ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЕЧАЕК

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров цилиндрических полых изделий, и может быть использовано в химическом и нефтяном машиностроении для контроля формы поперечного сечения обечаек, изготавливаемых методом гибки из листового материала.
Известно фотоэлектрическое устройство для контроля внутреннего диаметра обечаек (А.С. SU 1232945, МПК G01B 21/10, 23.05.1986), содержащее диапроектор, пять световодов, входные концы четырех из которых установлены в плоскости изображения диапроектора по углам квадрата, пять фотодатчиков, установленных на выходных концах световодов, перемещающий двухкоординатный механизм, снабженный двумя серводвигателями, и электронный регистратор сигналов, имеющий пять цепей из последовательно соединенных усилителей фототока и формирователей импульсов, и индикатор, входы усилителей, являющиеся входами электронного регистратора сигналов, соединены с выходами фото датчиков.
К недостаткам данного устройства относится громоздкая конструкция, конструктивная сложность и низкая скорость измерения.
Из известных оптико-электронных устройств наиболее близким по является оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек. (Патент №2044269, МПК G01B 21/02, 20.09.1995). Устройство содержит оптическую измерительную головку, установленную на двухкоординатном механизме и состоящую из объектива, зеркальной пирамиды с виброприводом, четырех зеркал с приводом поворота, экрана со щелями и подвижной диафрагмы, регистратора сигналов, состоящий из измерительной цепи, выполненной из фотоприемника, усилителя фототока с блоком АРУ, формирователя импульсов и индикатора, и двух одинаковых блоков центровки, каждый из которых выполнен из двух фотоприемников, усилителей фототока, формирователей импульсов, дифференцирующих цепей, тиристоров, трансформатора, дросселей и серводвигателя.
Недостатком данного устройства является тот факт, что на точность измерения и контроля профилограмм данного устройства оказывает влияние кривизна обработки торцевых поверхностей. Так же на точность влияет смещение преобразователя по направляющей оси.
Задача технического решения - разработать удобное в эксплуатации устройство для измерения размеров обечаек с абсолютной погрешностью не более 2 мм по ОСТ 26291-94.
Техническим результатом является повышение точности измерения, уменьшение времени измерения (проведения контрольной операции).
Указанный технический результат достигается тем, что оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек, содержит оптическую головку с приводом вращения, установленную на перемещающем двухкоординатном механизме базирования оптической головки, соединенном с серводвигателями и регистратор сигнала, при этом устройство снабжено двухкоординатным механизмом определения центра поперечного сечения измеряемой детали, состоящим из горизонтальной и вертикальной осей, с подвижно установленными на них датчиками определения положения касательных к контуру поперечного сечения измеряемой детали, и жестко установленными в основании осей лазерными дальномерами, а оптическая головка установлена с возможностью вращения в плоскости поперечного сечения измеряемой детали на горизонтальной штанге, установленной на вертикальной направляющей двухкоординатного механизма базирования оптической головки, перпендикулярно плоскости поперечного сечения измеряемой детали, с возможностью перемещения по вертикальной направляющей, причем горизонтальная направляющая двухкоординатного механизма базирования оптической головки совмещена с горизонтальной осью двухкоординатного механизма определения центра поперечного сечения измеряемой детали.
Определение центра профиля поперечного сечения измеряемой детали при помощи двухкоординатного механизма определения центра поперечного сечения измеряемой детали, установленного в плоскости сечения детали, в котором осуществляется контроль, исключает погрешность от смещения детали относительно прибора. Это повышает точность измерения и уменьшает время измерения, за счет исключения операции перемещения оптической головки вдоль оси детали.
Установка оптической головки, выполненной в виде дальномера, с возможностью вращения в плоскости поперечного сечения измеряемой детали на горизонтальной штанге, установленной на вертикальной направляющей двухкоординатного механизма базирования оптической головки, позволяет непосредственно контролировать профиль детали без дополнительных вычислений, что уменьшает время измерения и увеличивает точность измерения.
На фиг. 1 изображено оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек. На фиг. 2 изображен двухкоординатный механизм базирования оптической головки.
Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек содержит оптическую головку 1, представляющую собой оптический дальномер 2, установленный на приводе вращения 3, который соединен с серводвигателем 4. Оптическая головка 1 установлена с возможностью вращения в плоскости поперечного сечения измеряемой 5 детали на горизонтальной штанге 6 перемещающего двухкоординатного механизма базирования 7 оптической головки 1.
Горизонтальная штанга 6 посредством механизма перемещения 8, соединенного с серводвигателем 4, с возможностью перемещения установлена на вертикальной направляющей 9 двухкоординатного механизма базирования 7 оптической головки 1, перпендикулярно плоскости поперечного сечения измеряемой детали 5.
При этом вертикальная направляющая 9 посредством механизма перемещения 8, соединенного с серводвигателем 4, с возможностью перемещения установлена на горизонтальной направляющей 10 двухкоординатного механизма базирования 7 оптической головки 1.
