Устройство для контроля изделий

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повышение информативности и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения в двух сечениях размеров, положения, температуры, и повышение точности измерения за счет учета смещения изделия вдоль оптической оси. Цель достигается тем, что устройство имеет два фотоприемника 1, 2, устанавливаемых под углом, отличным от 180°, что позволяет контролировать изделие по двум сечениям. Блоки 5, 6 управляемой задержки позволяет регулировать чувствительность фотоприемников, что обеспечивает проведение измерений при фиксированной амплитуде видеосигнала, и таким образом учесть влияние температуры. 9 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения геометрических размеров, положения и температуры изделия в ходе технологического процесса в машиностроении, например, в металлургии, прокатном производстве. Цель изобретения повышение информативности и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения в двух сечениях размеров, положения, температуры и повышение точности измерения за счет учета смещения изделия вдоль оптической оси. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2-7 принципиальные схемы блоков; на фиг. 8 временные диаграммы работы устройства; на фиг. 9 алгоритм вычислений в блоке коррекции. Устройство содержит (фиг. 1) развертывающие фотоприемники 1, 2 с объективами, расположенными так, что их оптические оси пересекаются под углом, не равным 180^о, формирователи 3, 4 измерительного интервала, блоки 5, 6 управляемой задержки, генератор 7 управляющих импульсов, суммирующий блок 8, блок 9 определения положения кромок, первый 10 и второй 11 мультиплексоры, блок 12 формирования выходных кодов и коррекции. Тактовые входы развертывающих фотоприемников 1, 2 связаны по шине 13 с первым выходом генератора 7 управляющих импульсов, второй выход которого через шину 14 соединен с первыми управляющими входами фотоприемников 1, 2 и тактирующими входами блоков 5, 6 управляемой задержки, выходы которых связаны по шинам 15, 16 с вторыми управляющими входами фотоприемников 1, 2, выходы которых по шинам 17, 18 связаны с входами формирователей 3, 4 измерительного интервала, управляющие выходы которых связаны по шинам 19, 20 с управляющими входами блоков 5, 6 управляемой задержки, а информационные выходы по шинам 21, 22 соответственно с первым и вторым входами суммирующего блока 8, выход которого через шину 23, являющуюся первой выходной шиной устройства, связан с первым входом блока 9 определения положения кромок, второй и третий входы которого подключены через шины 14,24 соответственно к второму и третьему выходам генератора 7 управляющих импульсов, первый и второй входы первого мультиплексора 10 по шинам 15, 16 связаны с выходами блоков 5, 6 управляемой задержки, третьим входы первого 10 и второго 11 мультиплексоров и суммирующего блока 8 через шину 14 подключены к второму выходу генератора 7 управляющих импульсов, к третьему выходу которого через шину 24 подключен четвертый вход первого мультиплексора 10, первый и второй входы второго мультиплексора 11 соединены по шинам 25, 26 с выходами блока 9 определения положения кромок и первого мультиплексора 10, выход через шину 27 подключен к первому входу блока 12 формирования выходных кодов и коррекции, второй вход которого через шину 14 связан с вторым выходом генератора 7 управляющих импульсов, а выход подключен к второй выходной шине 28 устройства для контроля изделия 29. Формирователь 3 (4) измерительного интервала включает (фиг. 2) последовательно соединенные усилитель 30 видеосигнала, фильтр 31 нижних частот, амплитудный детектор 32, компаратор 33, второй вход которого связан с выходом фильтра 31 нижних частот. Блок 5 (6) управляемой задержки (фиг. 3) включает блок 34 сравнения, управляющий вход которого соединен через шину 19 (20) с управляющим выходом блока 3 (4) формирования измерительного интервала, установочный вход с выходной шиной U_оп. источника опорного напряжения (на чертеже не показан), выход связан с входом управляемого элемента 35, выход которого связан с управляющим входом одновибратора 36, информационный вход которого подключен к шине 14 (14), а выход 15 (16) является выходом блока 5 (6) управляемой задержки. Устройство работает следующим образом. Изображение раскаленного изделия 29 проецируется на фоточувствительную поверхность фотоприемников 1 и 2 двух сечений. Генератор 7 управляющих импульсов формирует тактовую импульсную последовательность со скважностью 2 (фиг. 8, U₁₃), которая подается по шине 13 на тактирующие входы фотоприемников 1 и 2, а также импульсы стирания (фиг. 8, U₁₄), которые по шине 14 подаются на первые управляющие входы фотоприемников 1 и 2 и информационные входы блоков 5, 6 управляемой задержки. Импульсы считывания (фиг. 8, U₁₅₍₁₆₎), сформированные в блоках 5, 6 управляемой задержки, по шинам 15, 16 подаются на вторые управляющие входы соответственно