АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И РАЗМЕТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Предлагаемое устройство относится к автоматизированным оптико-электронным устройствам для измерения геометрических параметров и разметки крупногабаритных изделий при их производстве.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является устройство для измерения и определения координат объекта в пространстве (патент РФ на полезную модель №6233 кл. G01B 9/00, 1998), содержащее излучающий модуль, устройство поворота лазерного пучка, подвижно размещенное в направляющей с координатной линейкой, причем устройство поворота лазерного пучка представляет собой пентапризму с клином, закрепленную во вращающейся головке, размещенной в каретке с возможностью вращения, при этом на направляющей размещен уровень и установочные площадки с возможностью их регулирования по высоте.
Недостатком устройства является невозможность измерения геометрических параметров и разметки крупногабаритных изделий, в связи с осуществлением измерения расстояний контактным методом, и автоматизированного сбора, обработки и хранения измерительной информации из-за отсутствия соответствующих электронных средств.
В этой связи важнейшей задачей является создание автоматизированного оптико-электронного устройства, позволяющего измерять геометрические параметры крупногабаритных изделий, проводить их разметку и обрабатывать результаты измерения в автоматизированном режиме.
Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение его функциональных возможностей: проведение разметки крупногабаритных изделий и получение измерительной информации об их профилях в различных продольных и поперечных сечениях в автоматизированном режиме.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированное оптико-электронное устройство для измерения геометрических параметров и разметки крупногабаритных изделий, содержащее устройство поворота лазерного пучка, представляющее собой пентапризму, закрепленную во вращающейся головке, отличающееся тем, что оно снабжено первым координатно-установочным устройством, первый порт ввода-вывода которого подключен к пятому порту ввода-вывода компьютера, а второй порт ввода-вывода - к четвертому порту ввода-вывода компьютера, механически соединенным с устройством поворота лазерного пучка, имеющим возможность вращения вокруг основной базовой линии, подключенным к первому блоку сигнализации и выполненным с возможностью оптического соединения с электронным лазерным дальномером, подключенным к первому порту ввода-вывода компьютера, механически соединенным со вторым координатно-установочным устройством, подключенным ко второму порту ввода-вывода компьютера, и выполненным с возможностью оптического соединения с мишенью, подключенной ко второму блоку сигнализации, механически соединенной с третьим координатно-установочным устройством, подключенным к третьему порту ввода-вывода компьютера.
Вращающаяся головка имеет входное, в которое может устанавливаться оптический фильтр, и выходное окна, причем входное окно снабжено откидной шторкой с установленным на ней первым позиционно чувствительным фотоприемником, выход которого является выходом устройства поворота лазерного пучка.
Электронный лазерный дальномер снабжен телескопом и блоком индикации.
Мишень снабжена вторым позиционно чувствительным фотоприемником, выход которого является выходом мишени.
Первое координатно-установочное устройство содержит стойку, снабженную механизмом автоматического привода вращающейся головки, порт ввода-вывода которого является вторым портом ввода-вывода первого координатно-установочного устройства, и шкалой с угловым нониусом, закрепленную на первом координатном предметном столике, механически соединенным со штативом, причем первый координатный предметный столик, на котором так же закреплен первый электронный уклономер, порт ввода-вывода которого является первым портом ввода-вывода первого координатно-установочного устройства, имеет шесть степеней регулирования и снабжен шкалами с нониусом для отсчета соответствующих регулировочных перемещений.
Второе координатно-установочное устройство содержит второй координатный предметный столик, механически соединенный с первым рейтером, закрепленным на первой установочной плите, причем второй координатный предметный столик, на котором так же закреплен второй электронный уклономер, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода второго координатно-установочного устройства, имеет четыре степени регулирования: перемещение вдоль обеих горизонтальных и вращение вокруг поперечной и вертикальной осей прямоугольной системы координат и снабжен шкалами с нониусом для отсчета соответствующих регулировочных перемещений, а первый рейтер снабжен резьбовой штангой для регулирования по высоте.
