close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11148

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.10.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 11148
(13) C1
(19)
G 01B 7/12
G 01B 11/08
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ИЗДЕЛИЯ
(21) Номер заявки: a 20070083
(22) 2007.01.29
(43) 2008.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Есман Александр Константинович; Кулешов Владимир Константинович; Гончаренко Игорь
Андреевич (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) US 6922254 B2, 2005.
BY 94 U, 2000.
BY 95 U, 2000.
RU 2156434 C2, 2000.
SU 1418565 А1, 1988.
JP 6194128 A, 1994.
BY 11148 C1 2008.10.30
(57)
Устройство для измерения диаметра изделия, содержащее источник света в виде лазера, линейку фотоприемников, подключенную к системе обработки данных, отличающееся тем, что содержит упругое кольцо с разрезом, плотно охватывающее изделие по
окружности, на двух противоположных сторонах которого симметрично относительно
разреза расположены консоли с оптическими элементами, выполненными в виде плоских
зеркал, причем первый оптический элемент содержит две части, расположенные под
углом ϕ = 90°, а длина L11 первой части первого оптического элемента, расположенного на
консоли, и длина L2 второго оптического элемента, расположенного на второй консоли,
выбраны из условия:
BY 11148 C1 2008.10.30
L11 = L 2 = nd,
где d - расстояние между оптическими элементами;
n - целое число последовательных отражений луча света от зеркальных поверхностей
первой части первого оптического элемента или второго оптического элемента, задающее
разрешение измерения,
длина L21 второй части первого оптического элемента выбрана обеспечивающей оптическую связь со вторым оптическим элементом, а лазер расположен так, чтобы луч света его
проходил через середину входной плоскости между обоими оптическими элементами и
падал на первую часть первого оптического элемента под углом α = 45°, при этом линейка фотоприемников оптически связана со вторым оптическим элементом.
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения диаметра изделий в процессе их производства, выбраковки, а также измерения давления внутри цилиндрических изделий.
Известна система для измерения диаметра и центровки кабеля [1], которая состоит из
двух оптических устройств измерения диаметра, расположенных по координатам X и Y и
состоящих из оптически последовательно связанных: источника параллельного пучка света, изделия, линзы, оптического сенсора, подключенного к системе обработки данных, а
также устройства измерения координат центральной жилы кабеля, которое состоит из 2-х
индуктивных измерительных катушек, которые расположены по X и Y координатам и через усилители подключены к системе обработки данных.
Оба устройства для измерения диаметра изделий не обладают высокой точностью и не
позволяют измерять размеры изделия одновременно более чем в 2-х точках окружности,
что приводит к увеличению ошибки измерения при смещении изделия или его деформациях.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения диаметра изделий по способу [2], состоящее из оптически последовательно связанных источника света, изделия, линейки фотоприемников (ЛФ), подключенной к системе обработки
данных.
Устройство измеряет диаметр изделия в расходящемся пучке света по его тени и не
обладает достаточно высокой точностью, поскольку не позволяет измерять диаметр изделия одновременно более чем в 2-х точках, что дает ошибку измерения при смещении
изделия, а также не позволяет измерять деформации изделия в большинстве точек окружности.
Техническая задача - увеличение точности и достоверности измерения изменений диаметра за счет увеличения разрешения измерений и выполнения измерения диаметра изделий в большинстве точек окружности.
Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для измерения диаметра изделия, содержащее источник света в виде лазера, линейку фотоприемников, подключенную к системе обработки данных, содержит упругое кольцо с разрезом, плотно
охватывающее изделие по окружности, на двух противоположных сторонах которого симметрично относительно разреза расположены консоли с оптическими элементами, выполненными в виде плоских зеркал, причем первый оптический элемент содержит две части,
расположенные под углом ϕ = 90°, а длина L11 первой части первого оптического элемента, расположенного на консоли, и длина L2 второго оптического элемента, расположенного на второй консоли, выбраны из условия:
L11 = L 2 = nd,
где d - расстояние между оптическими элементами;
n - целое число последовательных отражений луча света от зеркальных поверхностей
первой части первого оптического элемента или второго оптического элемента, задающее
разрешение измерения,
2
BY 11148 C1 2008.10.30
длина L21 второй части первого оптического элемента выбрана обеспечивающей оптическую связь со вторым оптическим элементом, а лазер расположен так, чтобы луч света его
проходил через середину входной плоскости между обоими оптическими элементами и
падал на первую часть первого оптического элемента под углом α = 45°, при этом линейка
фотоприемников оптически связана со вторым оптическим элементом.
Совокупность введенных признаков позволяет увеличить точность и достоверность
измерения диаметра за счет измерений по максимально возможному числу точек окружности и увеличения разрешения измерений.
Сущность изобретения поясняется на фигуре, где приведена функциональная схема
устройства, на котором обозначены: 1 - изделие, 2 - упругое кольцо с разрезом, 3, 4 - консоли, 5 - первый оптический элемент, 6 - второй оптический элемент, 7 - источник света, 8
- линейка фотоприемников, 9 - система обработки данных.
В заявленном устройстве измеряемое изделие 1 плотно охвачено по окружности упругим кольцом с разрезом 2, на двух противоположных сторонах которого симметрично относительно разреза расположены консоли 3, 4 с расположенными на них первым 5 и
вторым 6 оптическими элементами. Источник света 7 оптически последовательно связан с
первым оптическим элементом 5, вторым оптическим элементом 6, линейкой фотоприемников 8, которая подключена к системе обработки данных 9.
