УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ ДИАМЕТРОВ

Полезная модель относится к области измерительной технике, в частности, к устройствам, предназначенным для бесконтактного контроля размеров малых деталей, например диаметров.
Известно устройство для измерения малых перемещений или деформаций объекта [Пат. 2473044 Российская Федерация, МПК G01В 11/00. Устройство для измерения малых перемещений или деформаций объекта / Иванов Α.Α., Сысоев Н.Я., Гостев В.Н.; заявитель и патентообладатель Государственная корпорация по атомной энергии “Росатом” - №2011136133/28; заявл. 30.08.11; опубл. 20.01.13, Бюл. №2].
Устройство содержит источник света, состоящую из столбцов и рядов светочувствительных ячеек прямоугольную ПЗС-матрицу, соединенную с регистрирующей аппаратурой, размещенный между ними плоский затвор, частично перекрывающий световой поток от источника света на ПЗС-матрицу, при этом граница плоского затвора, делящая ПЗС-матрицу на освещенную и затемненную зоны, полностью охватывающие не менее одного столбца, расположена асимметрично относительно направления столбцов светочувствительных ячеек ПЗС-матрицы, ПЗС-матрица связана с неподвижным основанием, а плоский затвор связан с объектом или его деформируемой частью.
Указанное устройство пригодно для измерения малых перемещений объектов, но не предназначено для измерения их размеров.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров» [Заявка RU на полезную модель №2014 112877]. Данное устройство описано также в статье “Бесконтактный метод контроля деталей малых размеров и его реализация на примере стоматологического бора” («Инновации в науке»: материалы X международной заочной научно-практической конференции. Часть I. (16 июля 2012 г.); [под ред. Я.А. Полонского]. Новосибирск: Изд. «Сибирская ассоциация консультантов», 2012. - стр. 82-88).
Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров включает корпус, лазер, видеоматрицу и блок обработки информации. Корпус выполнен разъемным и снабжен коаксиально установленной затененной шахтой, в которой размещены лазер и плата, несущая видеоматрицу и блок обработки информации, при этом, в стенках корпуса и затененной шахты выполнены соосные установочные отверстия, а их общая ось и ось лазера расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: разъемный корпус, затененная шахта, соосные установочные отверстия, лазер, плата, видеоматрица, блок обработки информации.
Недостатком прототипа является малый, ограниченный диапазон измеряемых диаметров. Указанный недостаток связан с размерами используемой видеоматрицы и ее высокой стоимостью, так как на ценообразование видеоматриц существенно влияет их размер.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение технологических возможностей за счет расширения диапазона измеряемых диаметров.
Это достигается тем, что устройство для бесконтактного измерения малых диаметров содержит разъемный корпус с расположенной в нем затененной шахтой, имеющей соосные с корпусом установочные отверстия и снабженной лазером, платой, несущей видеоматрицу и блоком обработки информации, отличающееся тем, что устройство для бесконтактного измерения малых диаметров дополнительно содержит видеоматрицу на соответствующей плате, при этом платы установлены с возможностью относительного перемещения за счет кинематической связи каждой из них с соответствующей частью ходового винта, имеющего левую и правую винтовые поверхности и снабженного с разных сторон рукояткой управления и энкодером.
Возможность относительного перемещения двух плат с видеоматрицами позволяет расширить диапазон измеряемых диаметров, что приводит к расширению технологических возможностей при сохранении высокой точности измерений.
Кроме того, использование двух видеоматриц, каждая из которых размещена на соответствующей плате, позволяет уменьшить размер используемой матрицы, что приводит к значительному снижению цены видеоматрицы, а следовательно, и всего прибора.
Наличие рукоятки управления и энкодера на ходовом винте позволяет установить и зафиксировать определенное положение плат с видеоматрицами в зависимости от измеряемого диаметра объекта, что обеспечивает увеличение диапазона измеряемых размеров, что приводит к расширению технологических возможностей.
Совокупность представленных конструктивных признаков обеспечивает возможность расширения диапазона измеряемых диаметров при сохранении высокой точности измерений
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства для бесконтактного измерения малых диаметров; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 - схема засвечивания видеоматрицы.
