Устройство для измерения диаметра



Устройство для измерения диаметра
Устройство для измерения диаметра

 


Владельцы патента RU 2555497:

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СИБИРСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ АГРАРНЫХ ПРОБЛЕМ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК (ГНУ СибФТИ Россельхозакадемии) (RU)

Устройство для измерения диаметра относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к средствам контроля диаметров легкодеформируемых тел, используемых для оценки их качества и диагностики состояния, преимущественно посадочного материала и плодов садовых культур. Устройство состоит из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопку сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя. Технический результат заключается в повышении производительности контроля за счет обеспечения измерения диаметра объекта (штамба саженца, плода садовой культуры) в динамическом режиме, то есть в процессе перемещения устройства относительно объекта контроля. 2 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к средствам контроля диаметров легкодеформируемых тел, используемых для оценки их качества и диагностики состояния, преимущественно посадочного материала и плодов садовых культур.

При селекции новых высокоурожайных крупноплодных сортов, пригодных к машинной уборке [Пантелеева Е.И. Облепиха крушиновая (Hippophae rhamnoides L.): монография; Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ние, Науч.-исслед. ин-т садоводства Сибири им. М.А. Лисавенко. - Барнаул, 2006. - 249 с.], при выполнении научно-исследовательских работ по разработке интенсивных технологий [Ермаков Б.С, Фаустов В.В. Технология выращивания облепихи. - М.: Россельхозиздат, 1983. - 63 с.], при сортировке посадочного материала на соответствие требованиям нормативных документов [ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2009. - 42 с.], при возделывании и уходе за садом [Франчук Е.П. Товарные качества плодов. - М.: Агропромиздат, 1986. - 269 с.] необходим инструментальный контроль диаметров плодов и штамбов саженцев садовых культур (для справки, штамб - это надземная часть растения между корнем и первой ветвью). Общепринятые методики контроля [ГОСТ Р 53135-2008. Посадочный материал плодовых, ягодных, субтропических, орехоплодных, цитрусовых культур и чая. Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2009. - 42 с.], [Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных культур; под общ. ред. акад. РАСХН Е.Н. Седова и д. с.-х. н. Т.П. Огольцовой. Орел: Изд-во ВНИИСПК, 1999. - 608 с.] используют малопроизводительные измерительные приборы общего назначения - штангенциркули и микрометры. Наличие измерительного усилия в этих при борах вызывает деформацию тканей плодов и штамбов посадочного материала, и, следовательно, измерения осуществляются с дополнительными погрешностями (до 1 мм и более). Кроме того, при контакте измерительных плоскостей микрометров с поверхностью штамбов посадочного материала контролируемых садовых культур, форма которых не является цилиндрической и имеет конусность и неровности, точки контакта не лежат на контуре контролируемого сечения, что также приводит к повышению погрешности измерений и, как следствие, к увеличению вероятности отнесения саженцев первого сорта ко второму и наоборот - саженцев второго сорта к первому. Еще одним недостатком штангенциркулей и микрометров является низкая производительность измерений из-за необходимости многократного перемещения измерительных губок и плоскостей микрометрическим винтом и считывания результата измерения с нониусной шкалы. Поэтому при объемах выборок из партии саженцев, исчисляемых сотнями штук, контроль с использованием механических контактных приборов становится физически утомительной процедурой. Таким образом, для контроля диаметров плодов и штамбов саженцев садовых культур более предпочтительными являются бесконтактные устройства. Известно устройство измерения размеров тела, содержащее два лазерных триангуляционных датчика расстояния, расположенных с противоположных сторон от тела на заданном базовом расстоянии друг от друга, которые осуществляют одновременное измерение двух расстояний до поверхности тела. Размер тела определяют путем вычитания измеренных расстояний из базового расстояния между датчиками [Лысенко О. Триангуляционные датчики расстояния / Электронные компоненты, 2005. - №11. - С.111-115]. Недостатком устройства является необходимость двух лазерных триангуляционных датчиков расстояния, что усложняет его конструкцию. Более простыми являются теневой способ и, соответственно, устройства с оптическими теневыми датчиками диаметра тела, реализующие этот способ [Патент РФ №2301968, МПК G01B 11/08, G01B 11/24. Способ контроля диаметров детали / B.C. Красильников, Е.С. Ерилин, А.Л. Фогель. - Заявка №2005132431/28; Заявлено 20.10.2005; Опубл. 27.06.2007; Бюл. №18]. Сущность теневого способа заключается в том, что диаметр тела определяют по размерам тени, создаваемой контролируемым телом при освещении его широким тонким пучком света, состоящим из множества параллельных лучей. Оптический датчик, реализующий теневой способ, состоит из двух блоков - излучателя и приемника. Излучение полупроводникового лазера или светодиода коллимируется объективом. При размещении объекта контроля в области коллимированного пучка его теневое изображение сканируется линейкой ПЗС-фотоприемников или формируется телецентрической оптической системой на линейке ПЗС-фотоприемников. По положению теневых границ процессор рассчитывает диаметр объекта. Наиболее близким аналогом изобретению (прототипом) по технической сущности является устройство на базе бесконтактного оптического теневого датчика с выходным сигналом в виде электрического напряжения постоянного тока [Алейников А.Ф., Минеев В.В., Золотарев В.А., Морозов В.Б. Измерения геометрических параметров штамбов и плодов садовых культур // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - №11. - С.55-58]. К датчику крепится электронный блок с цифровым индикатором. Основным элементом электронного блока является аналого-цифровой преобразователь, преобразующий выходной сигнал датчика в цифровой код для отображения значения диаметра на индикаторе. Значение выходного сигнала датчика пропорционально размеру тени (равной диаметру) от штамба саженца или плода, помещенного в широкий тонкий луч, создаваемый излучателем датчика. Тень от штамба формируется на линейке фотоприемников с разрешающей способностью 0,08 мм. Недостатками прототипа являются наличие погрешности при отклонении объекта контроля (плода, саженца) от центральной линии луча датчика и, как следствие, необходимость фиксации объекта контроля (плода, саженца) в неподвижном состоянии в центре луча датчика, что приводит к увеличению времени получения результата измерения и, следовательно, снижению производительности. Для выполнения же большого объема измерений при проведении селекционных, научно-исследовательских и производственных работ в промышленном садоводстве повышение производительности контроля является актуальной и первостепенной задачей.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности контроля.

