Фотоэлектрическое устройство измерения линейных размеров

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения состоит в расширении предела измерения и повышении надежности устройства за счет упрощения схемы. Устройство содержит последовательно установленные 1 светового потока, оптическую систему 2, дискретный фотоприемник 3, состоящий из N дискретов, первый элемент И 4, второй элемент И 5, третий элемент И 6, четвертый элемент И 7, элемент ИЛИ 8, счетчик 9, индикатор 10, дополнительный дискрет 11, образующий с фотоприемником 3 измерительную линейку 16 длиной d, расположенные вдоль оси измерения таким образом, что расстояние между дискретом 11 и дискретом 17 равно половине длины измерительной линейки 16 (d/2), RS-триггер 12, первый конденсатор 13, второй конденсатор 14, N - 1 конденсаторов 15. Дополнительный дискрет 11 расположен в начале, а дискрет 17 - строго в центре измерительной линейки 16. В исходном состоянии все дискреты измерительной линейки 16 засвечены световым потоком, им соответствует напряжение логического "0", затемненным - логической "1". К установочным входам D1 ... D_n счетчика 9 подведен код значения половины длины - d/2 измерительной линейки 16. Контролируемое изделие перемещается вдоль измерительной линейки 16 со стороны дополнительного дискрета 11, затемняя его первым. Напряжение на нем скачкообразно поднимается до уровня логической "1" и поступает на второй вход первого элемента И 4 и, через конденсатор 14 в виде положительного импульса - на вход сброса счетчика 9 и второй управляющий вход RS-триггера 12. При этом выход счетчика 9 и соответственно показания индикатора 10 устанавливаются на ноль, а выход RS-триггера 12 - в состояние логической "1". Дальнейшая работа устройства зависит от размера изделия. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологическом процессе для автоматического контроля изделий при их перемещении по конвейеру от одной операционной позиции к другой.

Известно устройство для измерения линейных размеров [1], содержащее источник светового потока, оптическую систему, дискретный фотоприемник, состоящий из N дискретов, схему обработки.

Недостатком этого устройства является небольшой предел измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения диаметра изделий [2], содержащее источник светового потока, оптическую систему, дискретный фотоприемник, состоящий из 2 N дискретов, схему обработки и управления.

Недостатком этого устройства является небольшой предел измерения и низкая надежность, обусловленная наличием большого количества дискретов и функциональных узлов.

Целью изобретения является расширение предела измерения и повышение надежности устройства за счет упрощения схемы.

Это достигается тем, что в фотоэлектрическое устройство измерения линейных размеров, содержащее последовательно установленные источник светового потока и оптическую систему для переноса теневого изображения изделия в плоскость анализа, дискретный фотоприемник, установленный в плоскости анализа и состоящий из N дискретов, расположенных вдоль оси измерения на расстоянии друг от друга, равном цене деления устройства, первый элемент И, второй элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, третий элемент И, первый вход которого подключен к первому входу первого элемента И, четвертый элемент И, первый вход которого подключен к второму входу второго элемента И, второй вход - к выходу третьего элемента И, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход - к выходу четвертого элемента И, счетчик, вход прямого счета которого подключен к выходу элемента ИЛИ, индикатор, вход которого подключен к выходу счетчика, введены RS-триггер, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй управляющий вход - к входу сброса счетчика, а выход - к второму входу третьего элемента И, первый конденсатор, включенный между выходом первого элемента И и входом записи счетчика, второй конденсатор, включенный между входом сброса счетчика и вторым входом первого элемента И, N-1 конденсаторов, каждый из которых одним концом подключен к второму входу второго элемента И, дополнительный дискрет, который подключен к второму входу первого элемента И, образует с фотоприемником измерительную линейку и расположен в начале оси измерения на расстоянии, равном половине длины измерительной линейки от ближайшего к нему дискрета, подключенного к первому входу первого элемента И, при этом другую половину измерительной линейки образуют остальные N-1 дискретов фотоприемника, каждый из которых подключен к свободному концу одного из N-1 конденсаторов, а к установочным входам счетчика подведен код значения половины длины измерительной линейки.

На фиг. 1 представлена функциональная схема фотоэлектрического устройства измерения линейных размеров; на фиг.2 - схема расположения дискретов измерительной линейки.

Фотоэлектрическое устройство измерения линейных размеров содержит источник 1 светового потока, оптическую систему 2 для переноса теневого изображения изделия в плоскость анализа, дискретный фотоприемник 3, состоящий из N дискретов, первый элемент И 4, второй элемент И 5, третий элемент И 6, четвертый элемент И 7, элемент ИЛИ 8, счетчик 9, индикатор 10, дополнительный дискрет 11, RS-триггер 12, первый конденсатор 13, второй конденсатор 14, N-1 конденсаторов 15.