Двухкоординатный механизм определения центра поперечного сечения 11 измеряемой детали 5 установлен в плоскости измеряемого поперечного сечения детали 5 и состоит из горизонтальной оси 12 и вертикальной оси 13. На горизонтальной оси 12 и вертикальной оси 13 подвижно установлены датчики 14 для определения положения касательных к контуру поперечного сечения измеряемой детали 5, представляющие собой веб-камеры, установленные в плоскости измеряемого профиля детали 5 на механизмах перемещения 8 датчиков 14, соединенных с серводвигателями 4.
Лазерные дальномеры 15, жестко установлены в основании осей 12 и 13, и соединены со входами микроконтроллера 16.
При этом горизонтальная направляющая 10 двухкоординатного механизма базирования 7 оптической головки 1 совмещена с горизонтальной осью 12 двухкоординатного механизма определения центра поперечного сечения 11 измеряемой детали 5.
Выходы микроконтроллера 16 соединены с серводвигателями 4 привода вращения 3, механизмами перемещения 8 горизонтальной штанги 6, вертикальной направляющей 9, перемещения датчиков 14, а также с управляющей ЭВМ 17, с которой соединяются веб-камеры датчиков 14.
Устройство работает следующим образом. Измеряемая деталь 5 устанавливается на оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек цилиндрической стенкой вплотную к оси 13 и перпендикулярно к горизонтальной оси 12 так, чтобы оптическая головка 1 расположенная на горизонтальной штанге 6 оказалась внутри детали 5. С управляющей ЭВМ 17 на микроконтроллер 16 приходит команда о запуске поиска центра детали 5. Поиск центра представляет собой нахождение касательных к контуру поперечного сечения измеряемой детали 5 с последующим вычислением координат центра. Поиск касательных происходит следующим образом.
Под воздействием управляющих импульсов микроконтроллера 16 якоря серводвигателей 4 механизмов перемещения 8 датчиков 14 начинают вращаться, что приводит к перемещению датчиков 14 по вертикальной оси 13 и горизонтальной оси 12 соответственно. Изображение с веб-камер датчиков 14 анализируется при помощи управляющей ЭВМ 17, которая при фиксации необходимого изображения с достаточной точностью, регистрирует нахождение касательной к контуру поперечного сечения измеряемой детали и подает команду об остановке на микроконтроллер 16. После этого микроконтроллер 16 считывает показания лазерного дальномера 15 и сохраняет их. После того как были найдены вертикальная и горизонтальная касательные вычисляются координаты центра детали 5.
d
c
В результате нахождения касательных к поперечному сечению измеряемой детали в памяти микроконтроллера 16 находятся два значения - расстояние A до вертикальной касательной c и расстояние B до горизонтальной касательной d, после чего высчитываются координаты центра детали (C; C) по следующей формуле:
;
;
d
c
где C - координата центра по горизонтали, а C - координата центра по вертикали.
d
c
После нахождения центра происходит выставление оптической головки 1 в найденные координаты центра. Для этого с управляющей ЭВМ 17 на микроконтроллер 16 приходит команда о выставлении оптической головки 1 в координаты центра измеряемой детали 5, в результате чего микроконтроллер 16 подает управляющие сигналы на серводвигатель 4 механизма перемещения 8 вертикальной направляющей 9. В результате этого его якорь начинает вращаться, что приводит в движение механизм перемещения 8 вертикальной направляющей 9 по горизонтальной направляющей 10 двухкоординатного механизма базирования 7 оптической головки 1. При этом лазерным дальномером 15 контролируется расстояние до механизма перемещения 8 вертикальной направляющей 9. Когда это расстояние станет равным C, произойдет остановка вращения якоря серводвигателя. После этого с микроконтроллера 16 поступают управляющие импульсы на серводвигатель 4 механизма перемещения 8 горизонтальной штанги 6 по вертикальной направляющей 9 двухкоординатного механизма базирования 7. Его якорь начинает вращаться, что приводит к перемещению горизонтальной штанги 6. Когда это расстояние станет равным C, произойдет остановка вращения якоря серводвигателя.
После выставления в центр оптической головки 1 происходит снятие профилограммы. Для этого с управляющей ЭВМ 17 на микроконтроллер 16 подается команда о снятии профилограммы. В результате этого микроконтроллер 16 выполняет следующие действия: подает управляющий сигнал на серводвигатель 4 привода вращения 3, заставляя его якорь повернуться на заданный угол, что поворачивает привод вращения 4 с закрепленным на нем оптическим дальномером 2 на такой же угол, затем считывает показания с оптического дальномера 2 и передает их в управляющую ЭВМ 17. Указанные действия продолжаются, пока привод вращения 4 не сделает полный круг. После этого управляющая ЭВМ 17 сохраняет в память результаты измерения. После этого управляющая ЭВМ 17 подает команду микроконтроллеру 16 о приведении устройства в исходное состояние, в результате чего он подает управляющие сигналы на все серводвигатели прибора для выставления механизмов в исходное состояние перед началом следующего измерения.
Таким образом, оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек с оптической головкой установленной с возможностью вращения в плоскости поперечного сечения измеряемой детали, снабженное двухкоординатным механизмом определения центра поперечного сечения измеряемой детали, горизонтальная ось которого совмещена с горизонтальной направляющей двухкоординатного механизма базирования оптической головки обеспечивает повышение точности измерения и уменьшение времени каждого измерения.