Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повьшение быстродействия и достоверности измерений за счет автоматизации регистрации. Устройство для измерения размеров объекта содержит развертывающий элемент в виде полого цилиндра 1 с развертывающей иг.2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕаЪБЛИН (19) (И) (S1) 4 G 0i В 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ

gQpp g r

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К д ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3778975/24-28 (22) 02.08.84 (46) 15.06.87. Бюл, № 22 (71) Институт проблем прочности АН

УССР (72) Б.В.Марасин, В.В.Рубан и Н.А.Фот (53) 531, 7 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1142735, кл. G 01 В 21/00, 1983. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения — повьппение быстродействия и достоверности измерений sa счет автоматизации регистрации. Устройство для измерения размеров объекта содержит развертывающий элемент в виде полого цилиндра 1 с развертывающей

1317279 дорожкой с Отверстиями 2, образующими один виток винтовой линии, и синхронизирующей дорожкой с отверстиями 3, выполненными по его боковому периметру, светоделительный элемент, два фотоприемника 11 и 20, два оптических канала, формирующих первое и второе изображения на боковой поверхности развертывающего элемента и подающих световые импульсы развертки на фотоприемники 11 и 20, и блок 25 обработки информации, содержащий каналы 26 и 27 измерения .поперечных размеров и длины объекта, а также схемы синхронизации и автоматического выявления в пределах каждого кадра развертки минимального поперечного размера объекта его координаты. Устройство имеет

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного автоматического измерения деформаций, перемещений, геометрических размеров образцов, конструктивных элементов и других объектов, в том числе испытываемых в герметичных камерах, при высоких и низких температурах, в вакууме и при повышенных давлениях, в условиях агрессивных сред, где невозмОжно или затруднительно применение контактных методов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и достоверности измерений за счет автоматизации регистрации.

На фиг.1 изображена оптическая схема фотоэлектрического устройства для измерения размеров объекта; на фиг.2 — функциональная электрическая схема устройства.

Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта содержит

25 развертывающий элемент в виде полого цилиндра 1 с развертывающей дорожкой с отверстиями 2, образующими один виток винтовой линии, и синхронизирующей дорожкой, выполненной по боковому периметру полого цилиндра 1 и состоящей из отверстий 3, число которых равно числу отверстий 2 в развертыватакже дополнительную связь между каналом 27 измерения длины и каналом

26 измерения поперечных размеров, новую связь внутри канала 26 измерения поперечных размеров, а также размещение,отверстий 2 и 3 развертывающих и синхронизирующих дорожек попарно на образующих полого цилиндра 1, что позволяет обеспечить одновременность измерения минимального поперечного размера объекта и его длины, измерение длины объекта в течение кадра с частотой, определяемой числом отверстий

3 на синхронизирующей дорожке, устранить необходимость перемещения первого объектива для достижения одновременности измерения минимального поперечного размера и длины объекта. 2 ил. ющей дорожке, причем отверстия 2 и 3 размещены попарно на образующих полого цилиндра 1, светоделительный элемент 4, первый оптический канал, установленный так, чтобы его оптическая ось пересекала полый цилиндр 1 на уровне центров отверстий 3 синхронизирующей дорожки и включающий последовательно расположенные перед полым цилиндром 1 призму 5 Пехана, объектив 6, и диафрагму ?, расположенный внутри полого цилиндра 1 оптический блок 8, состоящий из коллективной линзы 9 и зеркала 10, и фотоприемник 11, второй оптический канал, включающий последовательно установленные перед полым цилиндром 1 первое направляющее зеркало 12, оптически связанное со светоделительным элементом 4, второй объектив 13, второе и третье направляющие зеркала 14 и 15 и вторую диафрагму 16, второй оптический блок 17, размещенный внутри полого цилиндра 1 и состоящий из кол-. лективной линзы 18 и зеркала 19, и второй фотоприемник 20, два светодиода 21 и 22 и третий и четвертый фотоприемники 23 и 24, которые расположены соответственно с внешней и внутренней стороны полого цилиндра 1 напротив синхронизирующей дорожки и первого отверстия развертывающей до1317279 рожки, и блок 25 обработки информации, содержащий канал 26 измерения

1поперечных размеров, канал 27 измерения длины, генератор 28 импульсов заполнения и счетчик 29 номера строки развертки, первый вход которого соединен с выходом третьего фотоприемника 23, второй вход — с выходом четвертого фотоприемника 24, а выход является первым выходом устройства.

Канал 26 измерения поперечных размеров объекта состоит из первого формирователя 30 прямоугольных импульсов, 1 вход которого соединен с выходом второго фотоприемника 20, первого счетчика 31 импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя 30 прямоугольных импульсов, второй вход — с выходом третьего фотоприемника 23, третий вход — с вы-20 ходом генератора 28 импульсов заполнения, а выход является вторым выходом устройства, буферного регистра

32, первый вход которого соединен с выходом первого счетчика 31 импульсов, второй вход — с выходом счетчика

29 номера строки развертки, а третий вход — с выходом четвертого фотоприемника 24, схемы сравнения кодов 33, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика 31 импульсов, второй вход — с первым выходом буфер- ного регистра 32, схемы 34 совпадения, первый вход которой соединен с выходом схемы 33 сравнения кодов, второй вход — с выходом третьего фотоприемника 23, а выход — с четвертым входом буферного регистра 32, и выходного регистра 35, первый вход

40 которого соединен с первым выходом буферного регистра 32, второй вход— с вторым выходом буферного регистра

32, третий вход — с выходом четверFQго фотоприемника 24, четвертый вход — 4> с третьим выходом буферного регистра

32, первый выход является третьим выходом устройства, второй выход— четвертым выходом устройства, а третий выход — шестым выходом устройст50 ва. Канал 27 измерения длины объекта состоит из второго формирователя 36 прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника 11, и второго счетчика 37 импульсов, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя

36 прямоугольных импульсов, второй вход — с выходом третьего фотоприем4 ника 23, третий вход — с выходом генератора 28 импульсов заполнения, а выход, соединенный с пятым входом буферного регистра 32, является пятым выходом устройства. Измеряемый объект

38 установлен в испытательной камере

39, снабженной двумя иллюминаторами

40 и 41 и размещенной между осветителем 42 и защитным иллюминатором 43 устройства, 1

Фотоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта работает следующим образом.

Световой поток от осветителя 42 через иллюминатор 40 направляют на испытываемый объект 38. Световой поток от объекта 38 через иллюминаторы

41 и 43 поступает на светоделительный элемент 4, где разделяется на два световых потока. Первый световой поток через призму 5 Пехана поступает на объектив 6, который через диафрагму 7 формирует на боковой поверхности полого цилиндра 1 на уровне отверстий

3 синхронизирующей дорожки первое изображение объекта 38. Второй световой поток направляется первым направляющим зеркалом 12 на второй объектив

13, который с помощью второго и третьего направляющих зеркал 14 и 15 через вторую диафрагму 16 формирует на диаметрально противоположном участке боковой поверхности полого цилиндра 1 второе изображение объекта 38.

Первое изображение объекта 38 повернуто призмой 5 Пехана на 90 по отношению к его второму изображению таким образом, чтобы ось первого изображения объекта 38 (или линия, параллельная оси объекта 38 и соединяющая размещенные на объекте 38 базовые отметки) совпала при вращении полого цилиндра 1 с центрами отверстий 3 синхронизирующей дорожки. При необходимости подбором фокусного расстояния первого объектива 6 изменяют величину первого изображения объекта

38 по отношению к его второму иэображению так, чтобы длина первого изображения была одного порядка с поперечным размером второго изображения объекта 39. Полый цилиндр 1 приводят во вращение с постоянной скоростью. При вращении полого цилиндра 1 второе изображение объекта 38 построчно сканируется отверстиями 2 pasвертывающей дорожки. В результате формируются световые импульсы развер1317279 тки, которые вторым оптическим блоком

17 направляются на второй фотоприемник 20, .где они преобразовываются в электрические импульсы, которые подаются на вход первого формирователя

30 прямоугольных импульсов. При каж дом обороте полого цилиндра 1 отверстия 3 синхрониэирующей дорожки последовательно пересекают первое изображение объекта 38, сканируя его по длине с частотой, определяемой числом отверстий 3 синхронизирующей дорожки, В результате вырабатываются световые импульсы развертки, которые с помощью оптического блока 8 направляются 15 на фотоприемник 11, где световые имI пульсы преобразовываются в электрические импульсы, которые поступают на вход второго формирователя 36 прямоугольных импульсов. При вращении 20 полого цилиндра 1 отверстия 3 синхронизирующей дорожки пересекают световой поток, излучаемый первым светодиодом 21, и на третий фотоприемник 23 поступают синхронизирующие световые импульсы. С выхода третьего фотоприемника 23 соответствующие электрические импульсы подаются на первый вход счетчика 29 номера строки развертки, на второй вход первого счетчика 3 1 импульсов, на второй вход первой схемы 34 совпадения и на второй вход второго счетчика 37 импульсов.

При каждом обороте полого цилиндра 1 первое из отверстий 2 раэверты- 3S вающей дорожки один раз пересекает световой поток, излучаемый вторым светодиодом 22, и на четвертый фотоприемник 24 поступает световой импульс. С выхода четвертого фотоприем- 0 ника 24 кадровый электрический импульс подается на второй вход счетчика 29 номера строки развертки, на третий вход буферного регистра 32 и на третий вход выходного регистра 35. 4>

С выхода первого формирователя 30 прямоугольных импульсов снимаются прямоугольные электрические импульсы, длительность которых соответствует величинам поперечных размеров объек- 50 та 38 по каждой строке развертки, и подаются на первый вход первого счетчика .31 импульсов, на третий вход которого подаются импульсы заполнения от генератора 28 импульсов заполнения.55

С приходом синхронизирующего импульса первый счетчик 31 импульсов приходит в исходное состояние. При поступлении на его первый вход прямоугольного импульса первый счетчик 31 импульсов подсчитывает число импульсов заполнения в пределах длительности прямоугольного импульса и с его выхода на второй выход устройства выдается цифровой код, соответствующий измеряемому поперечному размеру. Одновременно с выхода счетчика 29 номера строки развертки на первый выход устройства поступает код номера соответствующей строки развертки, отсчитываемый от кадрового импульса. С выхода второго формирователя 36 прямоугольных импульсов снимаются прямоугольные электрические импульсы, длительность которых соответствует длине объекта 38, и подаются на первый вход второго счетчика 37 импульсов. На третий вход второго счетчика 37 импульсов подаются импульсы заполнения от генератора 28 импульсов заполнения.

С приходом синхронизирующего импульса с выхода третьего фотоприемника

23 на второй вход второго счетчика

37 импульсов он приходит в исходное состояние. При поступлении на его первый вход прямоугольного импульса с выхода второго формирователя 36 прямоугольных импульсов он подсчитывает число импульсов заполнения в пределах длительности прямоугольного импульса. В течение кадра с выхода второго счетчика 37 импульсов на пятый выход устройства выдаются последовательно цифровые коды, соответствующие длине объекта 38 с частотой, определяемой числом отверстий 3 синхронизирующей дорожки и скоростью вращения полого цилиндра 1.

Таким образом, с первого, второго и пятого выходов устройства последовательно выдаются коды номеров строк развертки, соответствующие этим строкам, коды поперечных размеров объекта

38 и коды длины объекта 38. Поскольку отверстия 2 и 3 развертывающей и синхронизирующей дорожек размещены попарно на образующих боковой поверхности полого цилиндра 1, а первое и второе изображения объекта 38 примерно равны по величине (благодаря подбору фокусного расстояния первого объекта 6), обеспечивается одновременное измерение длины объекта 38 при измерении его поперечного размера по каждой строке развертки, в том числе. одновременное измерение длины

1317 и минимального поперечного размера.

Для автоматического выявления в пределах каждого кадра развертки минимального поперечного размера его координаты (номера строки развертки) и длины объекта 38, измеренной одновременно с измерением его минимального поперечного размера, с выхода первого счетчика 31 импульсов коды поперечных размеров объекта 38 подаются 10 на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов, на второй вход буферного регистра 32 с выхода счетчика 29 номера строки развертки подаются коды номе- 15 ров строк развертки, а на пятый вход буферного регистра 32 подаются коды длины объекта. Эти коды не могут быть записаны в буферный регистр 32 до прихода на его четвертый вход синх- 20 ронизирующего импульса с выхода схемы 34 совпадения.

I .Схема 33 сравнения кодов служит для сравнения кодов поперечных разме-25 ров объекта 38, подаваемых на ее первый и второй входы. Если значение кода, подаваемого на ее первый вход, меньше значения кода, подаваемого на ее второй вход, она выдает на выходе разрешающий сигнал, который падается на первый вход схемы 34 совпадения, которая только при наличии этого сигнала пропускает синхронизирующий импульс на четвертый вход буферного регистра 32. Если значение кода, подаваемого на первый:вход схемы 33 сравнения кодов больше, чем значение кода, подаваемого на ее второй вход, то с выхода схемы 33 сравнения кодов 40 не выдается разрешающий сигнал. Пришедший с началом кадра развертки на третий вход буферного регистра 32 кадровый импульс обеспечивает установку буферного регистра 32 в единич-45 ное состояние. При этом с первого выхода буферного регистра 32 на второй вход схемы 33 сравнения кодов подается максимальный код. Затем на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы сравнения кодов с выхода первого счетчика 31 импульсов приходит код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием раэвер-55 тывающей дорожки, на второй вход буферного регистра 32 с выхода счетчика

29 номера строки развертки — код первой строки развертки, а на пятый вход

279 8 буферного регистра 32 — код длины объекта 38 при сканировании его первого изображения первым отверстием синхрониэирующей дорожки (первое отверстие синхрониэирующей дорожки и первое отверстие развертывающей дорожки лежат на одной образующей боковой поверхности полого цилиндра 1).

Схема 33 сравнения кодов сравнивает код поперечного размера объекта

38 при сканировании его второго изображения первым отверстием раэвертывающей дорожки с максимальным кодом.

Так как код поперечного размера объекта 38 заведомо меньше максимального кода, схема 33 сравнения кодов выдает на выходе разрешающий сигнал, который поступает на первый вход схемы 34 совпадения, которая пропускает синхрониэирующий импульс первой строки развертки на четвертый вход буферного регистра 32. Буферный регистр 32 открывается и в него записывается код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки, код первой строки развертки и код длины образца при сканировании

его первого изображения первым отверстием синхронизирующей дорожки.

Эти коды подаются соответственно на первый, второй и четвертый входы выходного регистра 35. Но запись в выходной регистр 35 кодов с буферного. регистра 32 возможна лишь при подаче на его третий вход следующего кадрового импульса, Одновременно код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки с первого выходы буферного регистра

32 подается на второй вход схемы 33 сравнения кодов ° Далее на первый вход буферного регистра 32 и на первый вход схемы 33 сравнения кодов приходит код поперечного размера объекта

38 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертывающей дорожки, на второй вход буферного регистра 32 — код второй строки развертки, а на пятый вход буферного регистра 32 — код длины образца при сканировании его первого изображения вторым отверстием синхронизируннцей дорожки. Схема 33 сравнения кодов сравнивает код размера объекта 38 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертываю1317279

1О щей дорожки с ранее поданным на ее второй вход кодом поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения первым отверстием развертывающей дорожки. Если код, поступивший на первый вход схемы 33 сравнения кодов больше, чем код на ее втором входе, то в схеме 33 сравнения кодов разрешающий импульс не вырабатывается, схема 34 совпадения 10 не пропускает синхронизирующий им.пульс на четвертый вход буферного регистра 32, и коды, ранее записанные в буферном регистре 32, не изменяются. l5

Если код, поступивший на первый вход схемы 33 сравнения кодов меньше, чем код на ее втором входе, то в схеме 33 сравнения кодов вырабатывается разрешающий импульс, который подает- 20 ся на первый вход схемы 34 совпадения, пропускающей синхронизирующий импульс на четвертый вход буферного регистра 32. В буферный регистр 32 взамен ранее записанных кодов эаписы- 25 вается код поперечного размера объекта 38 при сканировании его второго изображения вторым отверстием развертывающей дорожки, код второй строки развертки и код длины образца при З0 сканировании его первого изображения вторым отверстием синхронизирующей дорожки. Эти коды подаются соответственно на первый, второй и четвертый входы выходного регистра 35. Одновре-35 менно код поперечного размера объекта

39 нри сканировании его второго иэображения вторым отверстием развертывающей дорожки подается на второй вход схемы 33 сравнения кодов. В 40

1 дальнейшем на входы буферного регистра 32 подаются коды поперечных размеров объекта 38, соответствующие им коды номеров строк развертки и коды длины объекта 38. Очередной код попе- 5 речного размера объекта 38 в схеме

33 сравнения кодов сравнивается с кодом поперечного размера объекта 38, ранее записанным в буферный регистр

32 и, если очередной код поперечного 50 размера окажется меньше, то он записывается в буферный регистр 32 вместо ранее записанного.

Одновременно в буферный регистр

32 записываются соответствующий емукод номера строки развертки и код длины объекта 38. В результате к концу кадра в буферном регистре 32 окаэываются записанными код минимального поперечного размера (шейки) объекта

38, код номера строки развертки (т.е. координаты шейки объекта 38) и код длины объекта 38, измеренной одновременно с измерением его минимального поперечного размера. С приходом очередного кадрового импульса на третий вход выходного регистра 35 производится запись в него кодов одновременно измеренных минимального поперечного размера и длины объекта 38, а также кода номера строки развертки, соответствующей минимальному поперечному размеру объекта 38, который выдаются соответственно на третий, шестой и четвертый выходы устройства.

Следовательно, на выход устройства автоматически поступают данные о поперечных размерах объекта 38 с указанием их координат вдоль длины объекта

38 (номера строки развертки) и длине объекта 38, измеренной при каждом измерении его поперечного размера, а по окончании каждого кадра развертки — данные о минимальном поперечном размере (шейке) объекта 38 и его координате (номере строки развертки), а также о длине объекта 38, измеренной одновременно с измерением его минимального поперечного размера. Эти данные выдаются на визуальные прибоpbt, цифропечатающие устройства или

ЭВМ.

Таким образом, достигается повышение быстродействия и исключается неодновременность измерения минимального поперечного размера и длины объекта. По результатам измерений, полученных при одновременном сканировании минимального поперечного размера второго изображения объекта и длины его первого изображения, строят истинные диаграммы деформирования материалов.

Формула и з о б р е т е н и я

Фогоэлектрическое устройство для измерения размеров объекта, содержащее развертывающий элемент в виде полого цилиндра с развертывающей дорожкой с отверстиями, образующими оцин виток винтовой линии, и синхрониэирующей дорожкой, выполненной по боковому периметру полого цилиндра и состоящей из отверстий, число которых равно числу отверстий в развертывающей дорожке, светоделительный элемент, первый оптический канал, включающий последовательно располо1317279

1г женные перед полым цилиндром призму

Пехана, объектив и диафрагму, расположенный внутри полого цилиндра оптический блок и фотоприемник, второй .оптический канал, включающий последовательно установленные перед полым цилиндром первое направляющее зеркало, оптически связанное со светоделительным элементом, второй объектив, второе и третье направляющие зеркала 10 и вторую диафрагму, размещенный внутри полого цилиндра второй оптический блоки второй фотоприемник, два светодиода и третий и четвертый фотоприемники, которые расположены соответст- 15 венно с внешней и внутренней стороны полого цилиндра напротив синхронизирующей дорожки и первого отверстия развертывающей дорожки, и блок обработки информации, содержащий канал 20 измерения поперечных размеров, канал измерения длины, генератор импульсов заполнения и счетчик номера строки развертки, первый вход которого соединен с вйходом третьего фотоприемни-25 ка, второй вход — с выходом четвертого фотоприемника, а выход является первым выходом устройства; канал измерения поперечных размеров состоит из первого формирователя прямоуголь- З0 ных импульсов, вход которого соединен с выходом второго фотоприемника, первого счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя прямоугольных импуль- 35 сов, второй вход — с выходом третьего фотоприемника, третий вход — с выходом генератора импульсов заполнения, а выход является вторым выходом устройства, буферного регистра, схемы 40 сравнения кодов, первый вход которой соединен с выходом первого счетчика импульсов, схемы совпадения, первый вход которой соединен с выходом схемы сравнения кодов, второй вход — с вы- 45 ходом третьего фотоприемника,и выходного регистра, третий вход которого соединен с выходом четвертого фотоприемника, первый выход является третьим выходом устройства, а второй выход — четвертым выходом устройства; канал измерения длины состоит из вто" рого формирователя прямоугольных импульсов, вход которого соединен с выходом первого фотоприемника, второго счетчика импульсов, первый вход которого соединен с выходом второго формирователя прямоугольных импульсов, второй вход — с выходом третьего фотоприемника, третий вход — с выходом генератора импульсов заполнения, а выход является пятым выходом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности измерений, буферный регистр выполнен пятивходовым, первый его вход соединен с выходом первого счетчика импульсов, второй вход — с выходом счетчика номера строки развертки, а третий вход — с выходом четвертого фотоприемника, второй вход схемы сравнения кодов соединен с первым выходом буферного регистра, выход схемы совпадения соединен с четвертым входом буферного регистра, первый вход выходного регистра соединен с первым выходом буферного регистра, второй вход — с его вторым выходом, пятый вход буферного регистра соединен с выходом второго счетчика импульсов, четвертый вход выходного регистра — с третьим выходом буферного регистра, третий выход выходного регистра является шестым выходом устройства, отверстия развертывающей и синхронизирующей дорожек размещены попарно на образующих боковой поверхности полого цилиндра, а первый оптический канал установлен так, чтобы его оптическая ось пересекала полый цилиндр на уровне центров отверстий синхронизирующей дорожки.

1317279

Составитель Е. Глазкова

Техред А.Кравчук Корректор Г. Решетник

Редактор К.Волошук

Заказ 2412/36 Тираж 677

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4