Струйно-акустический способ измерения расстояний

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения: повышение точности измерения расстояний между соплом и точкой падения измерительного излучения на объект. Сущность изобретения: в качестве измерительного излучения используют акустические колебания, самовозбуждающиеся на торце сопла и переносимые истекающим из него воздушным потоком, который падает на объект и возбуждает в точке падения многочастотные акустические колебания, распространяющиеся в пространство от объекта в виде сферических волн и попадающие на приемник, усиливают сигналы и измеряют в скользящем интервале времени их суммарную мощность, имеющую экспоненциально убывающую зависимость от длины струи, а по величине средней мощности сигнала судят о расстоянии между соплом и объектом. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано преимущественно в сварочном производстве с целью адаптации перемещений рабочих органов роботов или манипуляторов к поверхностям, кромкам для разделки кромок свариваемых изделий без механического контакта с ними.

Известен фотооптический способ измерения расстояний, основанный на зависимости яркости отраженного света от пятна, образуемого сфокусированным световым потоком, падающим на объект, от расстояния между осветителем и объектом.

Недостатком этого способа является зависимость точности измерения от принципиально неустранимых помех, связанных с такими характеристиками объекта, как шероховатость, окраска, коррозия или окисление его поверхности, а также наклон и посторонняя подсветка.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является пневматический способ измерения линейных размеров, заключающийся в том, что направляют из сопла в измеряемый зазор между соплом и объектом струю сжатого воздуха, которая вызывает самовозбуждение акустических колебаний, частоту которых измеряют, и по ней судят о величине упомянутого зазора.

Недостатком этого способа является низкая точность измерения зазоров или расстояний между соплом и объектом. Однако причины низкой точности измерений связаны, главным образом, не с параметрами объекта, а со статистическим характером зависимости частоты возбуждаемых колебаний от величины зазора, равного длине воздушной струи, или же измеряемому расстоянию между соплом и точкой падения струи на объект. Эта причина устранима с помощью накопления и усреднения информации, а также выбором рациональных измеряемых параметров сигналов.

Цель изобретения - повышение точности измерения расстояния между соплом и точкой падения измерительного излучения на объект. Для этого в качестве измерительного излучения используют акустические колебания, самовозбуждающиеся на торце сопла и переносимые истекающим из него воздушным потоком, который падает на объект и возбуждает в точке падения многочастотные акустические колебания, распространяющиеся в пространство от объекта в виде сферических волн и попадающие на приемник, усиливают сигналы и измеряют в скользящем интервале времени их суммарную мощность, имеющую экспоненциально убывающую зависимость от длины струи, и по величине средней мощности сигнала судят о расстоянии между соплом с объектом.

Можно зафиксировать переходы принимаемого акустического сигнала через нулевой уровень и подсчитать на постоянном скользящем интервале времени их количество, по которому можно судить об измеряемом расстоянии между соплом и объектом.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что источник излучения, которым является цилиндрическое сопло, подключенное к пневмосети, размещают вблизи приемного устройства так, чтобы прямая передача акустической энергии от сопла к приемнику была минимальной. Благодаря этому уменьшается уровень шумов и повышается чувствительность измерения расстояний. Основная траектория прохождения акустического сигнала совпадает с двумя отрезками прямых, соединяющих торец сопла с точкой падения струи на объект и последнюю с центром приемного устройства. Сигналы с приемника, которым могут быть различного типа микрофоны или пьезоэлектрические преобразователи, подают на предусилитель и далее на усилитель мощности, после которого возможны любые стандартные аналоговые или цифровые методы их обработки. В качестве измеряемых параметров сигналов выбирают среднюю мощность или среднее число переходов сигнала через нулевой уровень, которые определяют в необходимом скользящем интервале времени, зависящем от требуемой точности и достоверности измерения расстояний.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Предварительно снимают калибровочную характеристику устройства, осуществляющего струйно-акустический способ измерения расстояний. С этой целью сопло и приемное устройство закрепляют на штативе, имеющем микрометрический винт регулировки расстояния и шкалу, по которой можно считывать величину измеряемого расстояния. Затем включают устройство и производят измерения средней суммарной мощности звука, отраженного от точки падения струи, или количество переходов сигнала через нуль на фиксированном отрезке времени при различных длинах струи. Составляют таблицу соответствия измеренных величин сигналов длинам струи, изменяемым с необходимым шагом во всем диапазоне ее возможных значений. Эта таблица может быть введена в память ЭВМ при использовании машинной обработки информации. После этого способ измерения расстояний готов к применению, в процессе которого сопло направляют на объект и производят измерение выбранных параметров сигнала, по величинам которых находят соответствующие табличные значения расстояний.

П р и м е р. Было использовано сопло с диаметром 0,5 мм, давление сжатого воздуха 0,2 МПа, микрофон и усилитель с полосой пропускания от 0 до 100 кГц, время усреднения суммарной мощности сигнала на всех частотах составляло 0,1 с. При этом наблюдалась экспоненциальная зависимость средней суммарной мощности сигнала от длины струи в диапазоне от 10 до 40 мм.

Формула изобретения

1. СТРУЙНО-АКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ, заключающийся в том, что от источника измерения посылают к объекту направленное излучение, принимают сигнал, отраженный от объекта,и по величинам параметров сигнала судят о расстоянии между излучателем и объектом, отличающийся тем, что в качестве измерительного излучения используют акустические колебания, самовозбуждающиеся на торце сопла и переносимые истекающим из него воздушным потоком, который падает на объект и возбуждает в точке падения многочастотные акустические колебания, распространяющиеся в пространство от объектов в виде сферических волн и попадающие на приемник, усиливают сигналы и измеряют в скользящем интервале времени их суммарную мощность, имеющую экспоненциальную убывающую зависимость от длины струи, а по величине средней мощности сигнала судят о расстоянии между соплом и объектом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фиксируют переходы принимаемого акустического сигнала через нулевой уровень и подсчитывают на постоянном скользящем интервале времени их количество, по которому судят об измеряемом расстоянии между соплом и объектом.