Оптическое устройство для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий

Оптическое устройство для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий содержит тубус с передающими линзами, окуляр, объектив с призмой, опоры и осветительную систему. Также оно снабжено жесткой балкой, закрепляемой на торцах исследуемого изделия, с возможностью вращения вокруг своей оси. Кроме того, устройство оснащено держателем, выполненным с возможностью перемещения вдоль балки, который через датчик перемещения и опоры, выполненные подпружиненными, взаимодействует с планкой, закрепленной на тубусе объектива и оснащенной двумя лазерными указками, установленными под углом друг к другу на равном расстоянии от призмы объектива. Балка снабжена натяжным устройством, которое выполнено с возможностью перемещения вдоль балки одновременно с держателем и соединено тросиком с подпружиненными опорами последнего и оснащено дополнительной подпружиненной опорой, соединенной с тубусом. Технический результат - разработка высокоточного оптического устройства, позволяющего бесконтактным методом измерять расстояние до исследуемой поверхности и тем самым определять диаметр и проводить контроль внутреннего профиля крупногабаритных изделий. 1 ил.

 

Изобретение относится к оптическим измерительным устройствам и может быть использовано для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий.

Изучение уровня техники выявило известные решения одинакового с изобретением назначения и сходные с ним по технической сущности, это, например, устройство для фотографирования внутренней поверхности (а.с. №131922, БИ №18, 1961 г., стр.45), которое с помощью вращающейся оптической головки с зеркалом, передающей разложенное по спирали изображение стенки к фотоумножителю через световоды, расположенные внутри исследуемого изделия между источником света и оптической головкой, а также между последней и фотоумножителем, с последующей регистрацией построчно разложенного изображения.

Несмотря на значительные достоинства - высокая разрешающая способность обнаружения дефектов и большая (до 6 м) длина световодов, устройство имеет ряд недостатков, исключающих возможность его использования для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий.

Во-первых, внутренняя поверхность исследуемого изделия должна иметь высокую отражательную способность, иначе отраженный от нее сигнал, особенно при внутреннем диаметре более 50-60 мм, потеряется в шумах фотоумножителя.

Во-вторых, устройство дает развертку внутренней поверхности исследуемого изделия без учета возможной деформации по ее длине, поэтому все размеры дефектов "привязаны" к диаметру, измеряемому на краях исследуемого изделия, что не всегда соответствует действительности.

В-третьих, при увеличении диаметра исследуемого изделия возникает необходимость центрировать расположение световодов для одинакового освещения поверхности и уменьшения искажений при сканировании, что значительно уменьшает освещенность внутренней поверхности исследуемого изделия.

Известно также оптическое устройство (гибкий эндоскоп) для фотографирования и передачи на телекамеру внутренней поверхности кривых каналов и полостей (Вейнберг В.В. и Саттаров Д.К. "Оптика световодов". Л.: "Машиностроение", 1977, стр.16). Оптическое устройство имеет источник света с конденсором, осветительный жгут, передающий свет до исследуемой поверхности, объектив с призмой, закрепленный на конце регулярного волоконно-оптического жгута, и окуляр. Объектив формирует изображение поверхности на торце волоконно-оптического жгута, передающего изображение к окуляру.

Описанное оптическое устройство своими характеристиками, а именно возможностью фотографирования дефектов и осмотра внутренней поверхности цилиндрических изделий любого диаметра, в большем объеме удовлетворяет требованиям, предъявляемым к измерительным оптическим устройствам, однако данное оптическое устройство имеет низкую разрешающую способность, что ведет к увеличению погрешности определения размеров дефектов на поверхности изделия, а отсутствие шкалы масштаба не позволяют определить реальные размеры наблюдаемых дефектов, что приводит к невозможности определения внутреннего диаметра изделия и построения его профиля.

В качестве прототипа взята конструкция оптического устройства (Сирота Г.А, Технические эндоскопы - приборы для визуального контроля труднодоступных объектов. "В мире неразрушающего контроля. Ежеквартальное журнальное обозрение", №2(8), 2000, стр.4) для осмотра качества поверхности глубоких горизонтальных отверстий (длиной до 7,5 м), которое состоит из визуальной и осветительной системы. Визуальная система представляет собой линзовую оптику, которая заключена в металлический тубус, составленный из сочлененных друг с другом частей с нанесенной шкалой по длине наружной поверхности. Осветительная система предназначена для освещения исследуемой поверхности и состоит из источника электрической энергии и источника света.

