ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ФОРМЫ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для автоматизированного оперативного контроля точности размеров и формы вращающихся объектов, имеющих цилиндрическую форму, например, бандажей и опор роликов вращающихся цементных печей.
Известно «Оптическое устройство для измерения расстояния от поверхности до исходной точки» [Патент РФ №2085836, МПК G01B 11/00 авторы: Варятин А.Г., Зайцев И.М., Леденев Г.Я.]. Устройство содержит источник пучка света, который от лазера через фокусирующее свет приспособление направляется на измеряемую поверхность. Отраженный поверхностью свет попадает в проекционную оптическую систему и через оптический блок преобразования светового пятна в световой плоский пучок - на оптоэлектронный приемник, электрически соединенный с электронным формирователем сигнала дальности.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности определения формы крупногабаритного объекта. Указанный недостаток связан с тем, что устройство измеряет расстояние от поверхности только до одной исходной точки плоским пучком в направлении по нормали к измеряемой поверхности, что не позволяет судить о форме измеряемой поверхности.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является «Устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов» [Патент РФ №110181, МПК B23B 5/32 авторы: Чепчуров М.С., Маслова И.В., Хуртасенко А.В.].
Устройство содержит источник питания, обеспечивающий бесперебойную работу входящих в устройство составных частей, фокусирующую оптическую систему, связанный с ней оптоэлектронный приемник и электронный формирователь сигнала. Кроме того, устройство снабжено голографической насадкой, установленной перед фокусирующей оптической системой. Фокусирующая оптическая система и оптоэлектронный приемник установлены в измерительной головке, шарнирно закрепленной в корпусе, и снабженной приводом поворота, который электрически связан с электронным формирователем сигнала, выполненным в виде аналогово-цифрового преобразователя и соединенного с ним микропроцессора.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: устройство содержит источник питания, измерительную головку с приводом поворота, электрический формирователь сигнала, микропроцессор которого связан с аналогово-цифровым преобразователем и интерфейсом, и фокусирующую оптическую систему с оптическим электронным приемником, связанным с аналогово-цифровым преобразователем.
Недостатками известного устройства являются низкая достоверность определения погрешности формы, большие затраты времени на пересчет по заданным алгоритмам определения погрешности формы поверхности объекта, так как контур фигуры, получаемой в результате проецирования луча через голографическую насадку, неравномерен и «размыт», что снижает качество и точность определения погрешности формы в условиях оперативного контроля.
Сущность полезной модели заключается в том, что лазерное устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов включает в себя источник питания, который обеспечивает бесперебойную работу составных частей устройства, измерительную головку с приводом поворота, электрический формирователь сигнала, микропроцессор которого связан с аналогово-цифровым преобразователем и интерфейсом, и фокусирующую оптическую систему с оптическим электронным приемником, связанным с аналогово-цифровым преобразователем. Кроме того, фокусирующая оптическая система снабжена блоком лазерных излучателей, жестко соединенным с оптическим электронным приемником. Блок лазерных излучателей выполнен в виде двух шарнирно связанных между собой пластин, на каждой из которых размещено по два лазера, а два дополнительных лазера установлены по линии сопряжения пластин таким образом, что камера оптического электронного приемника находится между дополнительными лазерами.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности определения погрешности формы и сокращение времени за счет технического эффекта, выражающегося в обеспечении равномерности засвечивания контура проецируемой фигуры и последующего достоверного ее отображения.
Поставленная задача решается за счет того, что лазерное устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов снабжено блоком лазерных излучателей, жестко соединенным с оптическим электронным приемником. При этом блок лазерных излучателей выполнен в виде двух шарнирно связанных между собой пластин, на каждой из которых размещено по два лазера, а два дополнительных лазера установлены по линии сопряжения пластин, причем камера оптического электронного приемника находится между дополнительными лазерами.
Снабжение фокусирующей оптической системы блоком лазерных излучателей дает возможность сохранить мощность излучения, так как для каждой точки используется отдельный лазерный излучатель, и обеспечить равномерность засвечивания контура проецируемой фигуры, что дает возможность ее достоверного отображения и приводит к повышению точности определения погрешности формы.
Жесткое соединение блока лазерных излучателей с оптическим электронным приемником исключает внесение погрешности в процесс проецирования лучей лазерных излучателей и считывания формы получаемой фигуры оптическим электронным приемником, что приводит к повышению точности позиционирования блока лазерных излучателей.
Наличие шести лазерных излучателей обеспечивает возможность более достоверного представления о форме проецируемой и отраженной фигуры, что приводит к повышению точности определения погрешности формы.
Блок лазерных излучателей выполнен в виде двух шарнирно соединенных между собой пластин, что дает возможность регулировки угла раскрытия пластин и обеспечивает возможность определения погрешности формы поверхностей различных типоразмеров без переустановки устройства.
Установка камеры оптического электронного приемника на линии сопряжения пластин между дополнительными лазерами обеспечивает сокращение времени на настройку и проведение измерений, так как исключает перенастройку устройства при «работе» с объектами различных типоразмеров.
В совокупности два вышеперечисленных конструктивных признака обеспечивают сокращение времени на настройку и функционирование устройства.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - схема блока лазерных излучателей.
Лазерное устройство для определения погрешности формы крупногабаритных объектов содержит источник питания (ИП) 1, фокусирующую оптическую систему 2 с блоком 3 лазерных излучателей. Блок 3 лазерных излучателей выполнен в виде двух шарнирно соединенных между собой пластин 4, и оптического электронного приемника (ОЭП) 5, выполненного в виде прибора с зарядовой связью (ПЗС матрица) и содержащего камеру 6. За счет шарнирного соединения пластин 4 может меняться угол их расположения друг относительно друга (угол раскрытия). На пластинах 4 блока 3 лазерных излучателей размещено по два лазера 7, а два дополнительных лазера 8 установлены на линии сопряжения пластин 4 блока 3 лазерных излучателей таким образом, что камера 6 оптического электронного приемника 5 находится между дополнительными лазерами 8 на одинаковом расстоянии от них.
Фокусирующая оптическая система 2 установлена в измерительной головке 9, шарнирно закрепленной в корпусе 10, и соединенной с приводом поворота 11. Привод поворота 11 электрически связан с электронным формирователем сигнала 12, выполненным в виде аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 13 и соединенного с ним микропроцессора (МП) 14. Кроме того электронный формирователь сигнала 12 электрически связан с интерфейсом 15 для подключения к персональному компьютеру. Работа устройства осуществляется в процессе технологического вращения объекта 16.
Лазерное устройство для измерения погрешности формы настраивается и работает следующим образом.
Первоначально измерительная головка 9 одним из известных способов выставляется таким образом, чтобы оси дополнительных лазеров 8, определяющие направление проецирования лазерных лучей, были расположены по нормали к поверхности объекта 16. Через пользовательский интерфейс 15 микропроцессору 14 задаются параметры объекта 16, в частности диаметр, например, бандажа цементной печи.
Угол раскрытия шарнирно закрепленных пластин 4 блока 3 лазерных излучателей регулируется в зависимости от габаритов контролируемой поверхности объекта 16 и расстояния до нее.
Блок 3 лазерных излучателей проецирует лучи на контролируемую поверхность объекта 16 в виде шести точек и таким образом определяется контур проекции фигуры. Причем положение этих точек определено предварительно, в зависимости от размеров объекта 16 и установочного расстояния от контролируемой поверхности до измерительной головки 9, шарнирно закрепленной в корпусе 10.
Расположение точек, являющихся проекциями лучей лазеров 7 и дополнительных лазеров 8, в виде изображения определенной фигуры, фиксируется камерой 6 оптического электронного приемника 5 покадрово в процессе контроля объекта 16. Далее данные о параметрах изображения передаются оптическим электронным приемником 5 в электронный формирователь сигнала 12. В электронном формирователе сигнала 12 аналогово-цифровой преобразователь 13 преобразует полученный аналоговый сигнал изображения и в цифровом виде передает на микропроцессор 14, где выполняется анализ полученных данных путем сравнения расстояний между точками в исходном положении, которое предварительно задано, с полученными в результате измерения.
На основе результатов анализа расстояний между точками проекций лазерных лучей производится определение величин углов отклонения осей лазеров от нормали и наличия погрешностей формы, например, таких как, радиус кривизны поверхности и положение точки центра кривизны, а также определение отклонений от цилиндричности.
После обработки информации микропроцессор 14 формирует управляющий сигнал для привода поворота 11, который обеспечивает поворот измерительной головки 9, для установки ее по нормали к контролируемой поверхности объекта 16.
Источник питания 1 обеспечивает электроэнергией все элементы входящие в устройство.
В процессе технологического вращения объекта 12 положение проекций лазерных лучей блока 3 лазерных излучателей будет изменяться в соответствии с изменением положения объекта 16 и формы его поверхности.
При изменении положения объекта 16 в процессе вращения происходит отклонение осей блока 3 лазерных излучателей от нормали к контролируемой поверхности, что вызывает изменение углов проецирования, в результате чего изменяется положение проекций лазеров.
При отклонении осей дополнительных лазеров 8 от нормали в вертикальной плоскости положение точек теряет симметричность относительно своей горизонтальной оси симметрии.
При отклонении осей дополнительных лазеров 8 от нормали в горизонтальной плоскости положение точек теряет симметричность относительно своей вертикальной оси симметрии.
При одновременном отклонении осей дополнительных лазеров 8 в двух плоскостях положение точек будет терять симметричность относительно обеих своих осей симметрии.
Изменения расположения точек анализируются микропроцессором 14, который по отклонениям положения точек полученного изображения от нормального вычисляет угол отклонения оси фокусирующей оптической системы 2 и выдает команду на привод поворота 11 для изменения положения измерительной головки 9.
При любых отклонениях формы поверхности объекта 16 также будут изменяться расстояния между проецируемыми точками.
По величине изменения расстояний между проецируемыми точками в процессе измерения определяются геометрические параметры, свидетельствующие об определенном отклонении формы поверхности объекта 16.
При изменении расстояний между проецируемыми точками в вертикальной плоскости определяется отклонение радиуса кривизны поверхности в заданном поперечном сечении объекта 16.
При изменении расстояний между проецируемыми точками в горизонтальной плоскости определяются погрешности формы поверхности объекта 16 в продольном сечении, например, отклонения от цилиндричности.