Технический результат в изобретении достигается тем, что в устройство для измерения диаметра, состоящее из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, введены фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопка сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя.

Такая совокупность названных признаков предлагаемого технического решения устройства позволяет производить измерения диаметров штамбов посадочного материала и плодов садовых культур в динамическом режиме, то есть в процессе перемещения устройства относительно объекта контроля, благодаря чему из процедуры контроля исключается время на установку объекта контроля в центр луча датчика и обеспечение их неподвижного взаимного положения. Это возможно, так как при пересечении объекта контроля лучом датчика выходное напряжение датчика сначала возрастает, затем при достижении центральной линией луча датчика центра объекта контроля напряжение принимает максимальное значение, которое соответствует диаметру, и при дальнейшем перемещении устройства относительно объекта контроля - уменьшается. Наличие фиксатора пикового значения сигнала датчика позволяет запомнить максимальное значение сигнала датчика, которое соответствует измеряемому диаметру. Значение диаметра отображается на цифровом индикаторе до его сброса кнопкой. Таким образом, для определения диаметра достаточно переместить устройство так, чтобы контролируемый объект пересек луч датчика, и считать результат с экрана цифрового индикатора.

На фиг.1 изображен рисунок, поясняющий конструкцию устройства для измерения диаметра, на фиг.2 - структурная схема устройства для измерения диаметра.

Устройство для измерения диаметра состоит из электронного блока 1, к корпусу которого прикреплен оптический теневой датчик 2 с аналоговым выходным сигналом. В корпусе электронного блока 1 смонтирована печатная плата, на которой расположены фиксатор 3 пикового значения сигнала датчика, аналого-цифровой преобразователь 4, цифровой индикатор 5 и кнопка сброса 6. Первый вход фиксатора 3 пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика 2 посредством кабеля 7, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса 6, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя 4, выход которого подключен к входу цифрового индикатора 5. Оптический теневой датчик 2 выполнен в виде скобы, на одном конце которой расположен оптический излучатель 8, а на другом - оптический приемник 9, с возможностью перемещения объекта контроля 10 (например, саженца) внутри луча 11. Электронный блок 1 соединен посредством быстросъемного спиралевидного кабеля с аккумулятором электропитания устройства, размещаемым в сумке с ремнем, подвешенной на плече или поясе оператора (на фигурах не показаны).