Такая конструкция позволяет варьировать длину оптического устройства от 1,6 до 7,6 м путем стыковки необходимого числа частей. При этом на свободном конце собранного тубуса закрепляется объектив с призмой для осмотра поверхности, а на противоположном - окуляр, обеспечивающий наведение на резкость изображения осматриваемой поверхности. При осмотре глубоких горизонтальных отверстий для исключения провисания тубуса и, вследствие этого, искажения изображения, последний снабжен специальными опорами, которые контактируют с исследуемой поверхностью. В зависимости от глубины отверстия сочленяется необходимое число частей тубуса, на которых крепятся опоры. Устройство вводится в отверстие, включается осветительная система, и проводится осмотр поверхности с поворотом оптической трубы вокруг своей оси и перемещением ее вдоль оси отверстия.

Основное преимущество описанного выше устройства - высокая разрешающая способность, однако при осмотре глубоких отверстий необходимо применение другого поддерживающего устройства для предотвращения повреждения поверхности при касании с ней подвижной головки устройства или опор, что не позволяет измерять расстояние от объектива до исследуемой поверхности, а также определить размеры дефектов, обнаруженных на контролируемой поверхности. Кроме того, касание опор может вызвать повреждение исследуемой поверхности, приводящее к увеличению числа дефектов и искажению информации о них.

Таким образом, перечисленные недостатки не позволяют использовать описанные оптические устройства для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий, т.е. решать поставленную техническую задачу.

Задачей заявляемого изобретения является разработка высокоточного оптического устройства, позволяющего бесконтактным методом измерять расстояние до исследуемой поверхности и тем самым определять диаметр и проводить контроль внутреннего профиля крупногабаритных изделий.

Поставленная задача решается предлагаемой конструкцией оптического устройства для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий, которое содержит тубус с передающими линзами, окуляр, объектив с призмой, опоры и осветительную систему, при этом оно снабжено жесткой балкой, закрепляемой на торцах исследуемого изделия с возможностью вращения вокруг своей оси, оснащенной держателем, выполненным с возможностью перемещения вдоль балки, который через датчик перемещения и опоры, выполненные подпружиненными, взаимодействует с планкой, закрепленной тубусе объектива и оснащенной двумя лазерными указками, установленными под углом друг к другу на равном расстоянии от призмы объектива, причем балка снабжена натяжным устройством, которое выполнено с возможностью перемещения вдоль балки одновременно с держателем, соединено тросиком с подпружиненными опорами последнего и оснащено дополнительной подпружиненной опорой, соединенной с тубусом.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от последнего наличием жесткой балки, которая закрепляется на торцах исследуемого изделия с возможностью вращения вокруг своей оси, оснащенной держателем с возможностью перемещения вдоль балки, который через датчик перемещения и опоры, выполненные подпружиненными, взаимодействует с планкой, которая закрепляется на тубусе объектива и оснащается двумя лазерными указками, установленными под углом друг к другу на равном расстоянии от призмы объектива, кроме того, балка снабжена натяжным устройством, которое выполнено с возможностью перемещения вдоль балки одновременно с держателем и соединено тросиком с подпружиненными опорами последнего и оснащено дополнительной подпружиненной опорой, соединенной с тубусом.

Введение в устройство балки, закрепляемой на торцах исследуемого изделия позволяет центрировать объектив с призмой и перемещать их вдоль отверстия при измерениях профиля последнего.

Наличие двух подвижных опор дает возможность призме с объективом и лазерными указками под действием натяжного устройства передвигаться перпендикулярно исследуемой поверхности. Введение подпружинивания опор позволяет, во-первых, вводить устройство в отверстия, имеющие диаметр меньше измеряемого, а во-вторых, возвращать объектив устройства в исходное положение после проведения измерений диаметра исследуемой поверхности. Это перемещение объектива с призмой относительно поверхности регистрируется с помощью датчика, связанного с объективом рабочим элементом через тросик, а своим корпусом - с жесткой балкой. Совпадение лучей лазерных указок на поверхности, наблюдаемое через оптическое устройство, определяет величину необходимого перемещения объектива с призмой измерений диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий.

Новые качества известного конструктивного решения заключаются в возможности контролируемого перемещения объектива к исследуемой поверхности канала по совмещению лучей лазерных указок и датчика, регистрирующего перемещение. Движение объектива перпендикулярно поверхности канала обеспечивается наличием подпружиненных опор путем одновременного перемещения их пружин с помощью натяжного устройства.

Такое выполнение конструкции из уровня техники явным образом не вытекает и не было очевидным для специалистов, а имеющиеся отличия непосредственно влияют на решение поставленной задачи.

