Система контроля параметров

 

Изобретение относится к анализаторам , применяемым в радиоизмерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет многоканальности измерения и статистического анализа результата измерения. Система работает в двух режимах, - автономном и автоматическом от центрального устройства. Система содержит датчики 1 параметров, устройство 2 выбора каналов, первый синхронный детектор 3, масштабирующий усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, генератор 6 синусоидальных колебаний, второй синхронный детектор 7, блок 8 синхронизации , блок 9 установки нуля, блок 10 регистров режимов, вычислительное устройство 11, устройство 12 управления и памяти микропрограмм, оперативное запоминающее устройство 13, первый блок 15 сопряжения, индикатор 16, второй блок 17 сопряжения, блок 18 ввода - вывода, клавиатуру 19, блок 20 сигнализации, блок 21 печати. 2 ил. ш ел 00 ьо СП го 00 Фи2.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК дд 4 G 05 В 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4002469/24-24 (22) 06.01.86 (46) 23.05.87. Бюл. № 19 (72) P. N. Мусин, А. Г. Андронов, Д. А. Тимофеев, Н. Ю. Филатов и Т. П. Смирнова (53) 621.396 (088.8) (56) Простой индуктивный датчик перемещения.— Приборы для научных исследований. 1984, № 10, с. 184 — 186.

Техническое описание электронного блока

«МИКРОН», 1981. (54) СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТР0В (57) Изобретение относится к анализаторам, применяемым в радиоизмерительной технике. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет мноЛ0„„ 1312528 А 1 гоканальности измерения и статистического анализа результата измерения. Система работает в двух режимах, — автономном и автоматическом от центрального устройства.

Система содержит датчики 1 параметров, устройство 2 выбора каналов, первый синхронный детектор 3, масштабирующий усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, генератор 6 синусоидальных колебаний, второй синхронный детектор 7, блок 8 синхронизации, блок 9 установки нуля, блок 10 регистров режимов, вычислительное устройство 11, устройство 12 управления и памяти микропрограмм, оперативное запоминающее устройство 13, первый блок 15 сопряжения, индикатор 16, второй блок 17 сопряжения, блок 18 ввода — вывода, клавиатуру 19, блок 20 сигнализации, блок 21 печати. 2 ил.

1312528

Изобретение относится к анализаторам, применяемым в радиоизмерительной технике.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет многоканальности измерения и статистического анализа результатов измерений.

На фиг. 1 представлена блок-схема системы; на фиг. 2 — блок-схема устройства управления и памяти микропрограмм.

Система содержит индуктивные датчики параметров 1ь...1„, устройство 2 выбора каналов, первый синхронный детектор 3, масштабирующий усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, генератор 6 синусоидальных колебаний (генератор запитки), второй синхронный детектор 7, блок 8 синхронизации, блок 9 установки нуля, блок 10 регистров режима, вычислительное устройство

11, устройство 12 управления и памяти микропрограмм, оперативное запоминающее устройство (03Y) 13, генератор 14 тактовых импульсов, первый блок 15 сопряжения (блок сопряжения с индикатором), индикатор 16, второй блок 17 сопряжения, блок 18 ввода— вывода, клавиатуру 19, блок 20 сигнализации, блок 21 печати.

Устройство управления и памяти микропрограмм содержит блок 22 управления последовательностью команд, регистр 23, блок

24 полупостоянной памяти, регистр 25 микрокоманд, мультиплексор 26, элемент 27 синхронизации, первый дешифратор 28 (дешифратор источников), второй дешифратор

29 (дешифратор приемников) .

Внешние индуктивные датчики i,...l„запитываются от генератора 6 запитки, выполненного по схеме Вина и вырабатывающего сигнал синусоидальной формы амплитудой

ЗВ и частотой 20кГц. Сигналы с выходов датчиков поступают на входы устройства 2 выбора каналов. Выбор номера подключаемого датчика I i,...I, к измерительному тракту осуществляется автоматически (4-х разрядным кодом) по информационной шине с блока 10 регистров режимов. Количество подключаемых датчиков к измерительному тракту, в принципе, неограничено и практически определяется требуемым быстродействием измерителя, т. е. требуемым количеством обрабатываемой информации, выдаваеМ0Н на выход, в единицу времени с одного датчика.

