Прибор для выверки оси длинномерного изделия

Предложен прибор выверки оси длинномерного изделия относительно базовой оси, содержащий телекамеру с объективом, установленные в полости корпуса, на котором выполнены базовые поверхности, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого изделия, синхрогенератор, видеоконтрольное устройство, знакогенератор визирного знака, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, и сумматор, входы которого соединены с выходами телекамеры и знакогенератора, а выход - со входом видеоконтрольного устройства, а также синтезатор изображения окружности и синтезатор изображения радиуса окружности, связанный с регулятором углового положения изображения радиуса, а также регулятор размера, делитель напряжения и блок коммутации, при этом выход регулятора размера через параллельно включенные блок коммутации и делитель напряжения соединены со входами обоих синтезаторов, причем оба синтезатора соединены с синхрогенератором, а их выходы - со свободными входами сумматора. Использование прибора позволяет уменьшить ошибку выверки, связанную с несоосностью корпуса и телекамеры прибора.

Заявляемая полезная модель относится к приборам контроля и установки преимущественно длинномерных изделий цилиндрической формы относительно некоторого базового направления в пространстве, заданного при помощи визирного канала, реализованного на основе оптического визира или средств телевизионной техники. Более конкретно заявляемый прибор относится к устройствам для контроля и установки заданного положения стволов относительно визирных каналов наведения этих стволов.

Известно устройство выверки оси длинномерного изделия относительно базовой оси [1], содержащее телекамеру с объективом, установленные в полости корпуса, на котором выполнены базовые поверхности, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого изделия, синхрогенератор, видеоконтрольное устройство, знакогенератор визирного знака, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, и сумматор, входы которого соединены с выходами телекамеры и знакогенератора, а выход - со входом видеоконтрольного устройства (ВСУ).

Работа с указанным устройством заключается в наведении базовой оси на первую удаленную метку с помощью визирного устройства и приведении оси длинномерного изделия в требуемое положение. При этом заданную базовую ось после наведения на удаленную метку фиксируют в этом положении, затем устанавливаемое изделие сопрягают с телевизионной камерой (ТК) путем ее ввода в канал длинномерного изделия, наводят ее на соседнюю с первой вторую удаленную метку, установленную с учетом параллакса, разворачивают ТК вокруг ее оси на полуокружность, определяют величину рассогласования оси ТК и второй удаленной метки, а положение оси изделия определяют как половину величины рассогласования оси ТК и второй метки.

На практике работа с устройством реализуется путем последовательного выполнения следующих операций:

1 Установить ТК в полость изделия так, чтобы оси перекрестия, формируемого знакогенератором ТК и определяющего положение ее оптической оси, были параллельны осям креста базовой метки выверочного щита.

2 С помощью ручных приводов, наблюдая изображение выверочного щита через визирное устройство, совместить его перекрестие с первой меткой на щите.

3 С помощью механизмов выверки совместить перекрестие ТК со второй меткой выверочного щита.

4 Развернуть ТК относительно оси канала ствола изделия на полуокружность (на 180°) и определить величины вертикального и горизонтального отклонения центра перекрестия ТК от центра второй метки.

5 С помощью механизмов выверки скорректировать наводку изделия на половину величины рассогласования центра перекрестия ТК и центра второй метки.

При выполнении выверенных операций осуществляющий выверку оператор использует изображение на экране ВСУ.

Как видно из приведенного выше алгоритма выполнения конечных операций выверки (операции 4-5), касающихся компенсации несоосности корпуса ТК и ее оптической оси, при выполнении указанных действий могут иметь место следующие ошибки, связанные с человеческим фактором:

- неправильное определение величин вертикального и горизонтального отклонения центра перекрестия ТК от центра второй метки;

- неправильное вычисление половинных величин вертикального и горизонтального отклонений центра перекрестия ТК от центра второй метки;

- неправильное определение точки наведения на выверочном щите;

- ошибки в наведении изделия в выбранную точку.

Кроме выверки по мишени, расположенной на расстоянии около 100 м, применяется также выверка по удаленной точке, предпочтительно расположенной на контрастном фоне и поэтому отчетливо различаемой. Расстояние до удаленной точки должно быть не менее 1200 м. Методика выверки по удаленной точке отличается от выверки по щиту тем, что на эту точку следует наводить как ось сопряженной с изделием ТК, так и ось визирного канала.

При проведении операции выверки по удаленной точке после поворота ТК на 180° также не представляется возможной точная глазомерная оценка смещения изображения перекрестия ТК относительно удаленной точки, а также определение точки, соответствующей половине величины рассогласования. Дополнительно следует учесть, что в качестве удаленной точки, как правило, выбирают высококонтрасный объект небольших угловых размеров на фоне неба (крест церкви, верхний край телеграфного столба и т.п.). Нахождение удаленной точки и нового положения перекрестия ТК на однородном фоне типа неба, на котором отсутствуют какие-либо реперные точки, приводит к большой ошибке при установке перекрестия ТК в данную точку.

Целью предлагаемого технического решения является устранение отмеченного выше недостатка прототипа, связанного с возможность ошибки оператора при выполнении операции наведения изделия в «серединную» точку при выполнении операции по компенсации непараллельности оптической оси ТК и оси корпуса прибора.

Заявляемый прибор отличается тем, что наряду с ТК с объективом, установленной в корпусе, на котором выполнены базовые поверхности, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого изделия, синхрогенератором, ВСУ, знакогенератором, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, сумматором, входы которого соединены с выходами ТК, и знакогенератором, а выход - с ВСУ, имеются синтезатор изображения окружности, центр которой совпадает с визирным знаком, и синтезатор изображения радиуса окружности, связанный с регулятором углового положения изображения радиуса, при этом входы обоих синтезаторов соединены с выходами синхрогенератора, а их выходы - со свободными входами сумматора, а также регулятор размера, делитель напряжения и блок коммутации, при этом выход блока регулировки размера через параллельно включенные блок коммутации и делитель напряжения соединены со входами синтезаторов изображения окружности и радиуса,

Построение прибора поясняется чертежом на фигуре 1.

Прибор для контроля и установки оси длинномерного изделия относительно базовой оси, построение которого показано на фигуре 1, содержит ТК 1 с объективом 2, установленные в полости корпуса 3, на котором выполнены базовые поверхности 4, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого изделия 5, синхрогенератор 6, сумматор 7, ВСУ 8, знакогенератор 9 визирного знака, синтезатор 10 изображения окружности и синтезатор 11 изображения радиуса окружности, связанный с регулятором 12 его углового положения, а также регулятор 13 размера, делитель напряжения 14 и блок коммутации 15, при этом выход блока 13 регулировки размера через параллельно включенные блок коммутации 15 и делитель напряжения 14 соединены со входами обоих синтезаторов 10 и 11, причем ТК 1, знакогенератор 9 и синтезаторы 10, 11 соединены с синхрогенератором 6, а их выходы через сумматор 7 - с ВСУ 8.

Функциями знакогенератора 9, синтезатора 10 и синтезатора 11 являются формирование на экране ВСУ 8, соответственно, телевизионного изображения маркера оптической оси прибора контроля, телевизионного изображения окружности с центром на указанном изображении маркера оптической оси прибора контроля и телевизионного изображения радиуса указанной окружности. Синхронизация работы блока разверток ТК 1, знакогенератора 9, синтезатора 10 и синтезатора 11 осуществляется за счет подачи на соответствующие входы указанных блоков кадровых (КСИ) и строчных (ССИ) синхронизирующих импульсов с синхрогенератора 6.

При реализации прибора могут быть использованы следующие технические решения. Корпус 3 может быть выполнен в виде трубы, на наружную поверхность которой напрессовываются кольца, наружные поверхности которых образуют базовые поверхности. При этом для хорошего прилегания базовых поверхностей к стенкам канала трубы изделия 5 при отклонении базовых поверхностей прибора и канала трубы изделия 5 от цилиндрической формы базовые поверхности могут быть образованы бонками, которые могут быть подпружиненными. В качестве ТК 1 целесообразно использовать ТК с фоточувствительным элементом на основе матрицы приборов с зарядовой связью, например, микросхему К1200ЦМ12. В качестве ВСУ 8 можно использовать серийное изделие ВК23 В60. Фокусное расстояние объектива 2 выбирается, исходя из необходимой точности выверки. Применительно к микросхеме К1200ЦМ12 достаточная для практики точность выверки может быть получена при использовании объектива «Таир-3» с фокусным расстоянием 300 мм. В качестве синхрогенератора 6 может быть использован синхрогенератор телекамеры 1. Сумматор видеосигналов 7 может быть построен по схеме электронного коммутатора на транзисторах КТ-315 с любым буквенным индексом. Знакогенератор 9, синтезатор 10 изображения окружности и синтезатор 11 изображения радиуса окружности могут быть построены по схеме аналогового или цифрового синтеза символов по методологии, приведенной в [2] и по схемам, приведенным на рис.2.11 и 2.12 указанной книги. Регуляторы 12 и 13 могут быть реализованы на потенциометрах. Делитель напряжения 14 может быть построен по схеме резистивного делителя и имеет коэффициент деления К=2. Блок коммутации 15 может быть построен на основе кнопки с нормально замкнутыми контактами.