Проведенные измерения от подвижной головки до поверхности с помощью макета заявляемого технического решения показали правильность используемых в заявке технических решений.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическим материалом, на котором приняты следующие обозначения:

1 - призма и объектив устройства,

2 - планка,

3 - элементы крепления жесткой балки,

4 - лазерные указки,

5 - жесткая балка,

6 - держатель подвижных опор,

7 - опора,

8 - датчик перемещения,

9 - тросик датчика,

10 - тросик натяжного устройства,

11 - тубус,

12 - исследуемая поверхность,

13 - натяжное устройство,

14 - окуляр оптического устройства,

15 - дополнительная опора

а - расстояние между лучами указок на исследуемой поверхности,

В - расстояние между осями поворота указок 4,

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

В канале устанавливается жесткая балка 5, закрепляемая с помощью элементов крепления 3 на торцах канала. На держателе 6, имеющем возможность передвигаться вдоль балки 5, закрепляются две подпружиненные опоры 7, на противоположных концах которых устанавливаются планка 2, на которой крепится призма с объективом 1 и тубус 11 оптического устройства, лазерные указки 4 на одинаковом удалении от призмы и объектива 1 под углом друг к другу. На другом конце жесткой балки 5 устанавливается натяжное устройство 13, к которому с помощью дополнительной опоры 15 крепится тубус 11 с окуляром 14. Проверяется свобода перемещения опор 7 и 15, к ним прикрепляется тросик 10 натяжного устройства 13, замеряется расстояние в между указками 4, измеряется угол их наклона к оси балки 5 (обычно угол ставят в пределах α=45-60 градусов) и определяется расстояние между между призмой и датчиком перемещения 8 на жесткой балке 5. По величине вытянутого тросика 9 датчика перемещения 8 записывается первоначальное показание датчика перемещения 8, стоящего между балкой 5 и призмой с объективом 1. Устройство вводится в канал, включаются лазерные указки 4 и проводится совмещение лучей (расстояние а равно нулю) указок 4 на исследуемой поверхности 12, что наблюдается через окуляр 14 оптического устройства путем передачи изображения исследуемой поверхности 12 оптической системой устройства. Для этого с помощью тросика 10 натяжного устройства 13 призма 1 перемещается к исследуемой поверхности 12 на величину S, что фиксируется датчиком перемещения 8.

Измеряемое расстояние R от поверхности до жесткой балки определяется выражением:

R=L+S+B/(2/tgα);

где L - первоначальное расстояние между призмой с объективом и жесткой балкой;

S - приближение призмы к исследуемой поверхности, фиксируемое датчиком перемещения;

В - расстояние между указками;

α - угол наклона указок к оси балки.

Перемещая призму с объективом 1 вдоль жесткой балки 5, и замеряя расстояние между балкой и поверхностью 12, можно построить профиль исследуемой поверхности канала 12. Повернув балку 5 с держателем 6 опор в зажимах 3 на 180 градусов и проведя вышеуказанные операции измерения расстояния до поверхности в тех же точках по длине канала, определяют диаметр канала и его полный профиль. Устройство позволяет проводить измерение профиля канала в продольном сечении под любым углом к горизонтальной плоскости канала.

Изготовление предлагаемого оптического устройства реализуемо практически, так как его составные элементы не являются дефицитными, а необходимость в использовании предлагаемого оптического устройства, обеспечивающего бесконтактное и достоверное измерение диаметра и контроль внутреннего профиля крупногабаритных изделий, очевидна.

Оптическое устройство для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий, содержащее тубус с передающими линзами, окуляр, объектив с призмой, опоры и осветительную систему, отличающееся тем, что оно снабжено жесткой балкой, закрепляемой на торцах исследуемого изделия, с возможностью вращения вокруг своей оси, оснащенной держателем, выполненным с возможностью перемещения вдоль балки, который через датчик перемещения и опоры, выполненные подпружиненными, взаимодействует с планкой, закрепленной на тубусе объектива и оснащенной двумя лазерными указками, установленными под углом друг к другу на равном расстоянии от призмы объектива, причем балка снабжена натяжным устройством, которое выполнено с возможностью перемещения вдоль балки одновременно с держателем и соединено тросиком с подпружиненными опорами последнего и оснащено дополнительной подпружиненной опорой, соединенной с тубусом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для точного измерения геометрической формы элементов, образующих протяженные каналы, и для проецирования световых изображений внутрь каналов.

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля металлизированных отверстий печатных плат при исследовании или анализе материалов с помощью оптических средств и может найти, в частности применение для неразрушающего контроля металлизированных сквозных отверстий печатных плат.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машинои приборостроении при изготовлении миниатюрных подшипников, часовых камней, фильер и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля крупногабаритных изделий, имеющих цилиндрическую форму внутренней поверхности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано лля бесконтактного измерения отверстий, в том числе с переменным диаметром Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона контролируемых отверстий.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении диаметра отверстий. .

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении для контроля точности изготовления диаметра отверстий.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, для размерного контроля отверстия. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения непрямолйнейнос-. .