Сигнал с и-го датчика через устройство 2 выбора каналов поступает на детектор 3, где выпрямляется и осуществляется фильтрация шумов и помех, присутствующих во входном сигнале. Для управления работой синхронных детекторов 3 и 7, а также тактирования АЦП 5 предназначено устройство 8 синхронизации. С приходом на его вход сигнала генератора на выходе компаратора в блоке 8 синхронизации вырабатываются импульсы, по фазе совпадающие с положительной полуволной гармонического сигнала с генератора 6. Эти импульсы, по2 ступая на вход детектора 3, вызывают, замыкая на корпус тот или иной вход на его выходе, в зависимости от фазы входного сигнала (фаза может меняться на 180 в зависимости от положения якоря датчика относительно нулевого положения) постоянное напряжение положительной (фаза входного сигнала совпадает с фазой сигнала на выходе) или отрицательной (фаза отличается на 180 ) полярностей.

10 Это постоянное напряжение поступает на масштабируюш,ий усилитель 4, где измеряемый сигнал алгебраически суммируется с напряжением, поступаюшим с блока 9 установки нуля. Это позволяет выставлять нулевые показания прибора при любом исходном положении якоря датчика при измерении отклонений. Выбор соответствующего предела измерения отклонения действительного размера изделия от эталонного допуска по сигналам с датчиков осуществляется в масштабируюшем усилителе 4 через шину данных автоматически по результатам измерения с помощью дополнительно сформированного 3-х разрядного кода, поступающего по ш и не данных.

С выхода усилителя 4 сигнал поступает на АЦП 5 для последующей передачи на операционное устройство 11.

Синхронный детектор 7 выпрямляет сигнал с генератора 6 запитки и постоянное напряжение на его выходе служит в качестве опорного напряжения АЦП 5 и блока 9 установки нуля. В качестве опорного напряжения использован сигнал с генератора 6, который одновременно поступает и на датчики и является, таким образом, измеряемым (использован принцип логометра), т. е. при измерении механических отклонений исключается погрешность за счет нестабильности сигнала с генератора 6. Вся работа прибора синхронизуется устройством 8 синхронизации, которое вырабатывает импульсы различной длительности, синхронные с напряже40 нием запитки.

Рассмотрим отдельно режимы электронной устаноки нуля, измерения дрейфа канала измерения и автоматического переключения пределов измерения. С размещением контролируемой детали, допусковые пара4 метры которой должны быть измерены устройством, на механическом базовом устройстве (не показано) на блок ввода — вывода

18 подается соответствующий сигнал. По этому сигналу по жесткой программе, заложенной в устройстве 12 управления и памяти микропрограмм, осуществляется электронная установка нуля каждого датчика перемещений !i,...l„.

Блок 9 установки нуля, выполненный в виде ЦАП, подает аналоговый сигнал с выхо да на второй вход масштабирующего усилителя 4. Если оператор не точно устанавливает нули датчиков (исходная механическая установка нуля вручную), то это при1312528

НТ. = ф— дь реальное значес и-ого датчика и- датчика. выше осущестс любого датчидрейфа канала водит к сокращению данного предела измерения. На индикаторе 16 высвечиваются точки А и Б границ установленного предела измерения, например 1- 2000 мкм, и точка, соответствующая механическому положению нуля (В). Видно, что при таком состоянии якоря датчика невозможно обеспечить диапазон + 2000 мкм. Для этого электронной установкой осуществляется как-бы сведение точки В в точку О. Это осуществляется следующим образом.

Включается самый грубый диапазон, например +- 2000 мкм. На выходе блока 9 установки нуля устанавливается нулевое напряжение подачей с блока 10 регистров режимов, управляемого устройством 12 управления, соответствующего кода. Измеряется сигнал с каждого датчика I i,...l„при его исходном (ненулевом) положении. Устройство 12 управления и памяти микропрограмм выбирает такой код на входе блока 9 установки нуля, т. е. такое напряжение на втором входе усилителя 4, чтобы результат измерения на его выходе стал равным нулю.

Поиск такого кода на входе блока 9 установки нуля осуществляется по принципу поразрядного уравновешивания. Таким образом установленный код на входе блока 9 является кодом сигнала электронной установки нуля. Этот код устройства 12 управления и памяти микропрограмм заносится в память

ОЗУ 13 и в блок 10 регистров. Точность установки нуля при работе в последующем на других более точных диапазонах не влияет на точность измерения, поскольку измерение осуществляется в два этапа, при наличии и отсутствии сигнала с датчика 1, следующим образом.

Производится поиск кода (установки нуля) на входе блока 9 установки нуля в грубом диапазоне и этот код запоминается (если он не соответствует нулевому сигналу). Производится измерение дрейфа измерительного канала уже на данном конкретном диапазоне при установке напряжения, равного нулю, на выходе блока 9 установки нуля (для устранения погрешности за счет дрейфа). Вычисляется код, соответствующий нулевой точке данного диапазона.