фотоприемников 1 и 2. Величина задержки импульсов считывания относительно импульсов стирания определяет время Т_н накопления или чувствительность фотоприемников. Распределение выходных сигналов фотоприемников 1 и 2 при считывании во времени пропорционально пространственному распределению интенсивности света по поверхности фотоприемников 1 и 2. Считанные с ячеек фотоприемников 1, 2 токовые сигналы преобразуются в напряжение с помощью видеоусилителя 30. Фильтром 31 нижних частот выделяется огибающая дискретного видеосигнала (фиг. 8, U₃₁), которая подается на вход амплитудного детектора 32 и один вход компаратора 33, на второй вход которого подается сигнал с выхода амплитудного детектора 32. На выходе компаратора 33 (шина 21) формируется прямоугольный импульс (фиг. 8, U₂₁), равный по ширине видеоимпульсу на выходе фильтра 31 нижних частот при амплитуде 0,5 от максимальной, для чего коэффициент передачи амплитудного детектора устанавливается равным 0,5. Длительность импульса на выходе формирователя 3 измерительного интервала (шина 21) пропорциональна проекции изображения контролируемого изделия 29 в первом сечении. Одновременно сигнал с выхода амплитудного детектора 32 по шине 19, являющейся управляющим выходом формирователя 3 измерительного интервала, поступает на управляющий вход блока 34 сравнения, на установочный вход которого подается напряжение с источника опорного напряжения (фиг. 3). Результирующий уровень напряжения, поступая на вход управляемого элемента 35 (в данном случае затвор полевого транзистора), определяет величину регулируемой задержки одновибратора 36. Таким образом на выходе блока 5 (шина 15) формируются импульсы, задержанные относительно входных на время Т_н накопления (фиг. 8, U₁₅), пропорциональное амплитуде видеосигнала на выходе фотоприемника 1, а значит, яркости излучения (температуре) контролируемого изделия 29. Измерив длительность времени накопления, можно вычислить температуру изделия согласно выражению (при измерении на длине волны λ): T , где С₁, С₂ постоянные коэффициенты закона Макса-Планка; С₁ 3,7413 ˙ 10^-16 Вт м²; С₂ 1,4388 ˙ 10⁴ мкм град; λ- длина волны; ε _λ- коэффициент излучения реального тела; Т_н время накопления; К коэффициент, учитывающий конструктивные, спектральные и выходные характеристики фотоприемника. Выделение и обработка видеосигнала с фотоприемника производится в блоках 4, 6 аналогично. На выходе формирователя 4 измерительного интервала (шина 22) получается импульс, длительность которого пропорциональна проекции изображения контролируемого изделия 29 в другом сечении (фиг. 8, U₂₂). Длительность импульса на выходе блока 6 (шина 16) пропорциональна температуре изделия 29 в другом сечении (фиг. 8, U₁₆). Импульсы с выходов формирователей 3, 4, соответствующие размерам изделия в двух сечениях, подаются на первый и второй входы суммирующего блока 8 (фиг. 4): по шине 21 на первый вход схемы 28 И ( фиг. 8, U₂₁), по шине 22-на первый вход схемы 39 И (фиг. 8, U₂₂). На вторые входы схем 38, 39 И подаются импульсы с прямого и инверсного выходов триггера 37, работающего в режиме деления на 2 частоты импульсов стирания, поступающих по шине 14 (фиг. 8, U₃₇, ). Соответственно на выход схем 38 И, 39 И проходят импульсы U₂₁, U₂₂ через один (поочередно) (фиг 8, U₃₈,U₃₉). На выходе схемы 40 ИЛИ выделяется суммарный сигнал (шина 23), состоящий из чередующихся по периодам опроса импульсов, соответствующих диаметру изделия в первом и втором сечениях (фиг. 8, U₂₃). Сигнал с выхода блока 8 по шине 23 подается на С-вход триггера 41 (фиг. 5), D-вход которого подключен к шине питания, а R-вход к шине 14. На выходе триггера 41 формируются импульсы длительностью от переднего фронта импульсов, соответствующих размеру в двух сечениях, до конца периода опроса фотоприемников (что соответствует положению передних кромок), которые затем на схеме 42 И заполняются импульсами высокой частоты (шина 24). Одновременно суммарные сигналы, соответствующие размеру, заполняются на схеме 44 И импульсами высокой частоты, деленной на 2 триггером 43 (фиг. 8, U₄₄). На выходе схемы 45 И (шина 25) получаются импульсы, часть которых, соответствующая размеру, заполнена импульсами высокой частоты, деленной на 2, а оставшаяся часть импульсами высокой частоты (фиг. 8, U₂₅). Сигналы с выходов блоков 5, 6, управляемой задержки, соответствующие температуре изделия в двух сечениях, по шинам 15, 16 подаются на первые входы схем 47, 48 И первого мультиплексора 10 (фиг. 6), на вторые входы схем 47, 48 И подаются импульсы с прямого и инверсного выходов триггера 46, работающего в режиме деления на 2 частоты импульсов стирания. На выходе схемы 49 ИЛИ выделяется суммарный сигнал, состоящий из чередующихся по периодам опроса импульсов, соответствующих температуре изделий 29 в двух сечениях. На выход 26 первого мультиплексора 10 проходит суммарный сигнал по температуре, заполненный на схеме 50 И импульсами высокой частоты с шины 24. Заполненные высокочастотными импульсами сигналы с выходов блока 9 определения положения кромок (фиг. 8, U₂₅) и первого мультиплексора 10 (фиг. 8, U₂₆) по шинам 25, 26 поступают на первые входы схем 53, 54 И, на вторые входы которых подаются импульсы с прямого и инверсного выходов триггера 52, который вместе с триггером 51 составляет делитель на 4 частоты импульсов стирания. На выходе схемы 55 ИЛИ (шина 27 выхода второго мультиплексора 11) (фиг. 7) формируется полный измерительный сигнал (фиг. 8, U₂₇), в котором чередуются попарно сигналы, соответствующие положению кромок и температуре в двух сечениях. Измерение длительностей сформированных сигналов производится в блоке 12 формирования кодов и коррекции путем подсчета количества импульсов заполнения. На выходе счетчика получаются коды, соответствующие (в порядке формирования): диаметру в первом сечении, деленному на 2; координате центра в первом сечении;
диаметру во втором сечении, деленному на 2;
координате центра во втором сечении;
температуре в первом сечении;
температуре во втором сечении. Код с выхода счетчика в моменты, определяемые импульсами синхронизации (фиг. 8, U_синхр.), подается на ЭВМ, в которой производятся вычисления с целью определения истинного поперечного размера изделия в двух сечениях с учетом поправок на смещения и масштаб, температуры в двух сечениях с учетом температурного коэффициента расширения материала, положения изделия в двух сечениях. Алгоритм вычислений приведен на фиг. 9. Для данного варианта реализации, в котором блок коррекции выполнен на базе ЭВМ ДВК-3, процесс измерения осуществляется следующим образом. В начале производится тарирование устройства в заданном диапазоне перемещений трубы известного диаметра. Для этого труба перемещается вдоль оптической оси одной, затем другой головки с определенным шагом. Положение трубы фиксируется с помощью одной фотоприемной головки, а диаметр другой. По полученным данным строятся графические зависимости между разностью номинального и текущего диаметра и координатой трубы по двум каналам. После этого выводится уравнение корректирующей прямой, используя которое можно определить истинный диаметр трубы при ее произвольном положении. Далее производится измерение диаметра и положения трубы по обоим каналам в различных произвольных точках в пределах диапазона тарирования. Истинный диаметр трубы по обоим сечениям определяется на основании полученных данных с учетом корректирующих уравнений, выведенных по результатам тарирования.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ, содержащее первый и второй развертывающие фотоприемники с соответствующими объектами, первый и второй формирователи измерительного интервала, информационные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго развертывающих фотоприемников, суммирующий блок, первый и второй входы которого соединены с информационными выходами соответственно первого и второго формирователей измерительного интервала, а также генератор управляющих импульсов, первый и второй выходы которого связаны с тактирующими и первыми управляющими входами первого и второго развертывающих фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения информативности и расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения в двух сечениях размеров, положения, температуры изделия и повышения точности измерения, фотоприемники расположены так, что их оптические оси пересекаются под углом, не равным 180^o, оно снабжено первым и вторым блоками управляемой задержки, блоком определения положения кромок, первым и вторым мультиплексорами, блоком формирования выходных кодов и коррекции, управляющие входы первого и второго блоков управляемой задержки подключены к управляющим выходам соответственно первого и второго формирователей измерительного интервала, тактирующие входы подключены к второму выходу генератора управляющих импульсов, а выходы подключены к вторым управляющим входам первого и второго фотоприемников соответственно, выход суммирующего блока связан с первой выходной шиной устройства и первым входом блока определения положения кромок, второй и третий входы которого подключены соответственно к второму и третьему выходам генератора управляющих импульсов, первый и второй входы первого мультиплексора подключены к выходам соответственно первого и второго блоков управляемой задержки, третьи входы первого и второго мультиплексоров и суммирующего блока связаны с вторым выходом генератора управляющих импульсов, с третьим выходом которого связан четвертый вход первого мультиплексора, первый и второй входы второго мультиплексора соединены соответственно с выходами блока определения положения кромок и первого мультиплексора, выход подключен к первому входу блока формирования выходных кодов и коррекции, второй вход которого связан с вторым выходом генератора управляющих импульсов, а выход является второй выходной шиной устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5