Устройство для измерения диаметра работает следующим образом. Корпус электронного блока 1 необходимо взять в ладонь правой или левой руки. Большим пальцем с помощью кнопки сброса 6 устройство переводится в исходное нулевое состояние. Затем устройство перемещается оператором таким образом, чтобы луч 11 пересекал объект контроля 10 в плоскости выбранного сечения. При этом на выходе оптического теневого датчика 2 формируется сигнал, пропорциональный размеру тени на линейке оптического приемника 9, в виде изменяющегося напряжения постоянного тока, максимальное значение которого запоминается фиксатором 3 пикового значения сигнала датчика, преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 4 и отображается на экране цифрового индикатора 5. Когда центральная линия луча 11 пересекает центр объекта контроля 10, выходное напряжение оптического теневого датчика 2 принимает максимальное значение, показания цифрового индикатора 5 больше не возрастают и не уменьшаются, становятся максимальными и соответствуют диаметру объекта контроля 10. При дальнейшем перемещении устройства, в том числе и обратно, напряжение на выходе оптического теневого датчика 2 будет только уменьшаться, поэтому эти показания цифрового индикатора 5, благодаря фиксатору 3 пикового значения сигнала датчика, больше не изменяются и являются результатом измерения диаметра. После нажатия кнопки сброса 6 устройство готово для следующего измерения. Для контроля шарообразных объектов (например, плодов) искомый диаметр может быть измерен путем перемещения устройства относительно объекта контроля 10 не только вперед-назад, но и вверх-вниз, и поиска, таким образом, максимального размера, то есть диаметра.

Для осуществления изобретения могут быть использованы следующие компоненты и технические решения: датчик BGL 30C-005 фирмы BALLUFF [URL:http://www.balluff.com] - в качестве оптического теневого датчика 2; микросхема ICL 7106 - для аналого-цифрового преобразователя 4; жидкокристаллический индикатор LCD ITS 0190S RNP - для цифрового индикатора 5; схемы пикового детектора [Уитсон Дж. 500 практических схем на ИС: Пер. с англ. - М.: Мир, 1992. - С.48-52] - для фиксатора 3 пикового значения сигнала датчика.

Расчеты показывают, что при частоте измерений датчика BGL 30C-005 500 Гц, диаметре объекта 5 мм и скорости перемещения 0,5 м/с погрешность измерений составляет 0,1 мм. При увеличении диаметра объекта (уменьшается кривизна поверхности) и уменьшении скорости перемещения погрешность измерения будет уменьшаться.

Устройство для измерения диаметра, состоящее из оптического теневого датчика с аналоговым выходным сигналом, конструктивно совмещенного с электронным блоком, содержащим аналого-цифровой преобразователь и цифровой индикатор, вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что в него введены фиксатор пикового значения сигнала датчика и кнопка сброса, при этом первый вход фиксатора пикового значения сигнала датчика соединен с выходом оптического теневого датчика, второй и третий входы - с контактами кнопки сброса, а выход - с входом аналого-цифрового преобразователя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к заготовке, обработке и транспортировке лесоматериалов и может быть использовано для определения объемов круглого леса. Согласно способу производят фотосъемку торцов штабеля бревен цифровым устройством.

Изобретения относятся к области контрольно-измерительной техники и могут использоваться для определения геометрических параметров сечения тел квазицилиндрической формы, в частности саженцев и укорененных черенков садовых культур.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в металлургии и машиностроении. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе и способу дальнейшей обработки определяемого, преимущественно динамически, профиля твердого тела, в частности, с целью определения возникшего износа, причем предложено, что данные определяемого профиля твердого тела используют в качестве управляющей величины для управления, по меньшей мере, одним станком для обработки поверхности, в частности, для механической обработки поверхности, колеса транспортного средства.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к оптическим бесконтактным методам измерения диаметра тонких протяженных непрозрачных объектов, и может быть использовано при создании приборов для контроля тонких и сверхтонких нитей и, например, для контроля диаметра нитей накаливания осветительных ламп.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диаметров деталей, в частности на железнодорожном транспорте, для измерения диаметров рабочих поверхностей колесных осей транспортных средств.

Изобретение относится к устройствам механического перемещения объекта вдоль одной координаты. .

