ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРОВ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Предлагаемое устройство относится к оптико-электронным устройствам для измерения и контроля крупногабаритных деталей.
Известно устройство, реализующее дистанционный оптический способ измерения днищ химнефтеаппаратуры, основанный на измерении угла обхвата контролируемой детали, содержащее штриховую меру, приспособление для ее установки в центре измеряемой детали и теодолит со стойкой (Никифоров, А.Д. Точность в химическом аппаратостроении/ А.Д.Никифоров.- М.: Химия, 1969.-176 с.).
Недостатком устройства является то, что оно осуществляет измерение размера детали только по одной координате и не позволяет контролировать ее форму, а, следовательно, и влиять на процесс формообразования детали в течение всего технологического цикла.
Известно оптико-электронное устройство для определения геометрических параметров крупногабаритных деталей (патент РФ на изобретение №2044268 кл. G01B 21/00, 1995), содержащее избирательные оптические фильтры, установленные в соответствующих окнах, причем в окне с большей высотой установлен один фильтр, а в окне с меньшей высотой - два фильтра, полоса пропускания одного из которых равна полосе пропускания фильтра окна с большей высотой, блок сканирования с фотоприемником, преобразователь положения кромки детали, состоящий из первого коммутатора, фазосдвигающего элемента, усилителя фототока, вход которого соединен с фотоприемником, а выход - с коммутатором, управляющий вход которого соединен с выходом фазосдвигающего элемента, соединенного с генератором блока сканирования, блока автоматической регулировки усиления, выход которого соединен с цепью питания фотоприемника, триггера Шмидта, фильтра низкой частоты, блока
термокомпенсации, функционального преобразователя, сумматора и блока индикации, формирователь импульсов, ждущий мультивибратор, осциллограф, маска с двумя прямоугольными разновысокими окнами, подключенный к выходу первого коммутатора второй коммутатор с двумя выходам, управляющий вход которого соединен с фазосдвигающим элементом через формирователь импульсов и ждущий мультивибратор, первый выход соединен с входом триггера Шмидта преобразователя кромки детали, а второй выход - с блоками автоматической регулировки усиления и термокомпенсации, а к первому выходу второго коммутатора подключен осциллограф.
Недостатком устройства является сложность конструкции и базирования измерительного преобразователя.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является оптическое устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей (патент РФ на изобретение №2054624 кл. G01B 21/00, 1996), содержащее оптико-механический блок задания размера, состоящий из конуса, установленного перпендикулярно оптической оси с возможностью осевого перемещения, двух рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси и касающихся поверхности конуса, пружины, соединяющей свободные концы рычагов, и преобразователь положения кромки детали, выполненный в виде волоконно-оптической вилки, одни концы световодов которой собраны в жгут, двух объективов, закрепленных вместе со свободными концами световодов на свободных концах соответствующих рычагов, и линейной шкалы, расположенной со стороны жгута световодов с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси.
Недостатком устройства является сравнительно невысокая точность измерения вследствие низкой яркости и контрастности изображения участков измеряемой детали, разрешающей способности и отсутствия температурной компенсации результатов измерения.
В этой связи важной задачей является создание оптико-электронного устройства для измерения диаметров крупногабаритных деталей, обладающего сравнительно простой конструкцией и базированием измерительного преобразователя и высокой разрешающей способностью и обеспечивающего высокую яркость и контрастность изображения участков измеряемой детали, а так же осуществляющего температурную компенсацию результатов измерения.
Техническим результатом предлагаемого устройства является повышение точности измерения.
Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронное устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей содержит оптико-механический блок задания размера, состоящий из конуса, установленного перпендикулярно оптической оси с возможностью осевого перемещения, двух рычагов одинаковой длины, установленных на общей оси и касающихся поверхности конуса, пружины, соединяющей свободные концы рычагов, и преобразователь положения кромки детали с линейной шкалой, причем оптико-механический блок задания размера снабжен микропроцессорным блоком управления шаговым двигателем, первый вход которого подключен к выходу пирометра, второй вход подключен к выходу пульта управления, а выходы подключены к соответствующим входам шагового двигателя, соединенного с конусом, и преобразователь положения кромки детали снабжен первой видеокамерой и второй видеокамерой, закрепленными на свободных концах соответствующих рычагов, видеокоммутатором, первый вход которого подключен к первой видеокамере, второй - ко второй видеокамере, а выход - к монитору, при этом линейная шкала закреплена в плоскости дисплея монитора с возможностью перемещения в горизонтальном направлении.
Указанные отличия значительно повышают точность измерения, так как посредством оптико-механического блока задания размера результат измерения автоматически приводится к нормальным температурным
условиям, яркость и контрастность изображения участков измеряемой детали устанавливается настройкой параметров первой и второй видеокамер, видеокоммутатора и монитора.
На фиг.1, 2 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.3, 4, 5, 6 - изображения участков краев измеряемой детали на дисплее монитора.
Оптико-электронное устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей, содержит оптико-механический блок задания размера, состоящий из конуса 1 (фиг.1), установленного перпендикулярно оптической оси с возможностью осевого перемещения S (фиг.2), двух рычагов 2 одинаковой длины, установленных на общей оси и касающихся поверхности конуса 1, пружины 3, соединяющей свободные концы рычагов 2, микропроцессорного блока 4 управления шаговым двигателем, первый вход которого подключен к выходу пирометра 5, второй вход подключен к выходу пульта 6 управления, а выходы подключены к соответствующим входам шагового двигателя 7, соединенного с конусом 1, и преобразователь положения кромки детали, выполненный в виде первой видеокамеры 8 и второй видеокамеры 9, закрепленных на свободных концах соответствующих рычагов 2, видеокоммутатора 10, первый вход которого подключен к первой видеокамере 8, второй вход - ко второй видеокамере 9, а выход - к монитору 11, и линейной шкалы 12, закрепленной в плоскости дисплея монитора 11 с возможностью перемещения в горизонтальном направлении.
Оптико-электронное устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей работает следующим образом.
ном
При настройке устройства производится установка оптико-механического блока на номинальный размер R измеряемой детали 13 посредством микропроцессорного блока 4 управления шаговым двигателем, который в ручном режиме по командам оператора, поступающим от пульта 6 управления, осуществляет осевое перемещение S конуса 1 (фиг.2). Конус 1, в свою очередь, раздвигает (сдвигает) рычаги 2 (фиг.1), соединенные пружиной 3, образуя между рычагами 2 и оптическими осями первой
min
ном
ном
i
ном
ном
видеокамеры 8 и второй видеокамеры 9 угол  где R - минимальный радиус конуса 1, S - величина осевого перемещения конуса 1, Ψ - угол конуса 1, H-расстояние между осями конуса 1 и рычагов 2. Угол охвата измеряемой детали 13 номинального размера R равен углу α между рычагами 2, а, следовательно, и между номинальным размером R измеряемой детали 13 и радиусом сечения R конуса 1 будет также линейная зависимость, так как  где А - расстояние от устройства до измеряемой детали 13. Преобразователь положения кромки детали настраивается так, что при номинальном размере R измеряемой детали 13 на дисплее монитора 11 наблюдается растровое изображение участков краев измеряемой детали 13 шириной, определенной расстоянием между установочной, помеченной стрелкой, и нулевой рисками на линейной шкале 12, цена деления которой выбирается в соответствии с номинальным размером R измеряемой детали 13 (фиг.3).
ном
ном
ном2
ном1
2
1
ном1
1
ном2
При работе устройства оптико-механический блок задания размера обеспечивает задание между оптическими осями первой видеокамеры 8 и второй видеокамеры 9 угла охвата α, соответствующего номинальному размеру R измеряемой детали, приведенному к нормальным температурным условиям. Микропроцессорный блок 4 управления шаговым двигателем переводится оператором посредством пульта 6 управления в автоматический режим работы и по заложенному алгоритму на основании сигналов с пирометра 5, несущих информацию о температуре измеряемой детали 13, производит расчет приведенного к нормальным температурным условиям номинального размера R измеряемой детали 13 по формуле R=R(1+μ(t-t))где R - номинальный размер измеряемой детали при текущей температуре, t - текущая температура измеряемой детали, R - номинальный размер измеряемой детали в нормальных
2
ном
температурных условиях, t - температура, принятая за нормальную, μ - коэффициент линейного расширения материала измеряемой детали, расчет осевого перемещения конуса 1, необходимого для установки угла охвата α, соответствующего номинальному размеру R измеряемой детали 13, приведенному к нормальным температурным условиям по формуле  - расчетное осевое перемещение конуса 1, и генерирует соответствующее управляющее воздействие для шагового двигателя 7, который осуществляет рассчитанное осевое перемещение ΔS конуса 1.
1
2
Преобразователь положения кромки детали обеспечивает преобразование оптического изображения участков краев измеряемой детали 13 в растровое изображение. Видеокоммутатор 10 формирует из поступающих на его первый вход, полученных первой видеокамерой 8 в результате преобразования оптического изображения участка края измеряемой детали 13, одна из точек которого принадлежит вектору R, и на второй вход, полученных второй видеокамерой 9 в результате преобразования оптического изображения участка края измеряемой детали 13, одна из точек которого принадлежит вектору R, видеосигналов видеосигнал, несущий информацию о растровом изображении граничных участков измеряемой детали 13 на дисплее монитора 11, в плоскости дисплея которого закреплена с возможностью перемещения в горизонтальном направлении линейная шакала 12, которая при измерении с помощью винтовой передачи смещается так, что установочная риска совмещается с левым краем растрового изображения измеряемой детали 13, по положению правой границы которого определяется отклонение размера измеряемой детали 13 от номинального. На фиг.4 изображен случай с размером измеряемой детали 13, большим номинального, а на фиг.5 - с размером меньше номинального; на фиг.6 - случай при смещении оси измеряемой детали от плоскости, проходящей через оси рычагов 2 и конуса 1.
Таким образом, предлагаемое оптико-электронное устройство для измерения диаметров крупногабаритных деталей позволяет повысить точность измерения.