Устройство для измерения положения и диаметра объекта

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и информативности измерения за счет введения одноканальной оптической системы и измерения диаметра объекта по двум направлениям. Устройство дпя измерения положения и диаметра объекта содержит последовательно расположенные и оптически связанные лазер I, блок 2 сканирования, оптическую систему, состоящую из объектива 3, оборачивающего зеркала 4, установленного под углом 45° к оптической оси фокусирующей линзы 5, объект 6 измерения , фотоприемник 7, усилитель-фор-§ мирователь 8. Вышедший из лазера 1 пучок света попадает на блок 2 сканирования , излучение попадает на

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!) 4 G 01 В 21 /00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 4239752/24-28 (22) 04.05.87 (46) 30.11.88. Бюл, И - 44 (71) Ивановский энергетический институт им. В,И.Ленина и Специальное проектно-конструкторское бюро Всесоюзного научно-исследовательского

Проектно-конструкторского и технологического института кабельной промышленности (72) Б.А.Староверов, Е.А.Пустовойт, Е.В.Иванов, Е,Н.Ларин, В.Д.Копылов и A. .Ô.Áûâøèõ (53) 531.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1272109, G 01 В 21/00, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ И ДИАМЕТРА ОБЪЕКТА

„„SU„„1441200

/ (57) Изобретение относится к конт" рольно-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности и информативности измерения за счет введения одноканальной оптической системы и измерения диаметра объекта по двум направлениям. Устройство для измерения положения и диаметра объекта содерлшт последовательно расположенные и оптически связанные лазер

1, блок 2 сканирования, оптическую систему, состоящую из объектива 3, оборачивающего зеркала 4, установленного под углом 450 к оптической оси фокусирующей линзы 5, объект 6 измерения, фотоприемник 7, усилитель-фор- ф мирователь 8. Вышедший из лазера 1 пучок света попадает на блок 2 сканирования, излучение попадает нь

1441 200 объектив 3, который установлен пт скпнирующего многогранного зеркала блока 2 на расстоянии, равном его рабочему отрезку. Объектив 3 осуществляет преобразование развертки из угловой в линейную, Зеркало 4, установленное под углом 45 к оптической оси, осуществляет поворот светового потока на 90 . Объект 6 должен быть расположен в точках пересечения прямого светового потока, при этом обесИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения наружного диаметра и контроля-положения протяжных изделий при производстве стекловолокна, проволоки, кабеля.

Целью изобретения является повышение точности и информативности измерения за счет введения одноканальной оптической системы и измерения диаметра по двум направлениям.

На фиг. 1 представлена блок-схема предложенного устройства; на фиг.2— временные диаграммы информационных ,импульсов; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит последовательно расположенные и оптически связанные лазер 1, блок 2 сканирования, представляющий собой многогранное. зеркало, установленное с воэможностью вращения с заданной частотой, оптический блок, состоящий из объектива

3, оборачивающего зеркала 4, установленного под углом 45О к оптической оси и фокусирующей линзы 5, объектив б измерения и фотоприемник 7. К выходу фотоприемника 7 через усилительформирователь 8 подключены первая схема 9 задержки и блок 10 временной селекции, состоящий из инвертора 11, одновибратора 12, четырех D-триггеров 13-16, включенных по схеме деления на два, и четырех трехвкодовых схем И 17-20, Счетный вход D-триггера

15, а также входы инвертора 11, одновибратора 12, третьи входы схем И !