Изобретение относится к способам для обнаружения и измерения цилиндрических поверхностей в огнеупорных керамических деталях и может быть использовано в металлургии. Для реализации указанного способа используется измерительная труба, при этом на ней расположена камера, объектив которой направлен по меньшей мере на одну расположенную в измерительной трубе отражательную поверхность, в то же время отражательная поверхность проходит на расстоянии от объектива и наклонно к аксиальному направлению измерительной трубы. Кроме того, измерительная труба на противолежащем отражательной поверхности участке контура является светопроницаемой, а в измерительной трубе или на ней расположено устройство для измерения расстояния. Камера при соответствующем фокусном расстоянии между объективом и отражательной поверхностью регистрирует проходящую на радиальной расстоянии от измерительной трубы часть цилиндрической поверхности соседней огнеупорной керамической детали и с помощью устройства регистрирует расстояние точки или участка поверхности на зарегистрированной камерой части цилиндрической поверхности огнеупорной керамической детали до неподвижной точки отсчета. Технический результат - возможность надежного обнаружения и измерения цилиндрической поверхности на огнеупорных керамических деталях. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для контроля соосности вертикальных отверстий, горизонтальности, параллельности, перпендикулярности и взаимного расположения поверхностей при сборке крупногабаритных изделий. Лазерный отвес содержит лазер, оптическую систему, создающую стабильное базовое направление путем образования кольцевой структуры лазерного пучка, контрольный элемент (марки трипельпризма) и измерительный блок: визуальный и с фотоприемником (цифровой камерой, подключенной к компьютеру). С целью обеспечения стабильного вертикального базового направления большой протяженности в схему прибора включены жидкостная кювета и жидкостный уровень, которые обеспечивают автоматически строго вертикальное направление лазерного пучка независимо от наклонов прибора. Используемая в качестве марки трипельпризма, наклоны которой не влияют на направление отраженного луча, возвращает падающий на нее вертикально лазерный пучок параллельно первоначальному направлению также вертикально. Технический эффект - создание базовых вертикальных осей большой протяженности с высокой степенью стабилизации, повышение точности вертикальных измерений и возможность производить измерения на больших глубинах (более 20 метров) без присутствия наблюдателя. 3 ил.

Изобретение относится к способам для оптического измерения внутренних размеров изготовленной прокаткой трубы. Способ включает горизонтальное перемещение внутри трубы (3) сенсорного средства (9), имеющего лазерный трекер (12), посредством которого испускают лазерный луч (10) внутрь трубы (3). Сенсорное средство (9) горизонтально перемещают внутри трубы (3). Лазерный трекер (12) устанавливают неподвижно и линейно напротив конца пути сенсорного средства (9). При этом лазерный трекер (12) посредством лазерного луча (13) отслеживает текущее положение сенсорного средства (9) во внутреннем пространстве трубы (3) и регистрирует отклонения сенсорного средства (9) от внутренней поверхности трубы. При этом лазерный луч (13) отражается от установленного на сенсорном средстве (9) рефлектора (14) обратно к лазерному трекеру (12), и осуществляют непрерывную регистрацию расстояния сенсорного средства (9) от лазерного трекера (12), посредством которого осуществляют трехмерное измерение и представление внутреннего контура и/или сварного шва трубы (3) на оптическом устройстве регистрации изображений. Технический результат заключается в упрощении способа измерения внутренних размеров изготовленной прокаткой трубы. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к метрологической технике для сканирования геометрии поверхности и контроля качества геометрических параметров твердых объектов. Лазерный двумерный триангуляционный датчик для измерения отверстий малого диаметра содержит корпус датчика, который выполнен цилиндрическим и состоит из двух соосных цилиндрических совмещенных торцами частей. Цилиндрические части корпуса выполнены разного диаметра, в полости большей по диаметру цилиндрической части корпуса датчика расположена оптическая схема датчика, состоящая из лазерного излучателя, электронной печатной платы с вмонтированной CMOS матрицей, установленной под углом к электронной печатной плате фокусирующей линзы. В большей по диаметру цилиндрической части корпуса выполнено отверстие, в которое установлено защитное стекло. В полости меньшей по диаметру цилиндрической части корпуса расположен блок питания и вычисления. В совмещенных торцах обеих частей корпуса выполнено отверстие, соединяющее полости обеих частей корпуса, в упомянутом отверстии проложены провода питания, управления режимами работы лазера и матрицы, а также провода передачи данных с матрицы на вычислительный блок. Датчик дополнительно содержит цилиндрический кронштейн, совмещенный соосно со вторым торцом меньшей по диаметру цилиндрической части корпуса, с расположенными внутри кронштейна проводами питания блока питания и вычисления и проводами связи с электронно-вычислительной машиной. Технический результат - повышение скорости считывания данных, повышение точности сканирования, снижение погрешности сканирования до ±0,005 мм. 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 7 ил.

Изобретение относится к оптическим измерительным устройствам и может быть использовано для измерения диаметра и контроля внутреннего профиля крупногабаритных изделий

Наверх