Устройство для выверки оси длинномерного изделия
Предлагаемое устройство для выверки оси длинномерного изделия позволяет при выверке компенсировать ошибку, возникающую из-за изгиба изделия вследствие влияния веса устройства. Устройство содержит телекамеру с объективом, установленные в полости корпуса, на котором выполнены базовые поверхности, синхрогенератор, видеоконтрольное устройство, знакогенератор визирного креста, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, и сумматор, входы которого соединены с выходами телекамеры и знакогенератора, а выход - со входом видеоконтрольного устройства. Для реализации поставленной цели создания полезной модели устройство снабжено датчиком угла изгиба, связанным с выверяемым изделием, блоком памяти, коммутатором, блоком задания высоты экрана видеосмотрового устройства, блоком ввода вертикального угла поля зрения телекамеры, блоком центровки горизонтального штриха выверенного креста, последовательно соединенными блоком вычитания, блоком перемножения, блоком деления и сумматором, при этом выход датчика угла изгиба через последовательно соединенные блок памяти и коммутатор, а также непосредственно соединены со входами блока вычитания, блок задания высоты экрана видеосмотрового устройства соединен со свободным входом блока перемножения, блок ввода вертикального угла поля зрения телекамеры соединен со свободным входом блока деления, блок центровки горизонтального штриха выверочного креста соединен с сумматором, выход которого соединен со знакогенератором.
Заявляемая полезная модель относится к приборам контроля и установки длинномерных изделий, преимущественно цилиндрической формы, относительно некоторого базового направления в пространстве, заданного при помощи визирного канала, реализованного на основе оптического визира или средств телевизионной техники. Более конкретно заявляемое устройство относится к устройствам для контроля и установки заданного положения стволов или лафетных установок относительно визирных каналов наведения.
Известно устройство выверки оси длинномерного изделия относительно базовой оси [1], содержащее телекамеру (ТК) с объективом, установленные в полости корпуса, на котором выполнены базовые поверхности, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого изделия, синхрогенератор, видеоконтрольное устройство (ВСУ), знакогенератор выверочного креста, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, связанными также с ТК, и сумматор, входы которого соединены с выходами ТК и знакогенератора, а выход - со входом 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 ТК путем ее ввода в канал длинномерного изделия и наводят ее на соседнюю с первой вторую удаленную метку, установленную с учетом параллакса.
На практике работа с устройством реализуется путем последовательного выполнения следующих операций:
1 Установить ТК в полость изделия так, чтобы оси выверочного креста, формируемого знакогенератором ТК и определяющего положение ее оптической оси, были параллельны осям выверочного знака выверочного щита.
2 С помощью ручных приводов, наблюдая изображение выверочного щита через визирное устройство, совместить его перекрестие с соответствующей меткой на щите.
3 Наблюдая изображение на экране ВСУ, с помощью механизмов выверки выверяемого изделия совместить выверочный крест с выверочным знаком выверочного щита.
При выполнении выверочных операций осуществляющий выверку оператор использует изображение на экране ВСУ.
При выполнении описанных операций не учитывается, что после сопряжения устройства с длинномерным изделием происходит его прогиб. Указанный прогиб при тонкостенности и большой длине изделия, а также большом весе устройства для выверки (до 10 кг) может составлять величину, сопоставимую или превосходящую величину допустимой точности выверки.
На фигуре 1, иллюстрирующей влияние изгиба длинномерного изделия на выверку, приняты следующие обозначения:
1 - выверенное положение изделия без влияния веса устройства для выверки, соответствующее направлению его оси на выверочный знак;
2 - положение выверенного длинномерного изделия после установки в него устройства для выверки, характеризующееся углом его изгиба 
, образованным касательной к оси изделия около его среза и осью изделия в положении 1;
3 - устройство для выверки, сопряженное с изделием;
4 - выверочный щит;
5 - выверочный знак;
6 - положение выверенного знака на щите, необходимое для правильного учета изгиба изделия;
7 - ВСУ;
8 - изображение выверенного знака 5 на экране ВСУ, соответствующее изгибу выверенного изделия под действием веса устройства для выверки 3;
9 - телевизионное изображение выверенного креста устройства, синтезированное знакогенератором;
Н - высота в плоскости выверенного щита, соответствующая углу поля зрения ТК 2;
О - тонка пересечения оси выверяемого изделия с плоскостью выверенного щита при отсутствии изгиба изделия (до сопряжения с ним устройства выверки);
O 1 - тонка пересечения оси изделия с плоскостью выверенного щита при изгибе изделия (после помещения в него устройства выверки поз.3);
Н - расстояние между топками О и O1, т.е. вертикальное смещение оси изделия в плоскости выверенного щита при изгибе изделия на угол ;
h - высота экрана ВСУ, соответствующая углу 2;
h - линейная величина смещения изображения выверенного знака на экране ВСУ, соответствующая изгибу выверенного изделия под действием веса устройства для выверки 3.
