Устройство для измерения геометрических размеров прозрачных труб

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет учета световых лучей, прошедших через контролируемую трубу, и повышение информативности за счет измерения внутреннего диаметра трубы. Устройство состоит из источника 1 света, рассеивателя 2, щелевой диафрагмы 3, объектива 4 и фазоприемникд 5. При просвете трубы 25 светом, рассеянным рассеивателем 2, распределение интенсивности на фотоприемнике 5 зависит как от внешнего, так и от внутреннего диаметра трубы 25. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ Х

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (l1) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГС)СУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ AEHT СССР (21) 4608491/28 (22) 24.11.88 (46) 3.I)6.91. Бн тт. t" 23 (71) Киевский политехнический институт им. 5О-летия Великой Октябрьской социалистической революции (75) В.Ф. Гришко, С.;(. Хомук, В.A.Ñêàðæåïà и В.Л. Горский (53) 531 . 7(!)38 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 361391, кл. Г !)! В 11 7!)8, 19/ ). (54) УСТРОЙСТВО, I!IH ИЗ% .РБ)!)1Я ГБО)1БТРИЧЕСКИХ РАЗ!!ЕРОВ )!РОЗРЛЧН! )Х ТРУБ (57) Изобретение относится к контроль—

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля диаметра прозрачных труб.

Цель изобретения —. повышение точности за счет учета световых лучей, прошедших через контролируемую трубу, и повышение ин< ормативности эа счет измерения внутреннего диаметра трубы.

На Лиг. 1 представлена структурная схема устройства; на Ьиг. Z — зависимость угла входа луча от координаты выхода и сигнала на фотоприемнике; на Лиг. 3 — геометрия рассеяния лучей прозрачной трубой; на Лиг. 4 — временные диаграммы работы блоков уст— ройства.

Устройство состоит из оптически связанных источника 1 света, рассеивателя . ., щелевой диаграммы 3, объектива 4 и фотоприемника 5„ блока 6 обработки видеосигнала, состоящего из но-измерительной технике. Цель изобретения — повышение точности за счет учета световых лучей, прошедших через контролируемую трубу, и повышение информативности за счет измерения внут— реннего диаметра трубы. Устройство состоит иэ источника 1 света, рассеивателя 2, целевой диафрагмы 3, объектива 4 и Аазоприемника 5. Лри просвете трубы 5 светом, рассеянным рассеивателем ., распределение интенсивности на фотоприемнике 5 зависит как от внешнего, так и от внутреннего диаметра трубы 25. .4 ил. инвертора 7, вход которого подключен С к выходу фотоприемника 5, триггера 8, счетный вход которого объединен с входом инвертора 7, триггера 9, счетный вход которого подключе н к выходу инвертора 7, триггера 1 ), счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 8, триггера 11, счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 9, триггера

13, счетныи вход которого подключен к прямому выходу триггера 1 ), триггера 14, счетный вход которого подключен к прямому выходу триггера 11, элемента 15 ИЛИ-Нг, входы которого подключены к прямому выходу триггера 8 и ин- В) версному выходу триггера 9 соответственно, элемента 16 !ПИ-HF., входы которого подключены к выходу элемента 15

ИЛИ-НЕ и инверсному выходу триггера 12, элемента 17 ИЛИ-НЕ, входы которого подключены к инверсным выходам триг1r> 5 Ë»I1 герон 13 и 14, последовательно соединных счетчика 13, вход разрешения счета которого подключен к B>lxoJIу элемен— та 16 H. Ï1-НЕ, и регистра 1>, последовательно соединен>ц»х счетчика .?», вход разрешения счета K(> >рого подключен к выходу элемента 1 > ИЛ>1-Ш:., и регистра .! 1, и генератора >. ., выход к от орог и полк:»юче и к счет ным входам счетчиков 1(3 и !»), блока,>3 вычислений, вьполне»»ного н виде программируемого контроллера, синхронизирующий вход которого подключен к синхрониэируюшему BllxoJlv <фотоприемника 5 фОРМal»HOHII» te НХОДЫ ПОДКЛЮЧЕНЫ К НЫХОдам регистров 1(» и 21, первь»й синхронизируюг»ий 1»ыход "Начало измере—

ll (»ИЯ НОДК. »ЮЧЕ(< К >;CтаНОBOЧHI IM B входам триггеров (>-14 и сче гчикон 13 и 2 ), второй с>»>»хро»»из»»руюг»и>» ныход

Конец 1»эмереш»я которого подключен к тактонь»л» входам регистров 19 и .1, вход которого подключен к выходу блока 23 и индикатора 24. 25

Устро(«»ство работает следуг>г»ил» о >разом.

