Фотоэлектрический микрометр

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения влияния погрешности от колебаний и изгиба протяженных объектов. Микрометр содержит вращающийся диск 3 с двумя светофильтрами 4, 5 соответственно круглой и кольцеобразной формы, что позволяет получать симметричные изображения протяженного объекта, например нити 21 при любом его положении. Кольцевой светофильтр 5 служит для фиксации появления объекта, а круглый - для получения информации о диаметре при регистрации максимального сигнала. 5 ил.

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (50 4 G 01 В 21/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4388382/24-28 (22) 09.03.88 (46) 23.11.89. Бюл. У 43 (71) Хозрасчетное специализированное конструкторское бюро радиационной техники с опытным заводом Института ядерной физики АН УЗССР (72) А.А. Хакимов, У.А. Шакиров, Б.А, Вайншток, С.А, Котин и Е.Б.Вайншток (53) 531.7(088.8) (56) Фукс-Рабинович Л.И., Епифанов М.В. Оптико-электронные приборы.—

Л.: Машиностроение, 1979, с. 260-261.

2 (54) ФОТОЭЛЕКТРЙЧЕСКИИ МИКРОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности измерения за счет исключения влияния погрешности от колебаний и изгиба протяженных объек" тов. Микрометр содержит вращающийся диск 3 с двумя светофильтрами 4, 5 соответственно круглой и кольцеобраэной формы, что позволяет получать симметричные изображения протяженного объекта, например нити 21, при любом

его положении. Кольцевой светофильтр

5 служит для фиксации появления объекта а круглый —.для получения информации о диаметре при регистрации максимального сигнала. 5 ил.

1523922

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к бесконтактным оптико-,электронным устройствам автоматического контроля поперечных размеров движущихся нитевидных изделий, и может быть применено в электротехнической, радиоэлектронной, металлургической и химической отраслях промышленности для контроля диаметра прутков, проволоки, синтетических волокон в процессе их изготовления.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет исключения влияния погрешностей от колебаний и изгиба протяженных объектов.

На фиг. 1 представлена оптическая часть устройства; на фиг,2 — электронная часть устройства; на фиг ° 3 схематические пояснения принципа формирования сигналов светофильтрами; на фиг. 4 — графики сигналов .на элементах схемы, на фиг. 5 — схематические пояснения выбора размеров элементов оптической части устройства.

Микрометр состоит из точечного источника 1 света, стабилизировàííîro по потоку света, расположенного в фокусе крнденсора 2, непрозрачноro диска 3 с первым круглым светофильтром

4 и вторым кольцевым светофильтром 5, диск 3 имеет привод от синхронного электродвигателя, ось вращения диска параллельна оптической оси системы (первый светофильтр выполнен с первой полосой пропускания, второй светофильтр — с второй полосой пропускания, причем эти полосы не перекрывают друг друга).

По ходу пучка света расположены линза 6, светоделитель 7, выполненный в виде полупрозрачного зеркала, третий светофильтр 8 и фотоприемник

9 (относятся к измерительному каналу), светофильтр 8 выполнен с первой полосой пропускания, совпадающей с полосой пропускания первого светофильтра 4, с

Четвертый светофильтр 10 и фотоприемник 11 относятся к контрольному каналу, светофильтр 10 выполнен с второй полосой пропускания, совпадающей с полосой пропускания второго светофильтра 5.

При этом выполняются условия

+ DoT5

П) Пкон

ОБ где D око„, Dog

10 отB

D — соответсто 6 венно диаметры диска,конденсора,обьектива и отверстия;

L< — расстояние от центра диска 3 до центра отверстия, в котором установлены светофильтры

20 4и 5.

Устройство содержит также усилители 12 и 13 и узлы 14 и 15 выборки и хранения соответственно измерительного и контрольного каналов. Вход сиг25 нализатора 16 экстремума соединен с выходом усилителя 12 измерительного канала, а выход — с управляющим входом узла 14. В контрольном канале управляющий вход узла 15 соединен

30 с выходом усилителя 13 через формирователь 17 и дифференциатор 18.

Информационные входы узлов 14 и

15 подключены к выходу усилителя 12.

Выходы узлов 15 и 14 соединены с первым и вторым входами вычислителя 19, выход которого соединен с узлом 20 индикации.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемую нить 21 помещают между конденсатором 2 и диском 3, включают устройство в сеть. Свет от источника 1 падает на конденсор 2, который фор45 мирует параллельный и однородный по сечению пучок света, падающий на диск 3 со светофильтрами 4 и 5. Пучок света, пропущенный этими светофильтрами, падает на линзу Ь и затем на светоделитель 7 и делится им на два пучка — прошедший и отраженный.

Прошедший через светоделитель пучок света фильтруется третьим све— тофильтром 8, пропускающим свет в

55 первой спектральной полосе измерительного канала, а отраженный от светоделителя 7 пучок света фильтруется четвертым светофильтром 10, пропускающим свет во второй спектральной

И «, +1

11 из (2) где К вЂ” аппаратурный коэффициент.

Легко найти вид связи показаний

М с измеряемым диаметром d.