Устройство для бесконтактного измерения малых диаметров содержит разъемный корпус 1, в котором коаксиально установлена затененная шахта 2. В ней размещен лазер 3, по линии излучения которого на подвижных платах 4 и 5 располагаются видеоматрицы 6 и 7. Подвижность плат 4 и 5 и, соответственно, видеоматриц 6 и 7 обеспечивается за счет кинематической связи каждой из плат 4 и 5 с ходовым винтом 8. Ходовой винт 8 имеет две резьбовые поверхности (левую и правую), на которых и установлены через гайки 9 и 10 платы 4 и 5, и связан с рукояткой 11 и энкодером 12 для измерения линейных перемещений (например, RESOLUTE™ с интерфейсом DRIVE-CLiQ компании Siemens). Помимо этого платы 4 и 5 подсоединены к блоку обработки информации 13. В нижней и верхней части корпуса 1 имеются соосные отверстия 14 для вывода проводов питания плат 4 и 5 и лазера 3. В поперечном направлении в стенках корпуса 1 и затененной шахты 2 выполнены соосные с корпусом установочные отверстия 15 и 16 для установки контролируемого объекта 17, а их общая ось и ось лазера 3 расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.
Устройство работает следующим образом. Перед началом работы платы 4 и 5 с видеоматрицами 6 и 7, кинематически связанными через гайки 9 и 10 с винтом 8, устанавливаются в определенное положение, соответствующее измеряемому линейному параметру, например, диаметру, путем вращения рукоятки 11 и регистрации перемещения при помощи энкодера 12. Также необходимо соблюдать, чтобы расстояние между осями плат 4 и 5 с видеоматрицами 6 и 7 не выходило за крайние границы измеряемого объекта 17, например, хвостовика стоматологического бора.
В основу работы прибора положен теневой метод. Контролируемый объект 17 устанавливается в соосные отверстия 15 и 16 корпуса 1 и затененной шахты 2 так, чтобы он попадал под излучение лазера 3. При этом, предельные размеры контролируемого объекта ограничены только габаритами устройства, в частности, диаметрами соосных отверстий 15 и 16 в корпусе 1 и затененной шахты 2. При таком размещении практически исключается рассеивание лучей в световом потоке от лазера 3 и формируется четкое изображение, которое передает особенности формы контролируемого объекта 17. За счет засвечивания объекта на двух видеоматрицах 6 и 7, размещенных на платах 4 и 5, создается тень от измеряемого объекта 17. Формируемое теневое изображение сканируется двумя видеоматрицами 6 и 7 и передается в блок обработки информации 13, где вычисляется диаметр измеряемого объекта по полученному изображению. Для обеспечения работы устройства через отверстия 14 выводятся провода питания плат 4 и 5 и лазера 3.
Для вычисления диаметра измеряемого объекта необходимо знать количество пикселей, приходящихся на измеряемый диаметр, которое вычисляется по следующей формуле (фиг. 3):
ИЗ
0
1
2
D=D+L+L
ИЗ
где D - диаметр измеряемого объекта;
0
D - расстояние между осями плат 4 и 5 с видеоматрицами 6 и 7;
1
R
1
L=Δp∗n - расстояние между осью платы 4 с видеоматрицей 6 и крайней границей затененной области (тенью от измеряемого объекта на видеоматрице 5);
2
L
2
L=Δp∗n - расстояние между осью платы 5 с видеоматрицей 7 и крайней границей затененной области (тенью от измеряемого объекта на видеоматрице 6);
1
2
n, n - количество пикселей на диаметр;
L
R
Δp, Δp - цена пикселя в мм.
Далее полученное цифровое значение выводится на монитор персонального компьютера.
В случае, когда контролируется объект другого диаметра, то предварительно, перенастраивается положение видеоматриц, и процесс контроля повторяется.
Таким образом, совокупность представленных конструктивных признаков устройства позволяет расширить диапазон диаметров измеряемого объекта за счет использования двух видеоматриц, размещенных на соответствующих платах, которые могут перемещаться в зависимости от измеряемого диаметра при сохранении высокой точности измерений.
Помимо этого снижается себестоимость прибора за счет замены одной большой видеоматрицы на две видеоматрицы меньших площадей с возможностью относительного перемещения. Так как на ценообразование видеоматриц существенно влияет их размер, то следовательно, с уменьшением площади используемой матрицы достигается снижение стоимости прибора.