Поток светя от источника 1, рассеиваемый рассеинателем, и ограничиваемый с двух сторон относительно плоскости н которой находятся IIHIIH>I регистрации и ось прозрачной трубы

25, диафрагмой 3, ос нег»ает 1»po spa(I>lyl(> трубу 25. Объел<т»»н 4(переносит изображение исследуе:»ого объекта н плос— кость ана ьиз, в которой находится

35 дискретный фотоприсмник 5. Paêntl об— разом, из потока рассеянных .»учей, прошедг»»»х и рез 1»розрачную трубу . 5, с помощью объ(. к п»н а » гн rl < .(let<> r пучок

»О параксиальt»»li г;че>1, ношедггtх I» прозрачную труМ 25 н сект >ре, oгра>н»ченном пл<>< >»111»л»1» через ннутреннис края 1I»;Inn>>рагмы 3 и прозрач»»ую трубv . >. (»>1»кс;1>п»я пуч—

45 ка napa»«lnа It.ttt l:::tó(t(.й», с, с гоящ гo иэ свет.п»х и т(иных полос, осуггес гн ляется (I>oxollpt»(11tH>;<> I 5 I» »г»;>cl» ос» про зрач и ой тр убы 25. На I»taco;If <>>огotlpn(мн;»кс(> op50 миРУетс Я It) »,3((>c»»гlt;.1»1„,>Ри н с., »е 1 1 Hl G I на фиг .. .. 13 и чке пapat(clt(» I»IIII>(.:учей отсутствуют лучи, углы вход» кот<рых н пр зра lnую тр бч 5, обра з вa>t— ные линие и р< ги< т» ац»»и 1» IIHIIH>II»II с5 проходящими »ер» .» края;11»>1<ьра г .»» I 3 и проэра(»нy»» тр»»>y .. °, пр< ныл»1;>»с абсол»(>тнол» н(.11>и>I(. »нач< >1;»я

«+02д» +8 „> °" )»»> с>2<> » с"" 3г дельные значения углов входа в прозрачную трубу .!5 лучей, соответственно про»ведших через дне стенки трубы

25 и ее внутреннее отверстие (см. граф>»ки А и А на фиг. а и луч А на

1 фиг. 3), испьгтавгп»х явление полного внутреннего отражения на границе внутреннего отверстия (см. графики R и В

1»а фиг. - à и лучи R и 13 на фиг. 3) и

1»рог, едших только через стенку трубы 25 (см. графики С и С на фиг.2а

I и луч С на фиг. 3) .

График зависимости угла входа оптических лучей н прозрачную трубу 25 от координат выхода эТих лучей параллельно линии регистрации, приведенной на (1>Hr. 2а, построен на основе зависимостей: (. Х

Q =2(arcsin- -arcsin — +arcsin-l а na nb

Х

-агс s in-); (1)

Х . Х

g =. (агс s in1-а rc s in--+агс s in-2 па пЬ

Х

-агсsin-)

Ъ (2)

Х . Х

6 =. (are sin — —;(rc sin-) (3)

3 пЪ Ъ где 8» — угол входа лучей, проходящих ч<.рез две стенки трубы, .5 и внутреннее отверстие; Н2- угол входа лучей, проходящих через стенку трубы 25 и испь»т»»ваю»цих явление полного внутренне го >траже»»ия на границе внутреннего отверстия трубы .!5; g > — угол входя лучей, проходя»цих только через ст(нку трубы 25 и не входя»цих во внутренее отверстие; n — показатель преГ ломления материала трубы 25 (показате>»ь преломления окружающего трубу воздуха и внутреннего отверстия ранен 1); а и 2Ъ вЂ” внутренний и внешний диаметры прозрачной трубы 25, Y — к:>ординаты нл»хода относительно л»п»ии рег»»страции луче>г, прошедших через трубу 25 и ныходящих параллельно»»HHHI» p(.rHcxpal»HH.

I,оотноше1»»»я (1), (2), (3) получены H;I предположении, что центры ьнутреннего отнерстия и внешней окружности трубь» 25 совпадают.

1 рафик на фиг.. a снидетельствует о том, что при отсечении лучей, углы входа которых н пр<>эра(»ную трубу 25 превышают соответстнуюг»ие значения приводит к их отсутстви» н пучке лучей, выходящих из проэ

165i )6 ) зрачной трубы, 5 паралл! льно a)I)I)I)I pe( гис тр а ции . ò и!ар эметроп трубы .. 5 и ра амеров диафраг ч,l 3, з а!;анэ)!(ей преде ) ьные углы входа лучей н измеряемый объект. Но.этому по псэлс же)гню границ с нетоте ни можно судить об !;п<ом из параметров прозрачной трубы . 5, зафиксирован остальвь)е I)apa )e три объекта и положе— ние orpa)III«I)I!am!I)Iõ граней диафрагмы 3.