При равномерной по площади диска освещаемости E выполняются соотноше5Р ния

55 сигнал при незатененном светофильтре

U«-U„=К E r (3) сигнал при затененном светофильтре

U„) =KE (a г -2rd), (4) 5 15239 полосе контрольного канала. Сходящиеся пучки света в обоих каналах фиксируются линзой 6 на фотоприемниках

9 и 11. При вращении диска 3 светофильтры 4 и 5 пересекают тень нити, На фиг. 3 показаны разные фазы положения светофильтров 4 и 5 относительно тени 22 от измеряемой нити 21, а на фиг. 4 — форма электрических сигналов на выходах соответственно усилителя 13, дифференциатора 18, формирователя 17, усилителя 12 и сигналиэатора 16 экстремума. Начало и конец процесса (фиг. 4,а и б) пересечения тени светофильтром 5 отмечается на выходе дифференциатора сигналами С1 и С, в формирователе формируются соответствующие этим пикам импульсы управления на контроль- 2р ную выборку (фиг. 4в) непосредственно до и после затенения светофильтра 4 (на сигналы С и С з формирователь не реагирует благодаря внутренней дискриминации) . 25

При наибольшем затенении светофильтра 4, когда его диаметр совпадает с осью тени (фиг. Зв) сигнализатор экстремума выдает импульс (фиг. 4д) управления на измерительную выборку, по которому узел 14 воспринимает и запоминает напряжение измерительного канала U„>. Напряжение

KoHTpoJIhHOI o KBHBJlG U g< H U y BOCnpH нимает и суммирует узел 15 по импульсам контрольной выборки (фиг. 4в) .

Применение двух контрольных выборок имеет преимущество перед одной выборкой, так как при. суммировании U и U „ В эаимно уничтожаются возможные 4р незначительные пространственные неоднородности освещенности. Измерительное и контрольное напряжения поступают соответственно на первый и второй вход вычислителя 19, который выдает на цифровой индикатор 20 значение

22 6 где r -" радиус светофильтра 4;

К вЂ” аппаратурный коэффициент.

Подставляя (3) и (4) в (2), получают

Х- 2а (5)

1-—

ur

Иэ (5) видно, что показание N растет с увеличением измеряемого размера

d и не зависит от изменения освещен-, ности, т ° е. от старения источника света.

На фиг. 5 представлены разные во 11ожные положения нити относительно диска и светофильтров (вид со стороны источника света) в моменты, когда светофильтры пересекают тень

22 от нити. Для попадания тени на диаметр светофильтра 4 необходимо и достаточно выполнить условие

L<>Lg HJIH Ь,-1.,+11, (6) где L„=OA — расстояние от центра диска до центра отверстия;

L =О — расстояние от центра диска до тени;

h — некоторое малое расстоя1 ние (2-3 мм).

Диаметр диска где R — радиус отверстия;

h — некоторое малое расстояние и (2-3 мм).

Подставляя (6) в (7), получают

Р =Ьй+Rîòâ+h1+ht> т.е. выбор диаметра диска и положения центра отверстия определяется максимальной амплитудой колебания нити . 4

Выбор размеров светофильтра 4 определяется минимальным радиусом изгиба R„ измеряемой нити, т.е. максимально возможной ее кривизной в области пучка света ° Исходят иэ того, что относительная погрешность измерения Е от искривления нити должна быть не более условленной величины, Пусть ) а О,ОО1 (9)

Из геометрического рассмотрения нетрудно показать, что условие (9) выполняется при радиусах r светофильтра 4, удовлетворяющих соотношению:

r=2R sin— и 4 (10) в котором длина тени нити на светофильтре (в радиа11ах)13ограничивается условием

1523922 l0

Фиг. 2

О 999 — с 2sin—

2 4 (11)

Из (10) и (11) можно подсчитать, что, например," для К„ 75 мм условие (9) выполняется при г((13 мм, а для R >-")00 мм — при r 17 мм.

Диаметр светофильтра 4 должен быть больше максимального измеряемого- диаметра:

2r d макс 1 (I2) иначе светофильтр одинаково затеняется при разных измеряемых диаметрах.

Формула изобретения

Фотоэлектрический микрометр, содержащий источник света, конденсор, диафрагму, фотоприемный блок и электрончо-измерительный блок с узлом ин20 дикации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, диафрагма выполнена в виде установленного с возможностью вращения непрозрачного диска с отверс- 25 тйем на его периферии и кольцевым и круглым светофильтрами, выполненными с первой и второй полосами пропускания и установленными концентрично в отверстии, причем внешние диаметры светофильтров равны соответственно диаметру отверстия и внутреннему диаметру кольцевого светофильтра, фотоприемный блок выполнен в виде светоделителя, первого и второго фотоприемников и третьего и четвертого светофильтров, выполненных соответственно с первой и второй полосами пропускания, расположенными перед первым и вторым фотоприемниками, электронно-измерительный блок выполнен в виде первого и второго усилителей, сигнализатора экстремума, дифференциатора, формирователя, первого и второго узлов выборки, вычислителя, входы первого и второго усилителей подключены соответственно к первому и второму фотоприемникам, вход сигнализатора экстремума подключен к выходу первого усилителя, информационные входы первого и второго узлов выборки соединены с выходом первого усилителя, управляющий вход первого узла выборки соединен с выходом сигнализатора экстремума, управляющий вход второго узла выборки соединен через формирователь и дифференциатор с выходом второго усилителя, первый и второй входы вычислителя подключены соответственно к выходам первого и второго узлов выборки, а выход вычислителя соединен с входом узла индикации.

1523922

Я2

82 г

4iB

Фиа5

Составитель Е. Глаэкова

Редактор Н. Бобкова Техред Л.Олийнык Корректор О. Цнпле

Заказ 745 Тирвк 488 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Иосква, lK-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ушгород, ул. Гагарина, 101