Третье координатно-установочное устройство содержит третий координатный предметный столик, механически соединенный со вторым рейтером, закрепленным на второй установочной плите, причем третий координатный предметный столик, на котором так же закреплен третий электронный уклономер, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода третьего координатно-установочного устройства, имеет четыре степени регулирования: перемещение вдоль обеих горизонтальных и вращение вокруг поперечной и вертикальной осей прямоугольной системы координат и снабжен шкалами с нониусом для отсчета соответствующих регулировочных перемещений, а второй рейтер снабжен резьбовой штангой для регулирования по высоте.
Первый блок сигнализации состоит из последовательно соединенных первого блока управления, вход которого является входом первого блока сигнализации, и первого исполнительного механизма.
Второй блок сигнализации состоит из последовательно соединенных второго блока управления, вход которого является входом второго блока сигнализации, и второго исполнительного механизма.
Механизм автоматического привода вращающейся головки состоит из шагового двигателя и драйвера шагового двигателя, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода механизма автоматического привода вращающейся головки.
Указанные отличия значительно повышают технический уровень устройства, так как оно реализует бесконтактный метод измерения расстояний, что в совокупности с наличием электронных средств сбора, обработки и хранения измерительной информации, позволяет проводить разметку крупногабаритных изделий и определение геометрических параметров их профилей в различных продольных и поперечных сечениях в автоматизированном режиме.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - устройство поворота лазерного пучка, механически соединенное с первым координатно-установочным устройством, на фиг.3 - электронный лазерный дальномер, механически соединенный со вторым координатно-установочным устройством, на фиг.4 - мишень, механически соединенная с третьим координатно-установочным устройством, на фиг.5 - обобщенная схема первого и второго блоков сигнализации и механизма автоматического привода вращающейся головки.
Автоматизированное оптико-электронное устройство для измерения геометрических параметров и разметки крупногабаритных изделий содержит (фиг.1) устройство 1 поворота лазерного пучка, механически соединенное с возможностью вращения вокруг основной базовой линии с первым координатно-установочным устройством 2, первый порт ввода-вывода которого подключен к пятому порту ввода-вывода компьютера 3, а второй порт ввода-вывода - к четвертому порту ввода-вывода компьютера 3, подключенное к первому блоку сигнализации 4 и выполненное с возможностью оптического соединения с электронным лазерным дальномером 5, подключенным к первому порту ввода-вывода компьютера 3, механически соединенным со вторым координатно-установочным устройством 6, подключенным ко второму порту ввода-вывода компьютера 3, и выполненным с возможностью оптического соединения с мишенью 7, подключенной ко второму блоку сигнализации 8, механически соединенной с третьим координатно-установочным устройством 9, подключенным к третьему порту ввода-вывода компьютера 3.
Устройство 1 поворота лазерного пучка представляет собой (фиг.2) пентапризму 10, закрепленную во вращающейся головке 11 имеющей входное 12, в которое может устанавливаться оптический фильтр, и выходное 13 окна. Входное окно 12 снабжено откидной шторкой 14 с установленным на ней первым позиционно-чувствительным фотоприемником 15, выход которого является выходом устройства 1 поворота лазерного пучка. Первое координатно-установочное устройство 2 содержит стойку 16, снабженную механизмом 17 автоматического привода вращающейся головки, порт ввода-вывода которого является вторым портом ввода-вывода первого координатно-установочного устройства 2, и шкалой 18 с угловым нониусом, закрепленную на первом координатном предметном столике 19, механически соединенным со штативом 20, причем первый координатный предметный столик 19, на котором так же закреплен первый электронный уклономер 21, порт ввода-вывода которого является первым портом ввода-вывода первого координатно-установочного устройства 2, имеет шесть степеней регулирования и снабжен шкалами (не показано) с нониусом для отсчета соответствующих регулировочных перемещений.