7 и 18, вход с..емы 9 задержки подпечиваетс я измерение параметров объ— екта по координате Х, и светового потока, повернутого на 90" зеркалом

4, что обеспечивает измерение cMF øeния и диаметра объекта 6 по координате У. Затем свет попадает на фокусирующую линзу 5, которая собирает его на фотоприемник 7. Последний вырабатывает информационные сигналы, попадающие на усилитель-формирователь 8. 3 ил. ключены к выходу усилителя-формирователя 8, счетный вход D-триггера 13 и первые входы схем И 19 и 20 подключены к выходу инвертора 11; выход

5 одновибратора 12 связан с R-входами всех D-триггеров, прямой выход D-триггера 13 соединен со счетным входом

D-триггера 14, прямой выход D-триггера 15 подключен к счетному входу l0

D-триггера 16 и к вторым входам схем, И 17, 18 и 19, а обратный — к третьему входу схемы И 20, прямой выход Dтриггера 14 связан с первым входом схемы, И 18 и с вторым входом схемы

И 20, прямой выход D-триггера !6 подключен к первому входу схемы И 17 и к третьему входу схемы И 19, выходы схем И 17-20 подсоединены к первым входам схем 21 совпадения соответствующих измерительных каналов 22-25, каждый иэ которых состоит из последовательно соединенных схемы 21 сов- . падения, счетчика 26 и буферного ре25 гистра 27. К вторым входам схем 21 совпадения всех измерительных каналов

22-25 подключен генератор 28 тактовой частоты. Выход первой схемы 9 задержки связан непосредственно со счетным входом буферного регистра 27 всех измерительных каналов 22-25 и через вторую схему 29 задержки — с

R-входом счетчика 26 также всех измерительных каналов 22-25.

Устройство работает следующим об35 разом.

Вышедший из лазера 1 пучок света попадает на блок 2 сканирования. Далее излучение попадает на объектив

:3 14 > 1 200 4

3, к отopbIA установлен от сканируюпк го многогранного зеркала блока 2 на расстоянии, равном его рабочему отрезку.

Объектив 3 осуществляет преобра— зование развертки из угловой в линейную. Зеркало 4, установленное под углом 45 к оптической оси, осущесто вляет поворот светового потока на 10

90 . Объект 6 должен быть расположен в точках пересечения прямого светового потока, при этом обеспечивается измерение параметров объектов по коор— динате Х и светового потока, повер- 15 нутого на 90 зеркалом 4, что обеспечивает измерение смещения и диаметра объекта 6 по координате У.

Затем свет попадает на фокусирующую линзу 5, которая собирает его на 2п фотоприемник 7. Последний вырабатывает информационные сигналы, попадающие на усилитель -формирователь 8. Информационные сигналы с выхода фотоприемника представляют собой импульс 2б засветки и теневые импульсы (фиг. 2).

В отсутствие объекта измерения сигнал представляет собой импульс засветки (фиг. 2а), длительность которого () равна времени сканирования, В Ç0 случае наличия объекта в зоне сканирования на импульсе засветки появляются теневые импульсы (фиг. 2в), длительность которых (i и ) определяются частотой вращения многогранного зеркала блока 2, фокусным расстоянием объектива 3 и равна времени прохождения светового сфокусированного луча через объек, т.е. пропорциональна размеру объекта измерения. 40

Время Г,(фиг. 2в) между начальным фронтом светового импульса и началь ным фронтом первого теневого импульса (g) несет информацию о положении объекта по координате У, так как эта 45 часть информационного импульса получается от пересечения объекта 6 повернутым на 90 световым потоком, соответственно теневой импульс длительностью . несет информацию о диамет- щ ре объекта по координате У.

Время (фиг, 2в) между последним фронтом светового импульса и вторым

- фронтом второго теневого импульса (!Я ) несет информацию о положении объекта по координате Х, так как эта часть информационного импульса получается от пересечения объекта прямым световым потоком, который затем через зеркало 4 попадает на фотоприемник, соответственно, теневой импульс длительностью °, несет информацию о диаметре па координате Х, Единственным ограничением в предложенном устройстве является невозможность измерения параметров объекта, когда он находится в точке а (фиг.1). В этом случае информационный импульс имеет вид, показанный на фиг. 2с, и схе- . ма 29 будет выдавать ложную информацию.