В конкретном исполнении изделие 1 - это керамическая труба с необработанной поверхностью (например штуцер дизельной форсунки), изменение диаметра которой необходимо измерить. Упругое кольцо с разрезом 2 - это закаленная деталь из стали 65Г.
Консоли 3, 4 выполнены в виде выступов упругого незамкнутого кольца 2, на которых
расположены оба оптических элемента. Первый оптический элемент 5 - это два плоских
зеркала под углом ϕ = 90° расположенных на консоли 3. Второй оптический элемент 6 это одно плоское зеркало, расположенное параллельно зеркальной плоскости первой части первого оптического элемента 5 на консоли 4. Источник света 7 - это малогабаритный
газовый лазер ЛГН-207Б. Линейка фотоприемников 8 - это микросхема К1200ЦЛ1. Система обработки данных 9 - это микропроцессор со стандартным модулем аналогоцифрового преобразования и модулем управления ЛФ 8.
Устройство работает следующим образом. На измеряемое изделие 1 надевают упругое
кольцо с разрезом 2 (так как показано на фигуре), которое плотно охватывает его в большинстве точек окружности. Затем при включении напряжения питания устройства запускается линейка фотоприемников 8 (начинается опрос фотоячеек прибора с зарядовой
связью в стандартном обрамлении), и одновременно луч света от источника света 7 под
углом α = 45° (фигура) падает на зеркальную поверхность первой части первого оптического элемента 5, отражается от нее и попадает на второй оптический элемент 6. Далее
луч света отражается от второго оптического элемента 6, возвращается к зеркальной поверхности первой части первого оптического элемента 5. После n последовательных отражений от второго оптического элемента луч света попадает на поверхность второй
части первого оптического элемента 5, отразившись от которой начинает распространяться в противоположном направлении. После 2n последовательных отражений от первой
части первого оптического элемента 5 и второго оптического элемента 6 луч света поступает на линейку фотоприемников 8. Положение луча света на линейке фотоприемников 8
определяется по ее выходным сигналам, поступающим в интерфейс системы обработки
данных 9, где они преобразуются в массив цифровых данных, который запоминается. В
системе обработки данных 9 указанный массив выходных сигналов линейки фотоприемников 8 подвергается стандартной операции медианной фильтрации, исключающей из
указанного массива случайные по амплитуде элементы, определяемые разбросом параметров фотоприемников. Далее программным путем (по алгоритму, заложенному в систему обработки данных) обработка осуществляется следующим образом: определяются
номера фотоячеек линейки фотоприемников 8, на которые попали перепады яркости изображения луча света (передний и задний оптические фронты); строится для каждого перепада яркости аппроксимирующая прямая. Для четного количества амплитуд выходных
3
BY 11148 C1 2008.10.30
сигналов линейки фотоприемников 8 в середине каждой аппроксимирующей кривой находится среднее значение этих амплитуд A1 , A 2 . Оптимальное положение аппроксимирующих прямых находится в результате выполнения итерационной процедуры - поиска
минимума суммы квадратов отклонений амплитуд выходных сигналов фотоячеек линейки
фотоприемников 8, находящихся на перепадах яркости изображения луча света, от аппроксимирующих прямых. Абсциссы точек пересечения результирующих аппроксимирующих кривых с найденными ранее средними значениями амплитуд A1 , A 2 на
перепадах изображения луча света определяются как координаты краев этого изображения Х1 и X2. Координаты положения луча света на линейке фотоприемников 8, полученные согласно выражению Z = (Х1 + Х2)/2, запоминается в системе обработки данных 9.
Далее исходное значение диаметра D0 измеряемого изделия 1 изменяется (например, из-за
возрастания давления в системе подачи топлива дизельной форсунки). Изменение диаметра контролируемого изделия 1 приводит к соответствующему изменению длины окружности (πD) упругого незамкнутого кольца 2 (т.е. к механическому усилению диапазона
изменения диаметра измеряемого изделия в π раз). Это приведет к смещениям первого 5
относительно второго 6 оптических элементов:
πSδ
∆=
,
(1)
D0
где S - длина консолей 3, 4 упругого незамкнутого кольца 2, δ - изменение диаметра измеряемого изделия 1.
Относительные угловые смещения первого 5 и второго 6 оптических элементов устройства не влияют на положение светового луча, так как его распространение в противоположных направлениях является взаимно вычитающим. С другой стороны, относительное параллельное смещение оптических элементов 5, 6 вдоль координаты X на расстояние
∆ после n отражений луча света от каждого оптического элемента приводит к его смещению на расстояние ∆Σ (т.е. уже к оптическому усилению диапазона изменения диаметра
измеряемого изделия в число, равное количеству отражений в системе оптических элементов 5, 6, которое определяется разрешением конкретного фотопреобразования):
πSδ
∆ Σ = 2n ∆ = 2n
,
(2)
D0
где параллельное смещение первого 5 и второго 6 оптических элементов и соответствующее им перемещение луча света обозначены пунктиром на фигуре.
Из выражения (1) следует, что точность ∆Σ регистрации положения луча света в плоскости линейки фотоприемников 8 позволяет зафиксировать изменения диаметра измеряемого изделия 1, равные:
D
δ = ∆Σ 0 ,
(3)
2πnS
т.е. существенно меньшие по сравнению с прототипом. Значение диаметра определяется
из выражения:
1 
D = D0 1 + ∆ Σ
(4)
,
2πnS 

где ∆Σ - это разница отсчетов на линейке фотоприемников 8 в начале (исходное значение
диаметра равно D0) и в конце измерения (после изменения диаметра измеряемого изделия 1).
Источники информации:
1. Пат. США 7068359.
2. Пат. США 6922254.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
136 Кб
Теги
by11148, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа