проецировать на измеряемую поверхность изделия, при его технологическом вращении, определенную геометрическую фигуру, например, прямоугольник.
Оптимальная точность определения погрешности формы поверхности по виду и размерам достигается при обеспечении стабильного положения измерительной головки по нормали к измеряемой поверхности. Это обеспечивается за счет шарнирного закрепления ее в корпусе устройства и связи ее с приводом поворота.
Изменение формы прямоугольника, считанное оптоэлектронным приемником с контролируемой поверхности изделия, свидетельствует о погрешностях формы крупногабаритного изделия, либо об отклонении оси оптической системы от нормали в процессе проецирования.
Аналогово-цифровой преобразователь, входящий в состав электронного формирователя сигнала, преобразует аналоговый сигнал изображения в цифровую форму и передает в микропроцессор для ее анализа с целью определения погрешности формы.
Изменение симметричности геометрической формы спроецированного прямоугольника на поверхности детали свидетельствует об отклонении оси оптической системы от нормали, а изменение формы и размеров прямоугольника говорит о наличии погрешности формы поверхности детали и величине этой погрешности.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом где представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов содержит источник питания 1, фокусирующую оптическую систему 2, связанный с ней оптоэлектронный приемник 3, голографическую насадку 4, установленную перед фокусирующей оптической системой 2. Фокусирующая оптическая система 2 вместе с голографической насадкой 4 и оптоэлектронным приемником 3, выполненным в виде прибора с зарядовой связью (ПЗС матрица), установлены в измерительной головке 5, шарнирно закрепленной в корпусе 6, и соединенной с приводом поворота 7. Привод поворота 7 электрически связан с электронным формирователем сигнала 8, который выполнен в виде аналогово-цифрового преобразователя 9 и соединенного с ним микропроцессора 10. Электронный формирователь сигнала 8 электрически связан с интерфейсом 11 для подключения к персональному компьютеру (ПК). Работа устройства осуществляется в процессе технологического вращения детали 12.
Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов работает следующим образом.
Первоначально измерительная головка 5 одним из известных способов выставляется таким образом, чтобы ось оптической системы 2, определяющая направление проецирования светового луча, была расположена по нормали к поверхности детали 12. Через пользовательский интерфейс 11 микропроцессору 10 задаются параметры детали 12, в частности диаметр изделия.
Фокусирующая оптическая система 2 проецирует световой луч на контролируемую поверхность детали 12 через голографическую насадку 4 в виде геометрической фигуры, например, прямоугольника. Причем размеры этого прямоугольника определяются предварительно, в зависимости от диаметра детали 12 и установочного расстояния от контролируемой поверхности до измерительной головки 5, шарнирно закрепленной в корпусе 6.
Отображенное изображение спроецированного прямоугольника фиксируется оптоэлектронным приемником 3 (выполненным, например, в виде ПЗС-матрицы) с заданным интервалом в процессе технологического вращения детали 12. С учетом больших габаритов деталей (например, бандажи вращающихся цементных печей имеют диаметр до 8000 мм) вращение осуществляется со скоростью, примерно, 1 оборот в минуту. Далее данные о параметрах изображения передаются оптоэлектронным приемником 3 в электронный формирователь сигнала 8. В электронном формирователе сигнала 8 аналогово-цифровой преобразователь 9 преобразует полученный аналоговый сигнал изображения и в цифровом виде передает на микропроцессор 10.
Микропроцессор 10 выполняет анализ полученной информации путем сравнения параметров геометрий исходной (предварительно заданной) фигуры (например, прямоугольника) и полученной в результате измерения (отраженной).
На основе результатов анализа производится определение величины угла отклонения оси оптической системы от нормали и наличия погрешностей формы, таких как, радиус кривизны поверхности и положение точки центра кривизны, а также определение отклонений от цилиндричности.
После обработки информации микропроцессор 10 формирует управляющий сигнал для привода поворота 7, который обеспечивает поворот измерительной головки 5, для установки ее по нормали к контролируемой поверхности детали 12.
Источник питания 1 обеспечивает электроэнергией все элементы входящиев измерительное устройство.
В процессе технологического вращения детали 12 форма изображения проецируемой фигуры, например, прямоугольника, будет изменяться в соответствии с изменением положения детали и формы ее поверхности.
При изменении положения детали 12 в процессе вращения происходит отклонение оси оптической системы от нормали к контролируемой поверхности, что вызывает изменение угла проецирования, в результате чего изменяется форма и размеры проецируемого прямоугольника.
При отклонении оси оптической системы от нормали в вертикальной плоскости прямоугольник теряет симметричность относительно своей горизонтальной оси симметрии.
При отклонении оси оптической системы от нормали в горизонтальной плоскости прямоугольник теряет симметричность относительно своей вертикальной оси симметрии.
При одновременном отклонении оси оптической системы в двух плоскостях прямоугольник будет терять симметричность относительно обеих своих осей симметрии.
Изменения формы прямоугольника анализируются микропроцессором 10, который по отклонениям геометрической формы полученного изображения от нормального вычисляет угол отклонения оси оптической системы и выдает команду на привод поворота 7 для изменения положения измерительной головки 5.
При любых отклонениях формы поверхности детали 12 от цилиндричности, также будут изменяться геометрические размеры проецируемой фигуры.
По величине изменения размеров проецируемой фигуры в процессе измерения определяются геометрические параметры, свидетельствующие об определенном отклонении формы поверхности детали 12. При изменении размеров проецируемой фигуры в вертикальной плоскости определяется отклонение радиуса кривизны поверхности в заданном поперечном сечении детали 12.
При изменении размеров проецируемой фигуры в горизонтальной плоскости определяются погрешности формы поверхности детали 12 в продольном сечении, например, отклонения от циллиндричности.
Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов, содержащее источник питания, фокусирующую оптическую систему, связанный с ней оптоэлектронный приемник и электрический формирователь сигнала, отличающееся тем, что устройство снабжено голографической насадкой, установленной перед фокусирующей оптической системой и приводом поворота измерительной головки, шарнирно закрепленной в корпусе, и содержащей фокусирующую оптическую систему и оптоэлектронный приемник, при этом привод поворота электрически связан с электрическим формирователем сигнала, выполненным в виде аналого-цифрового преобразователя и соединенного с ним микропроцессора.