Он запоминается в ОЗУ 13 как чистое смещение (установка нуля) где HTÄ вЂ” код нулевой точки и-oro датчика;

ф— смещение и-ot o датчика;

Ь1 — дрейф канала измерения данного диапазона.

При измерении дрейфа канала (канал не имеет разделительных конденсаторов) по специальной программе с устройства 12 управления через блок .10 регистров осуществляется отключение с помощью устройства 2 выбора каналов датчиков от входа кана5 0 !

50 ла, введение нулевого смещения на второй вход масштабирующего усилителя 4.

Значения дрейфа канала для каждого диапазона отличаются. Поэтому предварительно после электронной установки нуля

ll-ого датчика по программе с устройства !2 управления и памяти микропрограмм осуществляется включение требуемого диапазона измерения масштабирующего усилителя 4 следующим образом. При включенном грубом (старшем) диапазоне, на котором производилась установка нуля, осуществляется измерение сигнала с датчика при введенном с блока 10 регистров смещении (напряжений установки нуля) на второй вход усилителя 4.

Указанный сигнал в коде с выхода АЦП 5 по информационной шине поступает в вычислительное устройство 11, где по командам с устройства 12 управления производится сравнение измеряемого кода с выхода ALIH

5 со значениями сигналов в, каждом диапазоне (+- 2000, + 200, +- 20 мкм) .

Если измеряемое значение N, меньше значения кода V; одного из диапазонов (значения Л ; хранятся в памяти устройства !2 управ.иения и памяти микропрограм), но больше значения кода N; 1 следующего меньшего диапазона, то в вычислительном устройстве 11 производится выбор !

-го диапазона. Устройство 12 управления через блок 10 регистров формирует команду на включение соответствующего диапазона масштабирующего усилителя 4.

После включения требуемого диапазона по программе с y;"; o!:;став 12 управления производится отключение датчика от входа устройства 2 выбора каналов и измерение в вычислительном устройстве! 1 величины дрейфа канала измерения. 1(од величины дрейфа для данного диапазона записывается в

ОЗУ 13.

Затем датчик перемещения вновь подключается ко входу устройства 2 выбора кана. лов. Выбор номеров подключаемых к нему по- следовательно датчиков осуществляется по программе, вводимой оператором с клавиатуры 19 через блок 18 ввода †выво.

В блоке устаноки нуля с блока 10 регистров устанавливается ранее подобранный код электронной установки нуля для данного датчика, а на втором входе масштабирующего усилителя 4 — соответствующее ему напряжение. В результате на выходе

АЦП 5 при измерении сигнала с л-lo датчика имеем где М„, ̄— измерен,ое и ния сигналов (в коде);

C„— код смещения

Аналогично описанномх вчяется измерение сигнала ка. При этом величина!

3125?8 измеряется непосредственно после каждого измерения сигнала с датчика 1 путем отключения датчика от входа по команде с устройства 2 выбора каналов устройства 12 управления, Код значения дрейфа заносится в ОЗУ 13 для дальнейших вычислений.

Необходимость измерения дрейфа непосредственно после проведения измерения сигнала с датчика обусловлена тем, что величина дрейфа канала является медленной функцией времени и динамическая ошиба измерения сигнала с датчика тем меньше, чем меньше разница по времени между измерением сигнала и дрейфа.

Таким образом в вычислительном устройстве осуществляется по жесткой программе с устройства 12 управления операция нахож. дения

М» 1» С» дь где Oe — величина дрейфа в некоторый момент времени (во время измерения сигнала).

С выхода АЦП 5 инфорация в п-ом разрядном коде по информационной шине поступает в микропроцессорную часть системы, предназначенную для управления режимами работы аналоговой измерительной части системы с помощью блока 10 регистров режимов; считывания данных измерения с выхода АЦП 5 к последующей обработки и запоминания результатов измерения в

ОЗУ 13; выдачи данных измерения и статистической обработки через блок 15 сопряжения на индикатор 16 (дисплей); осуществления измерения и статистической обработки результатов с помощью вычислительного устройства ll, управляемого по жесткой программе с устройства 12 управления и памяти микропрограмм, и выдачи данных через устройство ввода — вывода 18 на блок 21 печати, блок 20 сигнализации .и далее на внешнюю память (накопитель); осуществления работы устройства в автоматизированной системе через устройство 17 связи.

Обработка информации осуществляется следующим образом.

После установки контролируемого издепия на механическое базовое устройство (МБУ), не входящее в состав предлагаемого устройства, с него через блок ввода— вывода 18 поступает сигнал с МБУ, сигналиэирующий о возможности измерений.

Предлагаемая система может работать в автономном режиме, когда все операции измерения и статистического анализа результатов измерения осуществляются по программам, записанным либо в устройстве 12 управления (жеская, постоянная), либо в

;ОЗУ 13, введенным извне с внешней клавиатуры. Результаты измерения и анализа при этом отображаются на индикаторе 16.

Возможны ручной и автоматический режимы работы.,При автоматическом подрежи ме задние программы работы устройства и прием информации осуществляются внешними устройствами, например персональным компьютером, ЭВМ, через блок 17 сопряжения.

Автономный режим работы устройства необходим для управления качеством производства изделий при участии оператора. По результатам контроли, по информации с экрана индикатора оператор обеспечивает пе10 реналадку оборудования и инструмента при выпуске контролируемых изделий.

Автоматический подрежим работы необходим для гибкого автоматического производства изделий в условиях цехов, когда между станком, инструментом и контрольным постом (устройством) с ЭВМ замыкается связь без участия оператора. В дальнейшем рассматривается автономный режим работы системы.

С поступлением сигнала с МБУ на блок

18 ввода-вывода по программе, хранящей. ся в устройстве 12 управления, программируются регистры режимов блока 10 на выполнение следующих операций: электронная установка нуля каждого датчика, включение или определение последовательности вклю35 чения датчиков с различными номерами, автоматический поиск и включение требуемого диапазона измерения, измерение дрейфа канала для каждого включаемого диапазона.

Предварительно с помощью клавиатуры

19 на передней панели прибора устанавливаются исходные данные: эталонные значения допусков на изделие, номера и порядок подключения датчиков, количество градаций, на которые разбивается эталонный. допуск при статистическом анализе и др.

Кроме того, в автономном режиме работы предлагаемого устройства в зависимости от автоматического или ручного подрежимов работы (выбор посредством клавиатуры 19) на экране индикатора !6 высвечиваются наборы программ работы устройст,!О ва. При этом в ручном подрежиме работы обеспечивается диалог оператор — устройство, т. е. допускается активное вмешательство оператора в процесс выбора и изменения (из набора) программ. В автоматическом подрежиме работы исполняется лишь

45 определенный набор программ, установленный оператором заранее.

Таким образом, после задействования части программы, определяющей установку нуля, коррекцию дрейфа, установку диапазона, выбор нли последовательное подключение к измерительному тракту устройства датчиков, начинает функционировать программа измерения и статанализа. При этом информация об абсолютном значении отклонения размера в коде с выхода АЦП 5 по информационной шине с каждого датчика поступает в ОЗУ 13. В вычислительном устройстве 11 осуществляются сравнения этих отклонений от установленных эталонных

1312528

Формула изобретения

7 значений для каждого датчика, также хранящихся в ОЗУ 13 и введенных клавиатурой 19 ранее. В случае выхода величины допуска за пределы эталонных значений на экране индикатора 16 появляется запись

«Брак» и включается световая сигнализация брака, а через устройство 18 ввода — вывода — звуковая сигнализация с помощью блока 20 сигнализации.

Если измеренные значения допусков по различным датчикам находятся в допустимых (заданных) пределах, то их абсолютные значения высвечиваются на экране индикатора 16 для каждого из адресов (датчиков), заносятся в ОЗУ 13, через устройство 18 ввода — вывода, фиксируются на печатающем устройстве 21 при реализации программы «Изображение результатов измерения».

Кроме этого, и в ручном и в автоматическом подрежимах работы устройства при реализации подпрограммы статистической обработки результаты измерения по всем датчикам из ОЗУ 13 поступают в вычислительное устройство 11, где по программе, задаваемой устройством 12 управления осуществляются алгебраическое сложение отклонений с двух произвольных датчиков, вычисление среднего арифметического и дисперсии отклонений (по партии до 99 отклонений), вычисление размаха отклонений (по партии до 99 отклонений), сортировка отклонений (отнесение измеренного отклонения к своему интервалу), счет отклонений в каждом интервале, находятся гистограммы распределения вычисленных величин. При этом результаты статистической обработки и ри задействовании предпрограммы «отображение статобработки» выводятся по информационной шине через и во внешние системы (при необходимости).

Тактирование всех устройств цифровой системы обработки при реализации программ записи данных, выполнения вычислений и вывода результатов осуществляется генератором 14 тактовых импульсов.

В автоматическом режиме устройство связано с ЭВМ или персональным компьютером. При этом введение данных в ОЗУ 13 устройства из памяти ЭВМ происходит без участия оператора, результаты же измерения из ОЗУ 13 предлагаемого устройства через устройство 17 связи поступают в оперативную память ЭВМ для дальнейшей обработки и накапливайия. Этот режим, как отмечалось выше, используется для гибких автоматических производств без участия человека (станки с ЧПУ, робототехника).

Дополнительной возможностью предлагаемого устройства является режим перепрограммирования. Этот режим важен в том случае, когда происходит переход на выпуск нового вида продукции, оснащение участка станками, имеющими другой профиль, и вообще при условии, что жесткая программа заложенная в устройстве !2 управления и памяти микропрограмм, по тем или иным причинам не устраивает потребителя. Пр« этом с внешней клавиатуры блока 18 ввода — вывода через набор новая программа вводится в ОЗУ 13 и дальнейшая работа вычислительного устройства 11 осуществляется на основании этой программы. Новая программа при многократном ее использовании через устройство 18 ввода — вывода записывается на внешнюю память (хранится), выполненную, например, на гибких магнитных дисках.

Таким образом, система обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства за счет возможности подключения к системе датчиков, а также обеспечения статистической обработки результатов измерения, т. е. возможность управления качеством производства за счет выборочного контроля изделий; автоматизацию измерения и статистической обработки за счет автоматического переключения режимов, выбора диапазонов измерения и установки нуля, сопряжение с персональным компьютером или ЭВМ и создание замкнутого автоматического цикла ГАП; повышение скорости обработки информации с одного датчика за счет устранения циклов калибровки и установки нуля АЦП.

Система контроля параметров, содержащая два индуктивных датчика параметров, подключенных входами к первому выходу генератора синусоидальных колебаний, аналого-цифровой преобразователь и индикатор, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет многоканальности измерения и статистического анализа результатов измерения, в нее введены два синхронных детектора, масштабирующий усилитель, блок синхронизации, блок установки нуля, блок регистров режимов, вычислительное устройство, устройство управления и памяти микропрограмм, оперативноее за помп наюгцее устройство, генератор тактовых импульсов, два блока сопряжения, блок ввода — вывода, клавиатура, блок сигнализации, блок печати, (и-2) индуктивных датчиков параметров (и — число измеряемых параметров) и устройство выбора каналов, подключенное. группой информационных входов к выходам индуктивных датчиков параметров, а вы. одом — к информационному входу первого синхронного детектора, соединенного управляюгцим Bxo;IQM с управляющим входом второго синхронного детектора и с первым выходом блока синхронизации, а выходoM -- с первым информационным входом масштабирующего усилителя, связанного вторым BxoloM с вы одом блока установки нуля, а выходом — с

1312523

l0 устпойСтРа

Фиг.2

Составитель H. Горбунова

Редактор П. Гереши Техред И. Верес Корректор Е. Рошко

Заказ !842/45 Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 415

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 первым информационным входом аналогоцифрового преобразователя, подключен ного вторым информационным входом к выходу второго синхронного детектора, а управляющим входом — к второму выходу блока синхронизации, соединенного первым информационным входом с информационным входом второго синхронного детектора и с вторым выходом генератора синусоидальных колебаний, а вторым информационным входом — с выходом генератора тактовых импульсов и с тактовыми входами блока регистров режимов, устройства управления и памяти микропрограмм, блока ввода — вывода, блока печати, оперативного запоминающего устройства, перво о блока сопряжения, второго блока сопряжения и вычислительного устройства, подклк)ченного группой входов — выходов через информационную шину к выходу аналого-цифрового преобразователя, к группе информационных входов блока регистров режимов, к группе информационных входов — выходов устройства управления и памяти микропрограмм, к группе информационных входов-выходов оперативного запоминающего устройстьа, к группе первых информационных входов — выходов второго блока сопряжения, к группе информационных входов-выходов первого блока сопряжения и к группе первых информационных входов — выходов блока ввода — вывода, соединенного группой первых информационных входов с выходом клавиатуры, второй группой информационных входов-выходов — с входами — выходами «Внешняя память» системы, группой вторых информационных входов — с входом «Внешняя клавиатура» системы, третьим информационным

10 входом — с входом «Деталь установлена» системы, первым выходом — с выходом

«Окончание работы» системы, вторым выходом — с входом блока сигнализации, а группой третьих выходов — с входами блока

1 печати, причем группа выходов первого блока сопряжения соединена с группой входов индикатора, группа выходов блока регистров режимов связана с входами «Режим» масштабирующего усилителя, бпока установки нуля и устройства выбора канала, груп20 па информационных выходов устройства управления и памяти микрокоманд соединена с группой информационных входов вычислительного устройства, первый выход генератора синусоидальных колебаний подключен к входам и — 2 индуктивных датчиков параметров.