Например, зафиксировав значения показателя п преломления материала трубы ."5, ннеи)него ее диаметра Л="Ь, предельного угла 9gII oõîäa лучей н трубу 25 и положение границ снетоте) 5 ни ++ Хг (фиг .. . и 3) по уряннению (.) находят значение внутреннего диаметра трубы ?5:

Отсутствие лучей в пучке приводит к образованию темных полос, что соот—

lli ll

5 нетствует уровню ) сигнала IIa выходе фотоприемника 5 (фиг. 2) . Лучи, вошедшие в прозрачную трубу 25 внутри секторон, ограниченных значениями уrлов -01)),+Я гя, II, образуют свет+О лые полосы света в пучке параксиальных лучей, что соответствует уровню !! 1 !! сигнала на выходе фотоприемника (фиг. ?) . (4) dXg, 2X О!n

n s in (a rc s in 1+are s in — — — are s in — — — — — --) nD Л 2

Значения ннешпего диаметра В="h находят по положению границ светотени Х (фиг. 3), образованных ннеш+ ними краями трубы .? 5, по формуле .25

D=rX< (5)

Для определения численных значе— ний расстояний между границами светотени Х2 и 2Х, служит блок обработки видеосигнала, диаграммы работы кото—

30 рого приведены на фиг. 4 . Импульсы длительностью t>=. Õ формируются эле—

2 ментом 16 ИЛИ-HF. из сигналов U на

I2 ньгсоде триггера 1? и U на выходе

1 элемента 15 ИЛИ-Ш .. Импульсы длитель- 35 ностью t.<=ХХ формируются элементом

17 ИЛИ-НЕ из сигналов U 1 и U1 на выходе триггеров 13 и 14 . Численности импульсов, пропорциональные длительностям импульсов t u

2 Ф

40 подсчитываются соответственно счетчиками 18 и 2)). На HHAopMBIIHQHHblx выходах регистров 19 и 21 по сигналу

ll 1!

КИ формируются цифровые значения длительностей импульсон

N2=t f =?Хгй г- о - г-о (6) (7) t fo

5ОФормулаи э обретения

Согласно уравнениям (1), (!), (3) положение. границ светотени зависит где Го — частота генератора .?. .

В блоке 23 вычислений после окончания цикла формирования видеосигнала фотоприемником 5 с учетом уравнений (4) — (7) рассчитываются значения внутреннего 4 и внешнего D диаметрон, прозрачной трубы ?5.

Результаты вычислений индицируются индикатором 24.

Значение предельного угла 9 уста II нанлинают н процессе калибровки устройства, зафиксирован положение диафрагмы 3. Калибровка устройства ocvщестнляется с помощью эталонного образца трубы 25 с известными значениями внутреннего и внешнего диаметров.

Для обеспечения работоспособности устройства размеры диафрагмы 3 должны пренышать максимальное значение внешнего диаметра измеряемых труб 25 °

11елесообразно задавать значение предельного угла g „входа лучей в трубу,.! 5, испытываю)!)их явление полного внутреннего отражения на границе внутреннего отверстия н пределах от ХО

)О

Ф до 6О что установлено эксперимен— тально, а также аналитически расчетом зависимостей углон входа лучей, прошедших через исследуемый объект, от координаты выхода их из объекта параллельно линии регистрации для разлпчных соотношений внешнего и внутреннего диаметров прозрачных труб.

Для приведенного на фиг. a примера

IQ, + 4 ) Устройство для измерения геометрических размеров прозрачных труб, содержащее оптически связанные источник света, объектив и фотоприемник, и индикатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем в что, с целью повышения точности и информативности за счет измерения внутреннего диаметра трубы, оно снабжено

1657961 рассеивателем и целевой диафрагмой, установленными между объективом и источником света, последовательно соединеннь|ми блоком обработки видеосигнала, вход которого подключен к выходу фотоприемника, и блоком вьгшслений, вьгход которого подключен к входу индикатора.

16579б!

Фиг.5

1657961

Редактор F...11олио нов а

Заказ 24! 9 Тирах 381 Подписное

ВНИИПИ Государстве ного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Лроиэводственно-иэдатечьский комбинат "Патент", г. Ужгород, уд. Гагарина, 101

0ц ие

1/9

Ug

Составитель M.Kóçíåöîâ

Техред А.Кравчук. Корректор А.ОбРУчар