Фотоэлектрический измеритель величины биений вращающейся детали

 

Изобретение относится к конт- Р9льно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет исключения погрешности позиционирования и измерения величины смещения детали вдоль оси. Теневое изображение контролируемой вращающейся детали воспринимается чувствительной поверхностью фотоприемной матрицы 4. За полный оборот детали граница ее тени при наличии биения достигает крайних положений Nд,„„ и вдоль столбца фотоприемной матрицы 4 (фиг. 3), где N „ и N, число затененных элементов фотоприем ной матрицы 4. Величина биения N определяется выражением: И троиитов СР 2. ЛЬ АЛИ нтелью точых погерения оси. мой ся оприот деи бие Nд,„„ ной N, приемN /ЛОКС NMHH а результат измерения не зависит от смещения детали вдоль оси вращения. Положение середины столбца фотоприемной матрицы 4 NQ N./2, где NJ - число элементов в столбце фотоприемной матрицы 4, можно зафиксироваться по сигналу, соответствующему NJJ , предварительно отъюстировав фотоприемнзто матрицу 4 с помощью эталонной детали так, чтобы граница ее тени совпадала с серединой столбца матрицы 4. Величина смещения N... С М вдоль оси определяется выражением NCM Ne/2 -(N,„4- ,/2. (2) . Второе слагаемое алгебраической суммы (2) представляет собой среднее положение тени за полный оборот. Синхронизация и управление работой устройства осуществляется (фиг. 1) формирователем 2 тактовых импульсов, значение величины N и , определяются соответственно в блоках 7 и 8 фиксации максимального и минимального числа импульсов, а по информации , поступающей с их выходов на входы схем 9 регистрации величины биений и 10 регистрации смещения, в этих схемах .осуществляется вычисление параметров Ng. к N. соответственно согласно выражениям (1) и (2). 3 з.п. ф-лы, 3 ил. С S (Л с litill ел 4 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК g 4 G 01 В 21/00

ВОЕьОИЗНЙН

ГА1 в.лТЛ3 3 1i:. I k чР 2АЛ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОП РЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4173423/24-28 (22) 04.01.87 (46) 30.01.89. Бюл. Н- 4 (71) Всесоюзный заочный машиностроительный институт (72) А.В.Богачев, В.А.Киселев, В.И.Козлов, Л.М.Лемелев и В.И.Титов (53) 531.7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1037311, кл. С 08 С 9/06, !982. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ

ВЕЛИЧИНЫ БИЕНИЙ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ДЕТАЛИ (52) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет исключения погрешности позиционирования и измерения величины смещения детали вдоль оси.

Теневое изображение контролируемой вращающейся детали воспринимается чувствительной поверхностью фотоприемной матрицы 4. 3а полный оборот детали граница ее тени при наличии биения достигает крайних положений N «

I и N », вдоль столбца фотоприемной матрицы 4 (фиг. 3), rpe N «z Импекс число затененных элементов фотоприемной матрицы 4. Величина биения Ng определяется выражением: Ng = N»«1

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля нормируемых параметров вращающихся деталей, например часовых колес.

„.Я0„„1454?8О А1 — И „„ (1), а результат измерения не зависит от смещения детали вдоль оси вращения. Положение середины столбца фотоприемной матрицы 4 И = Н /2, где

N — число элементов в столбце фотос приемной матрицы 4, можно зафиксироваться по сигналу, соответствующему

N, предварительно отъюстировав фотоприемную матрицу 4 с помощью эталонной детали так, чтобы граница ее тени совпадала с серединой столбца матрицы 4. Величина смещения N „ вдоль оси определяется выражением

Второе слагаемое алгебраической суммы (2) представляет собой среднее с положение тени за полный оборот. СинCg хронизация и управление работой уст%У 1 ройства осуществляется (фиг. 1) формирователем 2 тактовых импульсов, С

samrvHmz N„àìñ и 1мин деляются соответственно в блоках 7 и

8 фиксации максимального и минимального числа импульсов, а по информации, поступающей с их выходов на вхо- 4 » ды схем 9 регистрации величины биений СЛ и 10 регистрации смещения, в этих 4Ь схемах .осуществляется вычисление па- «) раметров Ng и N, соответственно сог- ©© ласно выражениям (1) и (2). 3 з.п. ( ф лы 3 ил

Целью изобретения является повышение точности и расширение функпиональных возможностей за счет искончения погрешности пс çèöèoíèðîâàíèÿ и измерения ве- личины смещения детали вдоль осн.

3 145478

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схе11а блоков фиксации максимального и

-5

Минимального числа импульсов; на фиг. 3 — схема расположения тени

1 онтролируемой детали относительно столбца фотоприемной матрицы в праессе измерения. 10

Устройство (фиг, 1) содержит генеатор 1 импульсов, формирователь 2 актовых импульсов, первый и второй ходы которого соединены с выходом енератора 1 импульсов, схему 3 апра- 15 а матрицы, первый и второй входы оторого соединены соответственно с ервым и вторым выходами формироватея 2 тактовых импульсов, а третий ход соединен с вьмадом генератора импульсов, фотоприемную матрицу 4, ходы которой соединены соответствено с выходами схемы 3 опроса матрицы, вход стирания соединен с первым

ыходом формирователя 2 тактовых им- 26 льсов, формирователь 5 импульсов, вход которого соединен с выходом фотоприемной матрицы 4, счетчик 6 импульсов, счетный вход которого соеди.нен с выходом формирователя 5 импуль- 0 ов, а вход установки в "О" — с пер-.

ым выходом формирователя 2 тактовых ульсов, блок 7 фиксации максимап ього числа импульсов (блок 7 мак имуа) и блок 8 фиксации минимального

Зь сла импульсов (блок 8 миш мума), нформационные входы которых саеди-ены с выходом счетчика 6 импульсов, первый, второй и третий управляющие ходы каждого из них соединены саот етственно с третьим, четвертым и пятым выходами формирователя 2 так говых импульсов, схему 9 регистрации величины биений и схему 10 регистра. ни смещения первый и Второй инфор мационные входы каждого из которых

Соединены соответственно с выходами . блока 7 максимума и блока 8 минимума, s управляющий вход — с пятым выходом формирователя 2 тактовых импульсов, ;а выход схемы 9 регистрации величины биений и выход схемы 10 регистрации смещенил являются соответственно

Первым и вторым выходами устройства, Формирователь 2 тактовых имупульсов (ФТИ 2) состоит из последовательно соединенньы элемента И 11, первый вход которого является первым входом

ФТИ 2, элемента ИЛИ 12, счетчика 13

4 тактов и дешифратора 14 тактов 1, 2, . ° °, 5-и выходы катарагo HBJIslMTcH соответственно, 1, 2, ..., 5-M выходами ФТИ 2, а пятый выход дешифратора 14 тактов, кроме того, соединен с входом установки в "0" счетчика 13 тактов, и из делителя 15 частоты, функциональный вход которого является вторым входом ФТИ 2, управляющий вход соединен с вторым выходом дешифратора

14 тактов, а выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ 12 и инвертора

16, вход которога также соединен с вторым выходом дешифратора 14 тактов, а выход — с вторым входом элемента

И 11.

Схема 3 опроса матрицы состоит из послецавательно соединенных элемента И 17, счетчика 18 опроса и дешифратора 19 опроса, выходы которого являются соответственно выходами схемы

3 опроса матрицы„ а вьыад установки в "0 счетчика 18 опроса и первый и второй входы элемента И 17 являются соответственно первым, третьим и вторым входами схемы 3 опроса матрицы.