После сборки прибор подлежит юстировке, при которой обеспечивается совмещение оси канала корпуса 3 с оптической осью объектива 2 и центром приемной площадки телекамеры 1 (за счет поперечного перемещения телекамеры 1 относительно корпуса 3), к которому привязано изображение маркера оптической оси прибора 2. Указанную котировочную операцию удобно выполнить на оптической скамье ОСК-2 с использованием коллиматора и специального технологического приспособления в виде трубы, выполненной с высокой степенью точности. Однако следует отметить, что на практике не удается обеспечить абсолютное совпадение указанных осей. Кроме того, при эксплуатации прибора, особенно после воздействия динамических нагрузок, имеющих место при использовании и транспортировке прибора, возникает рассогласование указанных осей.

Работа с прибором заключается в следующем.

Перед началом выверки прибор устанавливают в выверяемую трубу 5 таким образом, чтобы объектив 2 был направлен в сторону удаленной точки и подфокусировкой объектива 2 добиваются резкого изображения удаленной точки на экране ВСУ 8. Затем, как и в прототипе, путем изменения положения визирного канала в пространстве совмещают изображение первой удаленной точки с осью визирного канала, совмещая изображение перекрестия визирного канала с изображением удаленной метки. После этого положение визирного канала фиксируется в пространстве.

Перед началом работы с прибором блок коммутации 15 устанавливают в положение «Замкнуто» и, используя регулятор 13 размера, устанавливают нулевой радиус окружности на экране ВСУ 8, сводя ее в точку, совпадающую с центром маркера оптической оси прибора контроля. Наблюдая на экране ВСУ 8 рассогласование изображения второй удаленной метки, формируемой ТК 1, и изображения маркера оптической оси прибора контроля, формируемого знакогенератором 9 и совпадающего с осью ТК 1, регулированием положения изделия (трубы) 5 в пространстве добиваются совпадения указанных изображений. Затем прибор поворачивают в трубе на угол, предпочтительно составляющий 180°, для чего на приборе могут быть предусмотрены специальные рукоятки. Для завершения процесса выверки рассогласование на экране ВСУ 8 изображений второй удаленной метки 3 и маркера оптической оси прибора контроля, возникшее после разворота, необходимо уменьшить вдвое, как это показано в [1]. Указанная операция с высокой точностью выполняется следующим образом (фигура 2).

Оператор, наблюдая на экране 16 ВСУ 8 рассогласованные изображения второй удаленной метки 17 и маркера оптической оси прибора контроля 18 (фигура 2а), работая с регулятором 13 размера, увеличивает радиус изображения окружности 19 (фигура 2б) на экране 16 ВСУ 8, совмещая ее с изображением второй удаленной метки 17 (фигура 2в). Далее, используя регулятор 12 углового положения радиуса 20, поворачивают его изображение 20 вокруг изображения маркера 18 до совмещения точки 21 пересечения радиуса и окружности с изображением удаленной точки 17 (фигура 2г). После этого оператор переводит блок коммутации 15 в положение «Разомкнуто», в результате чего напряжение с регулятора 13 размера поступает на синтезаторы 10, 11 не непосредственно, а через делитель 14 с коэффициентом деления 2, что приводит к уменьшению в два раза изображения радиуса окружности, в результате чего точка 21 пересечения радиуса и окружности оказывается строго посередине между изображениями маркера и второй удаленной метки (фигура 2д). Для завершения операции выверки оператору остается регулированием положения изделия в пространстве (с использованием выверенного механизма) совместить на экране 16 ВСУ 8 изображение указанной точки пересечения 21 с изображением второй удаленной метки 17 (фигура 2е).

Описанный способ и прибор для его реализации могут найти применение при контроле и установке осей длинномерных изделий, преимущественно труб, а при наличии переходных деталей и длинномерных изделий иной формы параллельно по отношению к оси визирного канала, определяющей положение базовой оси в пространстве.

Список литературы

1 Патент РФ 2143097 от 26.02.97 «Способ контроля и установки оси длинномерного изделия относительно базовой оси и прибор для его реализации» (прототип)

2 Гуглин И.Н. Телевизионные игровые автоматы и тренажеры. - М.: Радио и связь. - 1982.

Прибор выверки оси длинномерного изделия относительно базовой оси, содержащий телекамеру с объективом, установленные в полости корпуса, на котором выполнены базовые поверхности, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого изделия, синхрогенератор, видеоконтрольное устройство, знакогенератор визирного знака, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, и сумматор, входы которого соединены с выходами телекамеры и знакогенератора, а выход - со входом видеоконтрольного устройства, отличающийся тем, что дополнительно имеются синтезатор изображения окружности и синтезатор изображения радиуса окружности, связанный с регулятором углового положения изображения радиуса, а также регулятор размера, делитель напряжения и блок коммутации, при этом выход регулятора размера через параллельно включенные блок коммутации и делитель напряжения соединены со входами обоих синтезаторов, причем оба синтезатора соединены с синхрогенератором, а их выходы - со свободными входами сумматора.