Изобретение относится к области техники - таксация леса и предназначено для измерения суммы площадей поперечных сечений древесных стволов древостоя в расчете на 1 га и их среднего диаметра.

Изобретение относится к области техники - таксация леса и предназначено для измерения суммы площадей поперечных сечений древостоя в расчете на 1 га (g) и их среднего диаметра (dcp).

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом заявляемого решения является упрощение процедуры обработки информационных сигналов о геометрических параметрах цилиндрического изделия. Устройство для определения внешнего объема цилиндрического полого изделия содержит первый источник излучения и первый приемник излучения. Дополнительно введены второй источник излучения, второй, третий и четвертый приемники излучения, первый и второй корреляторы, вычислитель, первая и вторая пара электродов для приложения электрических полей к контролируемому изделию. При этом выход первого приемника соединен с первым входом первого коррелятора, второй вход которого подключен к выходу четвертого приемника, выход третьего приемника соединен с первым входом второго коррелятора, второй вход которого подключен к выходу второго приемника, выход первого коррелятора соединен с первым входом вычислителя, второй вход которого подключен к выходу второго коррелятора, выход вычислителя является выходом устройства. 1 ил.

Стационарное устройство предназначено для измерения в условиях эксплуатации износа бандажей (проката) и износа гребней (подреза) локомотивных колесных пар. В заявленном стационарном устройстве рельсовые вставки смещены относительно друг друга на расстоянии 4-5 метров, их профили выполнены в соответствии со стандартным профилем бандажей. Дополнительно вставки оборудованы контррельсами, обеспечивающими, в процессе измерения проката и подреза гребней бандажей, смещение колесной пары в одинаковые контролируемые положения. Кроме этого, рельсовые вставки дополнительно в вертикальной и горизонтальной плоскостях оборудованы возвратно-подвижными толкателями, которые контактно сопряжены с индуктивными датчиками линейных перемещений, и толкатели размещены на расстоянии 70 мм от внутренних граней бандажей и 20 мм от вершин гребней. В результате повышается точность измерений, достигается независимость точности измерений от погодных условий. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике в области метрологического обеспечения эталонов относительной деформации, использующихся для калибровки тензодатчиков или экстензометров. Технический результат заключается в уменьшении веса и габаритов системы контроля деформации, при достижении той же величины диапазонов деформации (±0,003) и повышении точности измерения, и решении задачи создания единой системы нагружения и контроля, позволяющей работать с эталонной балкой с большим диапазоном кривизны. Он достигается тем, что в способе измерения локального радиуса кривизны упругодеформированной эталонной балки на измеряемую поверхность устанавливают накладной прибор с двумя поворотными башмаками, опирающимися на эту поверхность четырьмя референтными элементами, а в качестве корпуса используют поворотный башмак, выполненный в виде пластины с вилкообразным вырезом по оси симметрии, а другой поворотный башмак выполняют в виде пластины-язычка и размещают его на той же оси симметрии в вырезе пластины-вилки, при этом башмаки кинематически связывают между собой общей опорой вращения, включающей поверхности скольжения двух прецизионных шаров, симметрично установленных с двух сторон относительно общей оси симметрии пластин. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения радиуса пучка излучения. Предложенный способ включает в себя этапы, на которых источник (2) пучка (20) излучения возбуждает (S1) нагреванием эталон (1) периодическим образом с частотой (f) для получения периодического теплового возбуждения эталона (1). Датчик (3) измеряет (S2) периодическую тепловую реакцию эталона, возникающую в результате периодического теплового возбуждения. Обрабатывающий модуль (4) определяет (S3) фазовое смещение (φ) между периодическим тепловым возбуждением и периодической тепловой реакцией. Причем источник (2) возбуждает эталон на нескольких частотах (f), а обрабатывающий модуль (4) определяет фазовое смещение для каждой из частот (f), определяя таким образом набор значений фазового смещения (φ). Обрабатывающий модуль (4) определяет (S4) минимум φmin фазового смещения (φ) на основе набора значений фазового смещения, определенного таким образом, и определяет (S5) радиус r0 пучка (20) по формуле типа r0=Δ/g(φmin), где Δ - толщина эталона (1), а g - функция, которая зависит от типа пучка (20) нагревающего излучения. Также предложено устройство для реализации указанного способа измерения радиуса пучка излучения. Технический результат - повышение экспрессности метода и обеспечение возможности проводить измерения на пучках крупных размеров. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх