УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТА

Настоящая полезная модель относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам для измерения параметров линейных перемещений объектов в труднодоступных местах и может быть использовано для контроля движения поршня в цилиндре клапана при ресурсных испытаниях.
Известно «Оптическое устройство для измерения перемещений» (см. патент на изобретение РФ №2407988, МПК G01B 09/02, G01B 11/02, опубл. 27.12.2010 г.), представляющее собой описание устройства для измерения линейных перемещений поверхностей объектов контроля. Это устройство содержит цилиндрический корпус, в полости которого установлены источник оптического излучения и оптическая система, а также фотоприемное устройство и отражатель (контрольную метку), жестко закрепленную на объекте контроля, при этом источник оптического излучения, оптическая система, фотоприемное устройство и контрольная метка оптически сопряжены между собой. Устройство также содержит опорную плиту с центральным отверстием, скрепленную с основанием при помощи устройства для регулировки и фиксации ее положения. На внутренней поверхности плиты, обращенной к поверхности объекта контроля, жестко закреплено фотоприемное устройство, в котором выполнено отверстие, соосное отверстию в плите, а также с возможностью регулировки и фиксации положения через фланец большого основания закреплен конический корпус. При этом на фланце малого основания конического корпуса жестко закреплены светоделитель и одним концом эластичная светонепроницаемая мембрана, выполненная в виде кольца и опирающаяся противоположным концом на поверхность объекта контроля. На наружной поверхности плиты с возможностью регулировки и фиксации положения установлен цилиндрический корпус. В качестве источника оптического излучения применен когерентный источник. Результаты измерений от фотоприемного устройства передаются в устройство для регистрации и отображения результатов измерений (блок обработки и управления и устройство отображения данных).
Это известное устройство по совокупности существенных признаков является наиболее близким к заявляемому устройству и может быть принят за прототип.
Недостатками известного устройства являются:
- сложность юстировки из-за наличия большого количества элементов конструкции;
- высокая погрешность из-за повышенной чувствительности к вибрациям объекта, обусловленной применением интерференционного метода измерения;
- ограниченная функциональность, т.к. позволяет определять только величину перемещения по одной координате.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является достижение следующего технического результата, а именно: повышение функциональности при одновременном уменьшении погрешности измерений и упрощении конструкции.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для измерения параметров перемещения объекта, содержащем цилиндрический корпус, в полости которого установлены источник оптического излучения и оптическая система, а также фотоприемное устройство и контрольную метку, жестко закрепленную на объекте контроля, причем источник оптического излучения, оптическая система, фотоприемное устройство и контрольная метка оптически сопряжены между собой, изображения от фотоприемного устройства передаются в блок обработки и управления, а результаты измерений выводятся на устройство отображения данных, новым является то, что оно дополнительно содержит установочную пластину, прикрепленную к основанию корпуса и крышку, закрывающую корпус с другой стороны, и, по крайней мере, еще два источника оптического излучения, причем все источники оптического излучения объединены в осветительный модуль, установленный на втулке, которая зафиксирована внутри корпуса с возможностью изменения своего положения вдоль оси корпуса, при этом фотоприемное устройство помещено в корпус, а контрольная метка выполнена в виде сферического отражателя.
Таким образом, заявляемое устройство всей совокупностью своих существенных признаков позволяет повысить функциональность за счет возможности комплексного определения величины перемещения поршня по двум координатам, а также его скорости, ускорения и величины удлинения штока поршня за цикл измерений, что позволяет оценить срок службы данного поршня при ресурсных испытаниях. При этом возможность изменять положения втулки позволяет настраиваться под конкретную задачу измерения с разными параметрами поршня, а также калибровать фотоприемное устройство. А объединение источников оптического излучения в осветительный модуль позволяет управлять каждым источником оптического излучения по отдельности и всем осветительным модулем с помощью общего блока обработки и управления.
Одновременно с этим достигается уменьшение погрешности измерений и упрощение конструкции за счет помещения всех элементов в корпус и закрепление его непосредственно на объекте контроля, что исключает влияние вибраций. При этом использование, по меньшей мере, трех источников оптического излучения и контрольной метки в виде сферического отражателя позволяет производить измерения по двум координатам, что также позволяет уменьшить погрешность измерений.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами.
Фиг.  1 - Устройство для измерения параметров перемещения объекта (вид сбоку в разрезе), где:
1 - корпус;
2 - винт;
3 - установочная пластина;
4 - крышка;
5 - болт;
6 - корпус цилиндра клапана;
7 - поршень;
8 - установочный винт;
9 - втулка;
10 - осветительный модуль;
11 - источник оптического излучения;
12 - оптическая система;
13 - фотоприемное устройство;
14 - контрольная метка;
15 - корпус контрольной метки;
16 - стержень контрольной метки;
17 - сферический отражатель;
18 - телевизионная камера;
19 - винт;
20 - винт;
21 - разъем.
Фиг.  2 - Схема, поясняющая принцип работы устройства для измерения параметров перемещения объекта, где:
22 - блок обработки и управления;
23 - устройство отображения данных;
24 - блок питания осветительного модуля;
25 - блок питания устройства.
Устройство для измерения параметров перемещения объекта (Фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1, к основанию которого посредством, например, винтов 2 прикреплена установочная пластина 3, а с другой стороны он закрыт крышкой 4. С помощью установочной пластины 3 посредством, например, болтов 5 корпус 1 крепится к корпусу 6 цилиндра клапана, внутри которого перемещается контролируемый поршень 7. Для этого на нерабочей поверхности поршня 7 выполнена, например, канавка (на чертеже показано условно).
Во внутренней полости корпуса 1 с возможностью изменения своего положения вдоль оси корпуса 1 с помощью, например, установочных винтов 8 зафиксирована втулка 9, на которой установлен осветительный модуль 10, содержащий, по меньшей мере, три источника 11 оптического излучения. Внутри корпуса 1 также установлены оптическая система 12 и фотоприемное устройство 13. При этом все источники 11 оптического излучения осветительного модуля 10, оптическая система 12 и фотоприемное устройство 13 оптически сопряжены между собой и с контрольной меткой 14, жестко закрепленной на объекте контроля, например, поршне 7.
Фотоприемное устройство 13 может представлять собой совокупность матричного приемника излучения и элементов его управления.
Контрольная метка 14 состоит из корпуса 15, стержня 16 и сферического отражателя 17.
В качестве источников 11 оптического излучения могут быть использованы, например, полупроводниковые излучающие диоды, расположенные радиально.
В качестве оптической системы 12 и фотоприемного устройства 13 может быть использована бескорпусная телевизионная камера 18, закрепленная в корпусе 1 с помощью винтов 19.
Крышка 4 может быть прикреплена к корпусу 1 винтами 20 и на ней имеется разъем 21, например, PC 10, для подключения фотоприемного устройства 13 и осветительного модуля 10 к блоку 22 обработки и управления (Фиг. 2), соединенному с устройством 23 отображения данных. Питание осветительного модуля 10 осуществляется с помощью блока 24 питания, а питание всего устройства - с помощью блока 25 питания.
В качестве блока 22 обработки и управления может быть применен, например, персональный компьютер, а в качестве устройства 23 отображения данных - например, монитор.
Данные по перемещению, скорости и ускорению поршня клапана от времени в фазе движения поршня на открытие и на закрытие можно обрабатывать с использованием приложений Microsoft Office, например, Excel.
Устройство для измерения параметров перемещения объекта работает следующим образом.
При ресурсных испытаниях поршня 7 в цилиндре клапана закрепленная на нем контрольная метка 14 освещается источниками 11 оптического излучения осветительного модуля 10. Изображение источников 11 оптического излучения от сферической поверхности контрольной метки 14 формируется на фотоприемном устройстве 13. Кадр с изображением передается в блок 22 обработки, который по двум соседним кадрам определяет перемещение и скорость, а по трем ускорение поршня 7 и передает результаты на устройство 23 отображения данных.
Таким образом, заявляемое устройство для измерения параметров перемещения объекта, в частности, поршня в цилиндре клапана при ресурсных испытаниях, на основании вышеизложенной совокупности признаков обеспечивают высокую функциональность устройства при одновременном уменьшении погрешности измерений и упрощении конструкции за счет комплексного измерения параметров перемещения объекта и малых габаритных размеров корпуса устройства.