Очевидно, что использование устройства выверки, сопрягаемого с изделием, при его значительном весе приводит к появлению систематической ошибки выверки в вертикальной плоскости. Величина этой ошибки будет меняться в зависимости от типа изделия - его длины и жесткости, а также веса устройства выверки. Ситуация с учетом ошибки выверки из-за изгиба изделия будет еще сложнее, если устройство использовать для выверки разнотипных изделий, в частности, с использованием для этого сменных технологических переходных поддонов.
На первый взгляд представляется возможным учитывать возникающую ошибку переносом выверочного знака 5 из точки О в точку O 1. Однако для этого надо знать величину угла изгиба конкретного изделия под действием веса конкретного устройства выверки и точное расстояние до щита, что не всегда возможно. В случае же выверки по удаленной точке такая операция вообще невозможна.
Целью предлагаемого технического решения является устранение отмеченного выше недостатка прототипа, связанного с возникновением ошибки выверки из-за изгиба ствола вследствие воздействия веса устройства.
Заявляемое устройство отличается тем, что наряду с ТК с объективом, установленными в корпусе, на котором выполнены базовые поверхности, сопрягаемые с базовыми поверхностями устанавливаемого длинномерного изделия (преимущественно - пушки), синхрогенератором, ВСУ, знакогенератором, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, связанными также с ТК, сумматором, входы которого соединены с выходами ТК и знакогенератора, а выход - с ВСУ, имеются датчик угла изгиба, связанный с устанавливаемым изделием, блок памяти, коммутатор, блок задания высоты экрана ВСУ, блок ввода вертикального угла поля зрения ТК, блок центровки горизонтального штриха выверочного креста, последовательно соединенные блок вычитания, блок перемножения, блок деления и сумматор, при этом выход датчика угла изгиба через последовательно соединенные блок памяти и коммутатор, а также непосредственно соединены со входами блока вычитания, блок задания высоты экрана ВСУ соединен со свободным входом блока перемножения, блок ввода вертикального угла поля зрения ТК соединен со свободным входом блока деления, блок центровки горизонтального штриха выверенного креста соединен с сумматором, выход которого соединен со знакогенератором.
Построение устройства поясняется чертежом на фигуре 2.
Устройство для выверки оси длинномерного изделия (относительно базовой оси), построение которого показано на фигуре 2, содержит ТК 1 с объективом 2, установленные в полости корпуса 3, на котором выполнены базовые поверхности 4, синхрогенератор 5, ВСУ 6, знакогенератор выверочного креста 7, входы которого соединены с выходами синхрогенератора 5, связанного также с ТК 1, и сумматор 8, входы которого соединены с выходами телекамеры 1 и знакогенератора 7, а выход - со входом ВСУ 6. Кроме того, имеются датчик угла изгиба 9 выверяемого длинномерного изделия 10, связанный с ним, блок памяти 11, коммутатор 12, блок 13 задания высоты экрана ВСУ 6, блок 14 ввода вертикального угла поля зрения ТК 1, блок центровки горизонтального штриха выверочного креста 15, последовательно соединенные блок вычитания 16, блок перемножения 17, блок деления 18 и сумматор 19, при этом выход датчика угла изгиба 9 через последовательно соединенные блок памяти 11 и коммутатор 12, а также непосредственно соединен со входами блока вычитания 16, блок 13 задания высоты экрана ВСУ соединен со свободным входом блока перемножения 17, блок 14 ввода вертикального угла поля зрения ТК 1 соединен со свободным входом блока деления 18, блок центровки горизонтального штриха выверочного креста 15 соединен с сумматором 19, выход которого соединен со знакогенератором 7.
Функцией знакогенератора 7 является формирование на экране ВСУ 6 телевизионного изображения маркера оптической оси устройства - выверочного креста. Синхронизация работы блока разверток ТК 1 и знакогенератора 7 осуществляется за счет подачи на соответствующие входы указанных блоков кадровых (КСИ) и строчных (ССИ) синхронизирующих импульсов с синхрогенератора 5.
При реализации устройства его составные части поз.1-8 могут быть реализованы аналогично соответствующим составным частям прототипа. В частности, могут быть использованы использованы следующие технические решения. Корпус 3 может быть выполнен в виде трубы, на наружную поверхность которой напрессовываются кольца 4, наружные поверхности которых образуют базовые поверхности. При этом для хорошего прилегания базовых поверхностей к стенкам выверяемого длинномерного изделия 10 базовые поверхности могут быть образованы подпружиненными бонками. В качестве ТК 1 целесообразно использовать ТК с фоточувствительным элементом на основе матрицы приборов с зарядовой связью, например, микросхему К1200ЦМ12 или ФППЗ 26М. Фокусное расстояние объектива 2 выбирается, исходя из необходимой точности выверки. Применительно к указанным микросхемам достаточная для практики точность выверки может быть получена при использовании объектива «Таир-3» с фокусным расстоянием 300 мм. В качестве синхрогенератора 5 может быть использован синхрогенератор из состава ТК 1. В качестве ВСУ 6 можно использовать серийное изделие ВК23 В60. Знакогенератор 7 может быть построен 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. Сумматор видеосигналов 8 может быть построен по схеме электронного коммутатора на транзисторах КТ-315 с любым буквенным индексом.
