Устройство для измерения перемещений и геометрических размеров изделий

 

а А+А

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик рн763681 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19. 03. 76 (21) 2342953/18-24 (51)М, Кл.з

G 01 В 21/06 с присоединением заявки HP— (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1509.80 Бюллетень HP 34

Дата опубликования описания, 20. 09 з 80 (5З) УА) 621.753 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Л. И. Русин, Т. С. Емельянова, Е. A. Кожухова и Г. Н. Соколова (71), Заявитель

Государственный ордена Октябрьской Революции научноисследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фотоэлектронным устройствам для бесконтактного измерения перемещений и геометрическиха размеров изделий.

Известно фотоэлектронное устройство для измерения перемещений, содержащее осветитель, измерительный растровый элемент, сканистор, генератор развертки, генератор опорных импульсов, логический элемент, измерительный блок и источник постоянного смещения.

Недостатки такого устройства— сложность схемы выделения сигналов, погрешность измерения до 15-20% из-за нестабильности генератора развертки, источника постоянного смещения и изэа изменения величин освещенности осветителя (11.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения геометрических размеров изделий, содержащее объектив, сканистор, на который проектируется иэображение изделия, генератор развертывающего напряжения, подаваемого на сканистор, источник смещения, подключенный к делительной шине сканистора, дифференцирующее звено, подключенное к коллектору сканистора, усилитель н измерительный блок

1. 21.

Недостаток этого устройства — сложность схемы выделения сигнала и погрешность измерения 15-20% из-за взаимной нестабильности развертывающего и смещающего напряжения и иэ-эа изме.— нений освещенности источника.

Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения и упрощение устройства.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем полупроводниковую р-и-р (n-p -и) структуру типа

"сканистор", расположенную в плоскости иэображения иэделия, источники напряжения смещения, подключенный к делительной шине структуры, измерительный блок и нагрузку, параллельно источнику напряжения смещения и делительной шине структуры подключен потенциометр, подвижный контакт которого через нагрузку подключен к коллектору структуры, причем измерительныи блок подключен параллельно нагрузке.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства для измерения перемещений и геометрических размеров из763681 делий; на фиг. 2 — зависимость тока в нагрузке устройства при перемещении края изображения изделия (светового зонда) вдоль структуры для случая, когда ширина зонда превышает длину структуры; на фиг. 3 — зависи- . мость тока в нагрузке устройства при перемещении светового зонда вдоль структуры для случая, когда ширина зонда меньше длины структуры.

Устройство содержит р-и-р или пр-п1 полупроводниковую структуру 1 типа

"сканистор" с делительной шиной 2, контактами 3 и 4 на ее краях, базовым слоем 5, расположенным под делительной шиной 2, коллекторным слоем 6, расположенным под слоем 6 и снабженным 15 сплошным контактом 7, источник 8 напряжения смещения, подключенный к делизельной шине 2, нагрузку 9, подключенную одним концом к контакту 7, а другим — к подвижному контакту потенцио- 20 метра 10. Неподвижные контакты потенциометра 10 подключены параллельно источнику 8. Измерительный блок 11 подключен параллельно нагрузке 9, а измерительный блок 12 подключен к д подвижному и одному иэ неподвижных контактов потенциометра 10. Для увеличения чувствительности устройства в качестве нагрузки 9 используется конденсатор. Для автоматического управления потенциометром последний может быть выполнен в виде двух магнитореэисторов, общая точка между которыми выполняет функцию подвижного контакта потенциометра.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение от источника 8 прикладывается к контактам 3 и 4 делительной шины 2 и к неподвижным контактам потенциометра 10. При этом напряже- 4О ние равномерно распределяется вдоль длительной шины 2 так, что каждому ее сечению соответствует определенное напряжение относительно одного из контактов, например относительно контак- g5 та 3. Изменяя положение подвижного контакта потенциометра 10, можно установить такое напряжение на коллекторе 6 относительно контакта 3, которое равно напряжению в любом выбранном сечении делительной шины 2, принятом в этом случае за сечение нулевого напряжения. Участки структуры 1„ расположенные между соответственно контактами 3 и 4 и сечением нулевого напряжения (сечение Р ), находятся под, напряжением противоположной полярности, т.е. по одну сторону от сечения, под обратным смещением находится, например верхний переход. Ток через нагрузку 9 определяется разнос- фф тью фототоков обратносмещенных р"л переходов структуры 1. При перемещении подвижного контакта потенциомет-. ра 10 положение сечения 1, изменяется в пределах рабочей длины структуры 1, 65 что сопровождается изменением площади верхнего и нижнего обратносмещенных переходов и фототоков через ннх. Если площадь или освещенность одного из обратносмещенных р-и переходов больше площади или освещенности другого, то через нагрузку 9 протекает ток с направлением, определяемым р-и переходом с большим фототоком, т.е. величина и направление тока через нагрузку 9 определяется величиной отношения между освещенными площадками обратносмещенных p-n переходов и положением границы освещенной зоны относительно сечения 4 . При перемещении границ освещенной зоны (изменение размера изображения изделия) от одного до другого края структуры 1 ток через нагрузку