Схема 9 регистрации величины биений (схема 9 РБ) состоит из последовательно соединенных блока 20 вычитания, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым информационными входами схемы 9

РБ и регистра 21, управляющий вход каторога является управляющим входом схемы 9 РБ, а выход — выходом схемы

9 РБ, Схема 10 регистрации смещения (схема 10 РС) состоит иэ блока 22 сложения, первый и второй входы которого являются соответственно первым и вторым информационными входами схемы 10 РС, задатчика 23 числа элементов N столбца матрицы (задатчика

23), блока 24 вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом блока 22 сложения и с выходом задатчика 23 и из соединенных последовательна с блоком

24 вычитания делителя 25 и регистра

26, управляющий вход которого является управля|ощим входом схемы 10 РС, а выход — выходом схемы 10 РС.

Блок ? фиксации максимального числа импульсов (блок 7 максимума) состоит из (фиг. 2) камларатара 27, первый информационный вход которого является информационным входам блока 7 максимума, элемента И 28, первый вход

80 6 см 2 (N „„+ ма к ) (2)

На реализации вычисления параметров

Ng u N по измеренному-числу затесм ненных элементов фоточувствительной матрицы 4 и основана работа фотоэлектрического измерителя величины биений вращающейся детали.

Устройство работает следующим образом.

По сигналу "Пуск" начала измерения, который может быть сформирован вручную от кнопки (не показана) или автоматически — от привода вращения контролируемой детали (не показан), устанавливаются в нулевое состояние счетчик t3 тактов, делитель 15 частоты, а в регистр 31 записывается "0" (в блоке 7 максимума) или максимальное число (в блоке 8 минимума). По этому же сигналу включается генератор t импульсов. По первому импульсу с генератора.. 1 импульсов записывается "1" в счетчик 13 тактов и на первом выходе дешифратора 14 тактов формируется сигнал первого такта, которым устанавливаются в "0" счетчики б и 18 импульсов и опроса и производится стирание информации в фотоприемной. матрице 4. Вторым им.-. пульсом генератора 1 импульсов формируется сигнал второго такта на втором выходе дешифратора..14 тактов.

Этим сигналом блокируется прохождение импульсов с генератора 1 импульсов через элемент И 11 на вход счетчика 13 тактов, включается делитель

15 частоты и открывается элемент И

17, через который импульсы с генератора 1 импульсов поступают на счетчик 18 опроса, формирующий с помощью дешифратора 19 опроса импульсы последовательного опроса строк фотоприемной матрицы 4. Число импульсов опроса задается коэффициентом деления делителя 15 частоты, который выбирается равным числу строк фоточувствительной матрицы 4 М,. Число импульсов с выхода фоточувствительной матрицы 4, соответствующее величине тени вдоль столбца, подсчитывается счетчиком 5 импульсов. Код, соответствующий положению тени контролируемой детали, подается на входы блоков

7 и 8 максимума и минимума. По N +

+ 2-му импульсу генератора 1 импульсов сигнал с выхода делителя 15 частоты через элемент ИЛИ 12 поступает

5 14547 которого соединен с выходом "Больше" компаратора 27, а второй вход является первым управляющим входом блока 7 максимума, RS-триггера 29, S-вход которого соединен с выходом элемента

И 28, à R-вход является третьим управляющим входом блока 7 максимума, блока 30 переписи, информационный вход которого соединен с первым информационным входом компаратора 27, первый управляющий вход соединен с выходом RS-триггера 29, а второй управляющий вход является вторым управляющим входом блока 7 максимума и ре- 15 гистра 31, информационный вход которого соединен с выходом блока 30 переписи, вход установки в "0" соединен с выходом элемента И 28, а выход соединен с вторым информационным входом компаратора 27 и является выходом блока 7 максимума.

Блок 8 фиксации минимального числа импульсов (блок 8 минимума) идентичен блоку 7 максимума (фиг.2), за 25 исключением того, что первый вход элемента И 28 соединен не с выходом

"Больше" как в блоке 7 максимума, а с выходом "Меньше" компаратора 27.

В основу работы устройства положен З0 следующий метод.