Усиленные информационные сигналы с усилителя-формирователя 8 (фиг.За) поступают на блок 10 временной селекции, выделяющий импульсы, несущие информацию о координатах Х и У (соответственно фиг. 3k и ) и диаметре по координатам Х и У (соответственно фиг. Зщ и 1). На выходе инвертора ll сигнал имеет вид, показанный на фиг. Зв, на прямых выходах D-триггеров 13-16 формируются сигналы, изображенные соответственно на фиг. 3f -g а на обратном выходе D-триггера 15 — сигнал, показанный на фиг. 3е. Сигнал с одновибратора 12 (фиг. Зс), длительность которого выбирается больше длительности импульса засветки, используется для обнуления D-триггеров 13-16, Сигналы с блока 10 временной селекции поступают в соответствующие каналы измерения смещения по Х (блок

24}, смещения по У (блок 25), диаметра по координате X (блок 22) и диаметра по координате У (блок 23) на схему 21, где заполняются импульсами генератора 28 тактовой частоты.

Счетчик 26 подсчитывает число импульсов, пропорциональное измеряемым параметрам объекта. Выходной сигнал счетчика 26 в параллельном коде поступает на информационные входы буферного регистра 27. Запись информации в регистр 27 осуществляется по переднему фронту импульса, формируемого схемой 9 задержки (фиг, 3n), а сброс счетчика 26 происходит после записи информации в регистр 2? коротким нулевым импульсом, формируемым второй схемой 29 задержки (фиг. Зр}.

Следует отметить, что дпительность импульса, формируемого схемой 9 задержки (фиг. 3n), должна быть больше длительности импульса засветки, но л меньше длительности импульса, форми1441200 руемого одновибратором 12 (фиг. Зс), обнуляющим D-триггеры блока 1О.Выходная информация с буферного регистра 27 может подаваться на ин5 дикацию в устройство управления положением измеряемого объекта на цифроаналоговый преобразователь и т.д.

Формула изобретения

Устройство для измерения положения и диаметра объекта, содержащее оптически связанные лазер, блок сканирования, оптический блок, последо- 15 вательно соединенные фотоприемник и усилитель-формирователь, блок временной селекции, связанный с выходом усилителя-формирователя, генератор тактовой частоты, схему задержки,два 20 измерительных канала положения, каждый из которых состоит из схемы совпадения, буферного регистра и счетчика, выход которого связан с информационным входом буферного регистра, при этом выход генератора тактовой частоты подключен к первому входу схемы совпадения, а выход фотоприемника связан через усилитель-формирователь и схему задержки со счетным входом бу-.ЗО ферного регистра, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности и информативности измерений, оно снабжено двумя каналами измерения диаметра объекта, идентичными из- мерительным каналам положения, второй схемой задержки, вход которой подключен к выходу первой схемы задержки, а выход — к R-входам счетчиков, причем выход схемы совпадения в измерительном канале связан непосредственно со счетным входом счетчика, а блок временной селекции выполнен в виде инвертора, одновибратора, четырех D-триггеров, включенных по схеме деления на два, и четырех трехвходовых схем И, при этом счетный вход третьего D-триггера, а также входы ннвертора, одновибратора и третьи входы первой и второй схем И подключены к выходу усилителя-формирователя, выход инвертора подключен к счетному входу первого D-триггера и первым входам третьей и четвертой схем

И, выход одновибратора связан с Dвходами всех D-триггеров, прямой выход первого D-триггера соединен со счетным входом второго D-триггера, прямой выход третьего D-триггера подключен к счетному входу четвертого

D-триггера и к вторым входам первой, второй и третьей схем И, а обратный— к третьему входу четвертой схемы И, прямой вход второго D-триггера связан с первым входом второй схемы И и с вторым входом четвертой схемы И, а прямой выход четвертого D-триггерас первым входом первой схемы И и с третьим входом третьей схемы И, причем выходы всех четырех схем И подключены к вторым входам схем совпадения соответствующих измерительных каналов, Составитель С,Валиуллин

Редактор M.Êåëåìåø Техред Л.Сердюкова Корректор С. Черни

Заказ 6276/43 Тираж 680 Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4