Вновь вводимые составные части устройства могут быть реализованы следующим образом. Датчик угла изгиба 9 может быть фотоэлектронного типа - на основе разнесенных по длине выверяемого изделия матрицы фотоприемников и излучателя с хорошо коллимированным лучом. При значительных изгибах может быть использован простой тензометрический датчик, в частности, с включением измерительного сопротивления в одно из плеч измерительного моста. Блок памяти 11 может быть построен на микросхеме 541РУ1 или 1617РУ2. Блок коммутации 12 может быть построен на основе кнопки с нормально разомкнутыми контактами. Блоки 13 14 и 15 могут быть построены на основе регулируемых источников напряжения. Блоки сложения 16 и вычитания 19 могут быть построены на операционных усилителях серии 140УД. Блоки умножения 17 и деления 18 могут быть построены на микросхеме 525ПС1.
После сборки устройство подлежит юстировке, при которой обеспечивается совмещение оси канала корпуса 3 с оптической осью объектива 2 и центром приемной площадки ТК1 (за счет поперечного перемещения ТК 1 относительно корпуса 3), к которому привязано изображение выверочного креста. Совмещение горизонтального штриха выверочного креста со средней строкой телевизионного растра выполняется изменением центровки U ц, подаваемого на соответствующий вход знакогенератора 7.
С учетом практической малой величины угла 2 (около 1
2°), из построений на фигуре 1 следует
Описываемое устройство работает следующим образом.
Перед началом выверки оператор при помощи блоков 13 и 14 устанавливает на их выходах напряжения, соответствующие высоте экрана h используемого ВСУ (блок 13) и углу поля зрения ТК 1 по вертикали 2. Затем на выверяемое длинномерное изделие 10 устанавливают датчик угла изгиба 9. Сигнал с датчика 9, соответствующий начальному (без сопряженного с изделием устройства для выверки) углу 0 изгиба длинномерного изделия 10 поступает в блок памяти 11 и запоминается в нем. После этого с длинномерным изделием 10 сопрягают устройство выверки. При этом происходит дополнительный изгиб изделия на угол =-0, где - угол изгиба изделия после сопряжения с устройством выверки. Сигнал с датчика 9, соответствующий углу изгиба длинномерного изделия 10 с устройством выверки , поступает на вход блока вычитания 16. Обслуживающий устройство выверки оператор замыкает контакты блока коммутации 12 и на второй вход блока вычитания 16 с блока памяти 11 поступает напряжение, соответствующее начальному углу изгиба 0. В результате на выходе блока вычитания 16 формируется напряжение, соответствующее дополнительному углу изгиба изделия . В блоке перемножения 17 происходит вычисление произведения h*, после чего в блоке деления 18 - вычисление величины h по формуле (1). В сумматоре 19 напряжение, соответствующее h, суммируется с напряжением Uц, соответствующим нахождению горизонтального штриха выверочного креста в центре экрана ВСУ 6, в результате чего выверочный знак смещается по экрану ВСУ 6 вверх на величину h. Таким образом обеспечивается возможность точной выверки положения длинномерного изделия независимо от его изгиба под действием веса устройства для выверки.
Описанное устройство может найти применение при контроле и установке осей длинномерных изделий параллельно по отношению к оси визирного канала, определяющей положение базовой оси в пространстве, с точностью, не зависящей от величины изгиба изделия под действием веса устройства выверки, при выверке как по выверочному щиту, так и по удаленной точке.
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.
Устройство для выверки оси длинномерного изделия, содержащее телекамеру с объективом, установленные в полости корпуса, на котором выполнены базовые поверхности, синхрогенератор, видеоконтрольное устройство, знакогенератор визирного креста, входы которого соединены с выходами синхрогенератора, и сумматор, входы которого соединены с выходами телекамеры и знакогенератора, а выход - со входом видеоконтрольного устройства, отличающееся тем, что снабжено датчиком угла изгиба, связанным с длинномерным изделием, блоком памяти, коммутатором, блоком задания высоты экрана видеоконтрольного устройства, блоком ввода вертикального угла поля зрения телекамеры, блоком центровки горизонтального штриха выверочного креста, последовательно соединенными блоком вычитания, блоком перемножения, блоком деления и сумматором, при этом выход датчика угла изгиба через последовательно соединенные блок памяти и коммутатор, а также непосредственно соединен со входами блока вычитания, блок задания высоты экрана видеоконтрольного устройства соединен со свободным входом блока перемножения, блок ввода вертикального угла поля зрения телекамеры соединен со свободным входом блока деления, блок центровки горизонтального штриха выверочного креста соединен с сумматором, выход которого соединен со знакогенератором.