Электронный лазерный дальномер 5 (фиг.3) снабжен телескопом 22, блоком индикации 23. Второе координатно-установочное устройство 6 содержит второй координатный предметный столик 24, механически соединенный с первым рейтером 25, закрепленным на первой установочной плите 26, причем второй координатный предметный столик 24, на котором так же закреплен второй электронный уклономер 27, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода второго координатно-установочного устройства 6, имеет четыре степени регулирования: перемещение вдоль обеих горизонтальных (X и Y) и вращение вокруг поперечной (Y) и вертикальной (Z) осей прямоугольной системы координат и снабжен шкалами (не показано) с нониусом для отсчета соответствующих регулировочных перемещений, а первый рейтер 25 снабжен резьбовой штангой (не показано) для регулирования по высоте.
Мишень 7 (фиг.4) снабжена вторым позиционно-чувствительным фотоприемником 28, выход которого является выходом мишени 7. Третье координатно-установочное устройство 9 содержит третий координатный предметный столик 29, механически соединенный со вторым рейтером 30, закрепленным на второй установочной плите 31, причем третий координатный предметный столик 29, на котором так же закреплен третий электронный уклономер 32, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода третьего координатно-установочного устройства 9, имеет четыре степени регулирования: перемещение вдоль обеих горизонтальных (X и Y) и вращение вокруг поперечной (Y) и вертикальной (Z) осей прямоугольной системы координат и снабжен шкалами (не показано) с нониусом для отсчета соответствующих регулировочных перемещений, а второй рейтер 30 снабжен резьбовой штангой (не показано) для регулирования по высоте.
Первый блок 4 сигнализации (фиг.5) состоит из последовательно соединенных первого блока 33 управления, вход которого является входом первого блока 4 сигнализации, и первого исполнительного механизма 34. Второй блок 8 сигнализации состоит из последовательно соединенных второго блока 35 управления, вход которого является входом второго блока 8 сигнализации, и второго исполнительного механизма 36. Механизм 17 автоматического привода вращающейся головки состоит из шагового двигателя 37 и драйвера 38 шагового двигателя, порт ввода-вывода которого является портом ввода-вывода механизма 17 автоматического привода вращающейся головки.
Автоматизированное оптико-электронное устройство для измерения геометрических параметров и разметки крупногабаритных изделий работает следующим образом.
1
2
При настройке устройства производится материализация основной базовой линии лазерным пучком (фиг.1) посредством электронного лазерного дальномера 5, работающего в видимом спектре диапазона электромагнитного излучения, и мишени 7. Для этого на торцах изделия устанавливаются струны (не показано), с помощью которых задаются основная и вспомогательная плоскости его продольного сечения. После для позиционирования электронного лазерного дальномера 5 с обеспечением высоты подъема h на одном торце изделия жестко прикрепляется, например, сварным или болтовым соединением, второе координатно-установочное устройство 6, а для позиционирования мишени 7 с обеспечением высоты подъема h на другом торце аналогичным образом - третье координатно-установочное устройство 9, причем отображение текущего положения второго 6 и третьего 9 координатно-установочных устройств осуществляется компьютером 3 на основании сигналов, поступающих на его второй и третий порт ввода-вывода с соответствующих портов ввода-вывода последних. Основная базовая линия считается заданной в случае совмещения лазерного пучка электронного лазерного дальномера 5 и центра мишени 7, которая подает соответствующий сигнал на второй блок 8 сигнализации для оповещения оператора.
i
i
При измерении геометрических параметров изделия и разметке его внутренней поверхности в текущем продольном сечении, которому соответствуют конкретные L и R для задания соответствующей текущей плоскости поперечного сечения по ходу основной базовой линии помещается устройство 1 поворота лазерного пучка, для позиционирования которого используется первое координатно-установочное устройство 2 так, что при достижении заданного положения устройством 1 поворота лазерного пучка, на его выходе генерируется управляющий сигнал, поступающий на первый блок 4 сигнализации для оповещения оператора. Компьютер 3 отображает текущее положение первого координатно-установочного устройства 2 на основании сигнала, поступающего на его пятый порт ввода-вывода с первого порта ввода-вывода первого координатно-установочного устройства 2, сигнал со второго порта ввода-вывода которого, поступающий на четвертый порт ввода-вывода компьютера 3, несет информацию о текущем и служит для задания последующего углового положения устройства 1 поворота лазерного пучка. Компьютер 3 обрабатывает измерительную информацию, поступающую на его первый порт ввода-вывода с порта ввода-вывода электронного лазерного дальномера 5, в соответствии с измерительной информацией, поступающей на его четвертый порт ввода-вывода, и производит построение профилограммы текущего поперечного сечения изделия или генерирует комплекс управляющих воздействий для первого координатно-установочного устройства 2 в случае разметки изделия.
i
i
Установка устройства 1 поворота лазерного пучка в новое рабочее положение (фиг.2) производится при нахождении вращающейся головки 11 в начальном, а откидной шторки 14 в закрытом положении, посредством расположения штатива 20 в заданной области и настройки первого координатного предметного столика 19, положение которого отслеживается первым электронным уклономером 21, и завершается после совмещения лазерного пучка с центром первого позиционно-чувствительного фотоприемника 15, чему соответствует возникновение соответствующего сигнала на выходе последнего. Во время проведения измерения геометрических параметров или разметки изделия откидная шторка 14 переводится в открытое положение, что лазерный пучок, проходя через входное окно 12, меняет свое направление в пентапризме 10 и выходит через выходное окно 13. Так производится измерение конкретного расстояния L+b+R в текущем продольном сечении изделия. После чего на порт ввода-вывода механизма 17 автоматического привода вращающейся головки, расположенного в стойке 16, приходит сигнал управления и вращающаяся головка 11 меняет свое угловое положение, контроль которого осуществляется по показаниям шкалы 18 с угловым нониусом.
Установка электронного лазерного дальномера 5 в новое рабочее положение (фиг.3) производится после закрепления под прямым углом второго координатного предметного столика 24 на первом рейтере 25 посредством установки последнего на первой установочной плите 26 в вертикальное положение по данным второго электронного уклономера 27, которые дополняются оператором на основании наблюдения цели через телескоп 22. Результат каждого измерения расстояния отображается на блоке индикации 23 и выставляется на порте ввода-вывода электронного лазерного дальномера 5.
Установка мишени 7 в новое рабочее положение (фиг.4) производится после закрепления под прямым углом третьего координатного предметного столика 29 на втором рейтере 30 посредством установки последнего на второй установочной плите 31 в вертикальное положение по данным третьего электронного уклономера 32, которая завершается после попадания лазерного пучка в центр второго позиционно-чувствительного фотоприемника 28, который генерирует на своем выходе соответствующий сигнал.
При поступлении сигнала (фиг.5) на вход первого блока 4 сигнализации первым блоком 33 управления производится его сравнение с образцовым, и в случае совпадения генерируется управляющее воздействие на входе первого исполнительного механизма 34. При поступлении сигнала на вход второго блока 8 сигнализации вторым блоком 35 управления производится его сравнение с образцовым, и в случае совпадения генерируется управляющее воздействие на входе второго исполнительного механизма 36. При поступлении сигнала на механизм 17 автоматического привода вращающейся головки драйвером 38 шагового двигателя производится формирование управляющего воздействия на входе шагового двигателя 37, в результате чего вал последнего меняет свое угловое положение, которое фиксируется драйвером 38 шагового двигателя и выставляется на порте ввода-вывода механизма 17 автоматического привода вращающейся головки.
Таким образом, предлагаемое автоматизированное оптико-электронное устройство для измерения геометрических параметров и разметки крупногабаритных изделий позволяет проводить разметку соответствующих изделий и получать измерительную информацию о их профилях в различных продольных и поперечных сечениях в автоматизированном режиме.