Теневое изображение контролируемой вращающейся детали воспринимается чувствительной поверхностью фотоприемной матрицы 4. 3а полный оборот

35 детали граница ее тени, при наличии биения, достигает крайних положений

И м„„и Яма к вдоль столбца фотоприемной матрицй 4 (фиг.3), где N — число затененных элементов матрицы 4. Вели- 40 чина биения определяется разностью

Ng = 1макс N „„° (1)

При этом результат измерения не зависит от смещения детали вдоль оси вращения. Величина смещения может быть определена как разность между серединой столбца фотоприемной матрицы 4 N = N (2, где Nr — число эле ментов в столбце матрицы 4, и средним положением тени за полный оборот детали N< = (И ма „+ Nì „„) /2. Для этогo матрица 4 должна быть предварительно отъюстирована с помощью эталонной детали так, чтобы граница от тени эта-.. лонной детали совпала с серединой столбца матрицы 4, что может быть зафиксировано по сигналу, соответствующему значению N . Величина смещения определяется выражением

1454780 8 измерения (после полного оборота детали с начала измерения) . на счетчик 13 тактов и на третьем выходе дешифратора 14 тактов формируется сигнал третьего такта. По каждому последующему импульсу генерато5 ра 1 импульсов формируется сигнал очередного такта, так как по оконча.= нии второго такта блокировка с элемента И 11 снимается.

В первом с начала измерения цикле опроса, благодаря начальной установки регистра 31 сигналом "Пуск", на выходе компаратора 27 блока 7 максимума к моменту прихода импульса третьего такта будет сигнал "Больше", а на выходе компаратора 27 блока 8 минимума — сигнал "Меньше". Импульсом третьего такта регистр 31 устанавливается в "0" (подготавливается к записи ! И 11 новой информации), а триггер 29 — в

"1". По четвертому тактовому импульсу (с четвертого выхода дешифратора 14 тактов) информация с выхода счетчика

6 импульсов через узел 30 переписи записывается в регистр 31. Пятым так-. 25 .товым импульсом RS-триггер 29 и счетчик 13 тактов устанавливаются в "0".

В последующих циклах опроса фотоприемной матрицы 4 смена информации в регистре 31 будет происходить толь- ЗО ко при условии, что код числа в счетчике 6 импульсов больше, чем код числа, зафиксированный в регистре 31, для блока 7 максимума, или код числа в счетчике 6 импульсов меньше, чем

35 код числа„зафиксированный в регистре

31, для блока 8 минимума.

Таким образом, за полный оборот детали в блоке 7 максимума будет зафиксиро.3ВНо MGKcHMBJIbH0e BHcJIQ N a "c 4p соответствующее максимальной величине тени, а в блоке 8 минимума — число

N „и, соответствующее минимальной величине тени. .1

В первый выходной регистр 21 пятым тактовым импульсом в каждом цикле заносится значение разности (И„ „—

Ы „„), формируемое блоком 20 вычитания и соответствующее величине биения .согласно выражению (1), а во второй выходной регистр 26 — число, соответствующее смещению детали вдоль оси и формируемое с помощью блока 11 сложения, блока 24 вычитания, задатчика

23 и делителя 25 (на 2) в соответст55 вии с выражением (2) ° Считывание информации с выходных регистров 21 и

26 производится после окончания цикла

Формула изобретения

Фотоэлектрический измеритель величины биений вращающейся детали, содержащий фотоприемную матрицу, схе;. му опроса матрицы включающую последоJ вательно соединенные счетчик опроса, управляющий вход которого является первым входом схемы опроса матрицы, и дешифратор опроса, выходы которого соединены соответственно с входами фотоприемной матрицы и являются выходами схемы опроса матрицы, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом фотоприемной матрицы, генератор импульсов и схему регистраций величины биений„ включаю,щую первый выходной регистр, выход которого является выходом схемы регистрации величины биений и выходом фотоэлектрического измерителя, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения погрешности позиционирования, он снабжен формирователем тактовых импульсов, первый и второй входы которого соединены с выходом генератора импульсов„ счетчиком импульсов, счетный вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, схемаы фиксации максимального и минимального числа импульсов, информационные входы которых соединены с выходом счетчика импульсов, блоком вычитания, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами схем фиксации максимального и минимального числа импульсов и являются первым и вторым входами схемы регистрации величины биений, а выход соединен с входом первого выходного регистра и первым элементом И, входы которого являются вторыми и третьими входами схемы опроса матрицы, выход соединен со счетным входом счетчика опроса, а третин вход схемы опроса матрицы соединен с выходом генератора импульсов, при этом первый выход формирователя тактовых импульсов соединен с первым входом схемы опроса матрицы, входом стирания фотоприемной матрицы и управляющим входом счетчика импульсов, второи выход соединен с вторым входом схемы опроса матрицы, третий, четвертый и пятый выходы соединены соответ9 1454780 0 ственно с первым, вторым и третьим управляющим входом схемы фиксации.макуправляющими входами схем фиксации симального (минимального) числа иммаксимального и минимального числа . пульсов, блока переписи,информацион импульсов, а пятый выход соединен: ный вход которого соединен с первым интакже с управляющим входом первого формационным входом компаратора,первый выходного регистра. управляющий вход соединен с выходом RS2. Измеритель по п. 1, о т л и — .триггера,а второй управляющий вход явч а ю шийся тем, что формирова- ляется вторым управляющим входом схетель тактовых импульсов выполнен в 1р мы фиксации максимального (минимальвиде последовательно соединенных ного) числа импульсов, и регистра, второго элемента И, первый вход кото- информационный вход которого соединен рого является первым входом формиро- с выходом блока переписи, управляющий вателя тактовых импульсов, элемента вход соединен с выходом третьего элеИЛИ, счетчика тактов и дешифратора 1я мента И, а выход соединен с вторым тактов, четыре выхода которого явля- информационным входомкомпаратора иявются выходами формирователя тактовых ляется выходом схемы фиксации максимальимпульсов, а пятый выход дешифратора ного (минимального) числа импульсов. тактов соединен с управляющим входом ч. Измеритель по п. 1, о т л и— счетчика тактов, делителя частоты, 2О ч а ю шийся тем, что, с целью функциональный вход которого является расширения функциональных возможносвторым входом формирователя тактовых тей за счет измерения величины смеще» импульсов, управляющий вход соединен ния детали вдоль оси, он снабжен схес вторым выходом дешнфратора тактов, мой регистрации смещения, состоящяй а выход соединен с вторым входом эле- 25 из блока сложения, первый и второй мента ИЛИ, и инвертора, вход которого входы которого являются соответствентакже соединен с вторым выходом де- но первым и вторым информационными шифратора тактов,а выход — с вторым входами схемы регистрации смещения, входом второго элемента И. задатчика числа элементов столбца

3. Измеритель по п. 1, о т л и — . З1 матрицы, блока вычитания, первый ивточ а ю шийся тем, что схема фике рой входыкоторого соединенысоответстсации максимального числа импульсов венно с выходом блока сложения и выи схема фиксации минимального числа ходом задатчика числа элементов идентичны и каждая из них выполнена столбца матрицы, и из соединенных в виде компаратора, первый информа- последовательно с блоком вычитания

35 ционный вход которого является ин- делителя и второго выходного регистформационным входом схемы фиксации ра, выход которого является выходом максимального (минимального) числа схемы регистрации смещения, а управимпульсов, третьего элемента И, пер- ляющий вход соединен с пятым выходом вый вход которого соединен с вь1ходом формирователя тактовых импульсов, компаратора, а второй вход является при этом первый и второй входы схемы первым управляющим входом схемы фик- регистрации смещения соединены соотсации максимального (минимального) ветственно с выходами схемы фиксации числа импульсов, RS-триггера, S-вход максимального и минимального числа которого соединен с выходом третьего 45 импульсов, а выход является выходом элемента И, а R-вход является третьим фотоэлектрического измерителя °

Фив. 1

Составитель О. Смирнов

Редактор Ю.Середа Техред М.Ходанич Корректор С.Черни

Заказ 7403(2б Тираж Ь83 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ко изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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