9 изменяется в соответствии с характеристикой ОАБВ (фиг. 2), причем положение точки инверсии тока может регулироваться путем перемещения подвижного контакта потенциометра 10, т.е. напряжением, выделяющимся на подвижном и одном иэ неподвижных контак" тов потенциометра 10 и измеряемым блоком 12. При увеличении напряжения на подвижном контакте характеристика приобретает вид ломаной ОА 8 В,а при . уменьшении — ломаной ОА"Б"В . Если ширина освещенной эоны (светового эонда) меньше длины структуры 1, то зависимость тока нагрузки от положения освещенного участка с шириной 8 имеет вид, показанный на фиг. 3 ломаной

ОАБВГДЕ, где проекция участков ОА, БВГ и ДЕ на ось расстояний определяется шириной N светового зонда, а наклон — его освещенностью. При уменьшении ширины светового зонда зависимость тока в нагрузке от перемещения зонда принимает вид, соответствующий ломаной ОА Б В Г Д Е. В этом случае наклон Участка Б В Г характеристики не отличается от наклона участка БВГ, если освещенность в световом зонде остается неизменной, а при изменении освещенности изменяется наклон характеристики участков ОА, БВГ, ДЕ с изменением уровня прямых АБ и ГД, причем положение точки инверсии тока сохраняется. Перемещая подвижный контакт потенциометра 10, можно выбирать положение точки инверсии тока в пределах рабочей длины структуры 1. Величина и направление тока в нагрузке 9 несут информацию о величине и направлении отклонения центра светового зонда или границы освещаемого участка (размера иэображения изделия) от выбранного сечения структуры 1, координата которого соответствует положению подвижного контакта потенциометра. Увеличение напряжения сигнала беэ ухудшения линейности характеристики достигается использованием в качестве нагрузки 9 электрической емкости, и тогда точка инверсии на участке характеристики ABB (фиг. 2) соответ763681 ствует прекращению тока заряда -кон.денсатора. Преимуществом определения положения границы освещенной эоны или светового зонда по точке инверсии тока является ее независимость от освещенностИ. Однако в больщинстве случаев положение указанной границы или светового зонда не соответствует положению точки инверсии тока. Поэтому подвижный контакт потенциометра 10 принудительно перемещается Фак., чтобы напряжение на нагрузке 9 стремилось к нулю. Использование точки инверсии тока в качестве индикатора положения центра светового пятна или границы освещенной эоны (размера изображения иэделия) уменьшает погрешность за счет нестабильности светового потока до

1-2%.

Наличие участка характеристики с инверсией знака полезного сигнала позволяет использовать устройство не 20 только в качестве детектора перемещения и размера светового зонда или границы освещенной зоны, но и в качестве датчика положения и размера изделий, а также в качестве детектора отклоне- 25 ний для регулирования этих параметров в процессе производства или обработки.

Устройство, обладающее простой схемой и малым количеством элементов, имеет повышенную надежность и точность работы.

Формула изобретения

Устройство для измерения перемещений и геометрических размеров иэделий, содержащее полупроводниковую ро=р (n-p-n) структуру типа "сканистор", расположенную в плоскости изображения изделия, источник напряжения смещения, подключенный к делительной шине структуры, измерительный блок и нагрузку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, в нем параллельно источнику напряжения смещения и делительной шине структуры подключен потенциометр, подвижный контакт которого через нагрузку подключен к коллектору структуры, причем измерительный блок подключен параллельно нагрузке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 464007 G 08 С 9/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

9 399726, кл. G 01 В 19/37, 1973.

763681

Составитель И. Рорелова

Редактор Р. Петрушко Техред О.Легеэа Корректор М. Коста акаэ 3 Тираж 0 Подписное

1 ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам иэоЬретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 илиал ППП атент, г. ужгород, ул. Проектная,