Дополнительный дискрет 11 и фотоприемник 3, образующие измерительную линейку 16 (фиг.2) длиной d, расположены вдоль оси измерения таким образом, что расстояние между дополнительным дискретом 11 и ближайшим к нему дискретом 17 фотоприемника 3 равно половине длины измерительной линейки 16 (d/2). При этом дополнительный дискрет 11 расположен в начале, а ближайший к нему дискрет 17 фотоприемника 3 - строго в центре измерительной линейки 16.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии все дискреты измерительной линейки 16 засвечены световым потоком, формируемым источником 1 светового потока и оптической системой 2. Засвеченным дискретам соответствует напряжение логического "0", затемненным - логической "1". К установочным входам D1...D_п счетчика 9 подведен код значения половины длины d/2 измерительной линейки 16.

Контролируемое изделие перемещается вдоль измерительной линейки 16 со стороны дополнительного дискрета 11, затемняя его первым. Напряжение на нем скачкообразно поднимается до уровня логической "1" и поступает на второй вход первого элемента И 4 и через второй конденсатор 14 в виде положительного импульса на вход R сброса счетчика 9 и второй управляющий вход RS-триггера 12. При этом выход счетчика 9 и соответственно показания индикатора 10 устанавливаются на ноль, а выход RS-триггера 12 - в состояние логической "1".

Дальнейшая работа устройства зависит от размера L изделия, при этом возможны три случая.

Размер L изделия меньше d/2.

В этом случае невозможно одновременное затемнение изделием дополнительного дискрета 11 и ближайшего дискрета 17 фотоприемника 3. Перемещение изделия сначала приводит к засвечиванию дополнительного дискрета 11, на котором устанавливается логический "0", а после - к затемнению дискрета 17, на котором устанавливается логическая "1". Следовательно, только на одном из входов первого элемента И 4 действует логическая "1" и напряжение на его выходе остается на прежнем уровне - логического "0", которое, поступая на первый вход второго элемента И 5, удерживает его выход в состоянии логического "0" и блокирует этим прохождение сигнала по цепи второй вход второго элемента И 5 - первый вход элемента ИЛИ 8.

Логическая "1" с дискрета 17 фотоприемника 3 поступает на первый вход третьего элемента И 6, на втором входе которого действует логическая "1" с выхода RS-триггера 12. Выход третьего элемента И 6 устанавливается в состояние логической "1", которая, поступая на второй вход четвертого элемента И 7, подготавливает к прохождению сигнала цепь первый вход четвертого элемента И 7 - второй вход элемента ИЛИ 8.

Перемещаясь дальше вдоль измерительной линейки 16, изделие затемняет следующий по ходу дискрет фотоприемника 3. На дискрете скачкообразно устанавливается логическая "1", которая через один из N-1 конденсаторов 15 в виде положительного импульса поступает по цепи первый вход четвертого элемента И 7 - второй вход элемента ИЛИ 8 на счетный вход С счетчика 9. Выходной код счетчика 9 и следовательно показания индикатора 10 увеличиваются на величину длины перемещения изделия, равную цене деления l измерительной линейки 16.

Перемещаясь дальше, изделие последовательно затемняет следующие дискреты фотоприемника 3 и аналогично описанному изменяются показания индикатора 10. Так продолжается до того момента, пока изделие не пройдет над дискретом 17 фотоприемника 3 расстояние, равное размеру изделия. Дальнейшее перемещение изделия приводит к засвечиванию дискрета 17, на котором устанавливается логический "0", поступающий на первый вход третьего элемента И 6.

На выходе третьего элемента И 6 устанавливается логический "0", блокирующий дальнейшее прохождение импульсов напряжения с дискретов фотоприемника 3 по цепи четвертый элемент И 7 - элемент ИЛИ 8 на счетный вход счетчика 9. Этим останавливается рост показаний индикатора 10.

Таким образом, на индикаторе 10 фиксируется значение размера изделия.

Размер L изделия больше d/2.

Так как L>d/2, то изделие, перемещаясь, затемнит дискрет 17 фотоприемника 3, оставляя затемненным дополнительный дискрет 11. На обоих входах первого элемента И 4 устанавливается напряжение логической "1". На выходе первого элемента И также устанавливается логическая "1", которая поступит на первый вход второго элемента И 5, на первый управляющий вход RS-триггера 12 и через первый конденсатор 13 в виде положительного импульса - на вход V счетчика 9.

При этом второй элемент И 5 подготавливается для прохождения сигнала по цепи второй вход второго элемента И 5 - первый вход элемента ИЛИ 8; на выходе RS-триггера 12 устанавливается логический "0", который удерживает выход третьего элемента И 6 в состоянии логического "0" и этим блокирует прохождение сигнала по цепи первый вход четвертого элемента И 7 - второй вход элемента ИЛИ 8. На выход счетчика 9 выводится код значения половины длины d/2 измерительной линейки 16, действующий на его установочных входах D1... D_п. Соответственно, на индикаторе 10 высвечивается значение половины длины измерительной линейки 16.

Перемещаясь дальше, изделие затемняет следующий по ходу дискрет фотоприемника 3. На дискрете скачкообразно устанавливается логическая "1", которая через один из N-1 конденсаторов 15 в виде положительного импульса поступает по цепи второй вход второго элемента И 5 - первый вход элемента ИЛИ 8 на счетный вход С счетчика 9.

Выходной код счетчика 9 и следовательно показания индикатора 10 увеличиваются на величину длины перемещения изделия, равную цене деления l измерительной линейки 16.

Перемещаясь дальше, изделие последовательно затемняет следующие дискреты фотоприемника 3 и показания индикатора 10 изменяются аналогично описанному. Так продолжается до того момента, пока изделие не пройдет над дополнительным дискретом 11 расстояние, равное размеру изделия. После этого дополнительный дискрет 11 засвечивается, на нем устанавливается напряжение логического "0", поступающее на второй вход первого элемента И 4.

На его выходе устанавливается логический "0", блокирующий дальнейшее прохождение импульсов напряжения с дискретов фотоприемника 3 по цепи второй вход второго элемента И 5 - первый вход элемента ИЛИ 8 на счетный вход С счетчика 9. Этим останавливается рост показаний индикатора 10 и фиксируется значение размера изделия, равного сумме ранее выведенного на индикатор значения половины длины d/2 измерительной линейки 16 и значения длины, пропорциональной числу импульсов, поступивших с дискретов фотоприемника 3 на счетный вход счетчика 9.

Размер L изделия равен d/2.

Работа устройства аналогична, так как при L=d/2 изделие, перемещаясь, затемнит дискрет 17 фотоприемника 3, оставляя затемненным дополнительный дискрет 11.

Дальнейшее перемещение изделия сразу приводит к засвечиванию дополнительного дискрета 11 и запрету поступления импульсов с дискретов фотоприемника 3 на счетный вход С счетчика 9. Следовательно, на индикаторе 10 фиксируется только значение половины длины измерительной линейки 16, т.е. размер изделия.

Таким образом, ввод в устройство одного дополнительного дискрета, расположенного на расстоянии половины длины измерительной линейки от ближайшего к нему дискрета фотоприемника, RS-триггера и N+1 конденсаторов позволяет в два раза расширить предел измерения устройства или при вдвое меньшем числе дискретов обеспечить тот же предел измерения. При этом благодаря уменьшению числа дискретов удается упростить схему и соответственно повысить ее надежность.

Формула изобретения

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ, содержащее последовательно установленные источник светового потока и оптическую систему для переноса теневого изображения изделия в плоскость анализа, дискретный фотоприемник, установленный в плоскости анализа и состоящий из N дискретов, расположенных вдоль оси измерения на расстоянии друг от друга, равном цене деления устройства, первый элемент И, второй элемент И, первый вход которого подключен к выходу первого элемента И, третий элемент И, первый вход которого подключен к первому входу первого элемента И, четвертый элемент И, первый вход которого подключен к второму входу второго элемента И, второй вход - к выходу третьего элемента И, элемент ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход - к выходу четвертого элемента И, счетчик, вход прямого счета которого подключен к выходу элемента ИЛИ, индикатор, вход которого подключен к выходу счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения предела измерения и повышения надежности устройства, в него введены RS-триггер, первый управляющий вход которого подключен к выходу первого элемента И, второй управляющий вход - к входу сброса счетчика, а выход - к второму входу третьего элемента И, первый конденсатор, включенный между выходом первого элемента И и входом записи счетчика, второй конденсатор, включенный между входом сброса счетчика и вторым входом первого элемента И, N-1 конденсаторов, каждый из которых одним концом подключен к второму входу второго элемента И, дополнительный дискрет, который подключен к второму входу первого элемента И, образует с фотоприемником измерительную линейку и расположен в начале оси измерения на расстоянии, равном половине длины измерительной линейки от ближайшего к нему дискрета, подключенного к первому входу первого элемента И, при этом другую половину измерительной линейки образуют остальные N-1 дискретов фотоприемника, каждый из которых подключен к свободному концу одного из N-1 конденсаторов, а к установочным входам счетчика подведен код значения половины длины измерительной линейки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2