ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к области систем визуального автоматизированного контроля линейных размеров изделия.
Известно устройство для измерения для измерения положения механизма (Патент РФ на изобретение №2095754, 10.11.1997 г., МПК G01B 21/00, Марченко А.М., Федосеев В.Б., Сусанов Д.Ю., Кутузов И.Г.). Сущность изобретения состоит в том, что технический результат (повышение точности) достигается тем, что в процессе измерения расстояния до объекта минимизируется ошибка измерений, имеющая место вследствие наличия у объекта кривизны и пространственных угловых перемещений механизма, на котором установлено оптико-электронное измерительное устройство. Устройство содержит оптическую передающую систему, приемную систему, включающую в себя объектив, пространственно-временной модулятор света, Фурье-преобразователь, бинарный фильтр пространственной частоты, позиционно-чувствительные приемники, тракт обработки, включающий в себя специальные блоки. На аналоговый ключ поступает сигнал из канала, организованного блоками, а на пространственно-временной модулятор света поступает сигнал с дополнительного преобразователя импульсов. На регистрирующее устройство поступает сигнал заданной длительности в моменты времени, соответствующие минимальным значениям амплитуды угловых перемещений механизма.
Основным недостатком устройства для измерения положения механизма является то, что предложенные в устройстве технические решения по повышению точности предназначены, прежде всего, для объектов измерения с кривизной поверхности.
Известно устройство для измерения диаметров тел вращения (Патент РФ на изобретение №2164664, 27.03.2001 г., МПК G01B 11/08, Ларкин Е.В., Ханов Н.В.). Сущность изобретения состоит в том, что оно состоит из измерительного блока, фотоприемника, оптической системы, измеряемого тела вращения, реперной линейки, прижимного ролика, привода вращения, опор измеряемого тела вращения, осветителя, датчика углового положения опор измеряемого тела вращения, аналого-цифрового преобразователя. Пучок света направляется на измеряемое тело вращения и реперную линейку. Часть пучка света направляется оптической системой на фотоприемник. Информация с фотоприемника для преобразования в цифровую форму поступает на вход аналого-цифрового преобразователя, а затем в измерительный блок. Измерительный блок производит определение диаметра измеряемого тела вращения. Во время измерений тело вращения располагают на опорах. Опоры выполнены в виде цилиндров и свободно установлены на параллельных осях. Изобретение позволяет повысить производительность и достоверность контроля диаметров тел вращения.
Основным недостатком устройства для измерения диаметров тел вращения является то, что предложенные в устройстве технические решения предназначены, прежде всего, для измерения диаметров тел вращения.
Известно устройство для измерения положения отсчетного круга угломерного инструмента (Патент РФ на изобретение №2082087, 20.06.1997 г., МПК G01B 21/22, Привер Л.С.). Данное устройство выбрано в качестве ближайшего аналога. Сущность изобретения состоит в том, что устройство содержит объектив, источники света, диафрагму, сканатор, диск с двумя щелями на его периферии, фотодиоды, штриховую меру и электронную схему преобразования информации. Новым является выполнение штриховой меры в виде непрозрачного диска с прозрачными щелями, а сканатор выполнен в виде двухгранного оптического клина. Источник света содержит два светодиода и диафрагму с двумя "точечными" отверстиями, лежащими на линии, перпендикулярной плоскости, образованной осями вращения отсчетного диска, сканатора и оптической оси объектива. Расстояние между изображениями отверстий в диафрагме на периферии диска, образованными объективом, должны находиться на расстоянии равным нечетному числу половин расстояний между штрихами. Два фотодиода, установленные над этими изображениями, соединены с первыми входами блоков двухканальной электронной схемы. Вторые входы этих блоков, содержащих усилители, формирователи импульсов и измерители интервалов времени между импульсами, соединены с фотодиодом, установленным над диском с двумя щелями. Входные блоки подключены также к генератору импульсов высокочастотного заполнения, а их выходы - к микрокомпьютеру для вычисления угловых отклонений. Выходы последних соединены с блоком выделения и сравнения модулей, переключений и индикации результатов.
Основным недостатком ближайшего аналога является то, что оно включает только одну штриховую меру (эталон), что затрудняет дальнейшее повышение точности измерений.
Перед заявляемой полезной моделью поставлена задача повысить точность измерения линейных размеров изделия.
Поставленная задача решена тем, что оптико-электронная система для измерения линейных размеров изделия содержит измерительный стол, два эталона длины, различного номинального значения, стойку, оптико-электронное устройство, вычислитель, в качестве которого может использоваться портативный компьютер (ноутбук).
На фиг.1 представлена обобщенная структура оптико-электронной системы для измерения линейных размеров изделия.
Оптико-электронная система для измерения линейных размеров изделия содержит два эталона длины 1 и 2 (см. фиг.1), различного номинального значения, установочные поверхности которых соединены с рабочей поверхностью измерительного стола 3. Изделие 4, подлежащее измерению, установлено на рабочую поверхность измерительного стола 3. Измерительный стол 3 соединен со стойкой 5, которая соединена с оптико-электронным устройством 6. Оптико-электронное устройство 6 оптически соединено с рабочими поверхностями эталонов длины 1, 2 и с измеряемыми поверхностями изделия 4. Электрический выход оптико-электронного устройства 6 соединен с портом ввода вычислителя 7. Изображения эталонов длины 1, 2 и изделия 4 преобразуются оптико-электронным устройством 6 в цифровой сигнал удобный для обработки в вычислителе 7.
1
2
Измеряемое изделие 4 и эталоны 1, 2 устанавливают таким образом на измерительном столе 3, чтобы они попали в поле зрения объектива оптико-электронного устройства 6. Процесс измерения линейного размера изделия 4 может быть реализован за три такта, причем в первом такте измеряется размер изделия 4 (x), а в следующих двух тактах измеряются эталоны 1 (L) и 2 (L).
В первом такте получим
a
a
0
1
где - аддитивная погрешность;  - коэффициент, обусловливающий появление мультипликативных погрешностей из-за непостоянства чувствительности оптико-электронной системы для измерения линейных размеров изделия.
Во втором такте измерения получим
В такте измерения получим
Совместное решение уравнений (1)-(3) позволяет получить
Операция вычисления (4) реализуется программно в вычислителе 7.
Таким образом, оптико-электронная система для измерения линейных размеров изделия позволяет скомпенсировать аддитивные и мультипликативные погрешности и повысить точность измерений за счет применения двух эталонов длины 1, 2 и вычислителя 7.