Устройство для измерения размера объекта

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик<>951068 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 18. 04. 80(21) 2916455/18-28 с присоединением заявки М9— (23) Приоритет—

Опубликовано 150882 Бюллетень М З0

Дата опубликования описания 15.08.82 (gq) g> 3

G 01 В 11/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

f j3) УДК 531 ° 71 (088.8) (72) Автор изобретения

A Надточий (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН ИЯ РАЗМЕРА

ОРЬЕКТА

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения размеров объектов, диффуэно отражающих свет.

Известно устройство для измерения размеров, содержащее опорную и информационную оптические системы и индикатор размера в виде стрелочного прибора, определяющего величину перемещения информационной оптической системы f13.

Недостатком этого устройства является его невысокая точность, связанная с механической регистрацией информации

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому . результату является устройство для измерения размера объекта, содержащее источник излучения с модулятором, фотоприемник, схему обработки информационного сигнала и временной преобразователь (2).

Недостатком такого устройства является то, что оно обладает низкой точностью из-за погрешностей, вызываемых различной отражательной способностью объектов и их освещенностью.

Цель изобретения — повышение точности измерений при различной освещенност.и

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения размера объекта, содержащее источник излучения с модулятором, фотоприемник и схему обработки информационного сигнала, снабжено источником подсветки, а схема обработки информационного сигнала выполнена в виде ключевого элемента, блока выделения постоянной составляющей и двух каналов автоподстройки, первый иэ которых состоит из соединенных последовательно первого фильтра, первого и второго блока вычитания, блока управления интенсивностью светового пятна, подключенного к источнику излучения с модулятором, а второй — из соединенных последовательно второго фильтра, третьего блока вычитания и блока управления интенсивностью подсветки, подключенного к источнику подсветки, фотоприемник расположен между источником излучения с модулятором и источником подсветки, его выход соединен с входами ключевого элемента и блока выделения постоянной составляющей, а выход второго фильтра соединен с вторым входом ,первого блока вычитания.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройствами на фи". 2

951068

U Кх) а% (} по о<

40 я(х)дх численно равен

Интеграл

Г (3 .+ ) — когда световое пс пс пятно не попадает

31на объект 13;

6(Зйс +3„ +3„)- когда световое пятно попадает (5) на объект, где 3, J>©i3> — интенсивность подЦ светки источником 2

ПС подсветки, интенсивность подсветки дневным освещением и интенсивность светового пятна, попадающая на фотоприемник при

1 соответственно. (На выходе фотоприемника 3 подается сигнал, изображенный на фиг. 3).

Ключевой элемент 4 в моменты вре

10, а в моменты времени

> (Е-о}О„. И) 55 диаграмма сигналов на выходе фотоприемника на фиг. 3 — временная диаграмма сигналов на выходе фотоприемника при использовании подсветки.

Устройство содержит источник 1 излучения с модулятором, источник 2 5 подсветки, фотоприемник 3, ключевой элемент 4, блок 5 выделения постоян

«1 ной составляющей и два канала автоподстройки, первый иэ которых состоит из последовательно соединенных 0 первого фильтра б, первого и второго блока 7 и 8 вычитания, блока 9 управления интенсивностью светового пятна, подключенного к источнику 1 излучения, а второй — из соединенных после-15 довательно второго фильтра 10, третьего блока 11 вычитания и блока 12 управления интенсивностью подсветки, подключенного к источнику 2 подсветки, ключевой элемент 4 и .блок 5 вы- 20 деления постоянной составляющей подключены к выходу фотоприемника.

Объект измерения обозначен позицией

13.

Устройство работает следующим об- 25 разом.

На объект 13 от источника 1 излучения с модулятором поступает модулированный световой поток. При отражении от объекта 13 он падает на Фотоприемник 3, на выходе которого образуются импульсы (фиг. 2)..

Постоянная составляющая периодической функции определяется по формуле: площади импульса (фиг. 2). В этом импульсе можно выделить три участка. 45

Первый и третий участки одинаковы и их ширина вдоль оси абсцисс равна, размеру отверстия в диске модулятора источника 1 излучения. Обозначим площадь каждого из них через Б „

Второй участок имеет форму прямоугольника. его площадь равна

Следовательно в тв о тз„-о

U о - 2т (О) пост

60 где б" — размер отверстия в диске модулятора в направлении его движения; размер исследуемого объекта

13; 65

К - коэффициент увеличения иэображения отверстия в диске модулятора оптической системой источника 1 излучения; — линейная скорость движения отверстия в диске при его вращении; расстояние между отверстиями в диске;

U — амплитуда импульса.

Прй постоянной амплитуде импульса (U ) второе слагаемое в формуле (3) постоянная величина, а первое зависит только от размера объекта 13 (3). Кроме того, из формулы (3) видАо что результат измерения не эавй сит от скорости движения отверстия в диске (Ч ), а, следовательно, и от угловой скорости вращения диска. Так как характеристика фотоприемника 3 нелинейная (что обычно и наблюдается на практике), то с помощью подсветки можно выбрать линейный участок. Таким образом, при включении источника 2 подсветки, уравнение ли- . нейного участка характеристики фотоприемника 3 имеет следующий вид

И =жР-3 )+U4 <4>

Ф где Оф — сигнал на выходе фотоприемника 3;

U - сигнал на выходе фотоприемО

Ф ника 3 при интенсивности о i

0=+AD тангенс угла наклона линейного участка характеристики фотоприемника 3 к оси абсцисс.

Интенсивность света, попадающего .на фотоприемник 3, пропорциональна коэффициенту отражения объекта

13 (Е), Таким образом, интенсивность света, попадающего на фотоприемник З,равна

951068 п,. . . — к Фильтру б на время о (фиг. 3).Время Г выбирается не больше длительности участков (постоянную

U (фиг. 3)).параллельных оси абсцисс, фильтры б и 10 выделяют постоянную составляющую. Тогда на выходе фильтра 5

10 имеем сигнал: о„. куиф,ж(к.„. „-.--4, <

10 а на выходе фильтра б сигнал: у -К (Оф+a(acÄ +6Эп ЕЛА -ЭД,(i) где К1 — коэффициент пропорциональности

Подадим сигнал U1 на блок 11 вычитания, где из него вычитается сигнал, равный К1 U@ . на выходе этого

О. блока имеем:

20

u„ =о„-к,о =к„ф(э„,+э„",)-э ) (a) Затем О 1 подают на блок 8 вычита- 35 ния, где из него вычитается сигнал ИО. этим сигналом (0О ) задают амплитуду импульсов (фиг. 3). На выходе блока 8 имеем:

U"=u -О =К М.ЕЗ„-U, ФО)

Сигнал U подают на блок 9 управ:— ления интенсивностью светового пятна.

Таким образом, осуществляется автоподстройка амплитуды импульсов. Она поддерживается рааной ОО.

Если теперь с выхода фотоприемника 3 подать сигнал на блок 5 выделения постоянной составляющей, то на его выходе получим:

ВЦ)(ф пОст

Сигнал 01 подают на блок 12 управления интенсивностью подсветки, Таким образом, осуществляетая автоподстройка яркости объекта 13 до величины 30 °

Сигналы 0 и U1 подают на блок 7 вычитания, где из О вычитается U1

На выходе этого блока имеем:

U1=U "„=1 П. (9) 1 1 1 где 0 - определяется по формуле (3) у

Оф — постоянная величина (4) .

Таким образом, бесконтактное измерение размеров объекта можно проводить при дневном освещении и при различных коэффициентах отражения света поверхностью объекта, при помощи введения подсветки и автоподстройки в измерительных каналах, при этом точность измерения повышается. формула изобретения

Устройство для измерения размера объекта, содержащее источник излучения с модулятором, фотоприемник и схему обработки информационного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений при различной освещенности, оно снабжено источником подсветки, а схема обработки информационного сигнала выполнена в виде ключевого элемента, блока выделения постоянной составляющей двух каналов автоподстройки, первый из которых состоит иэ соединенных последовательно первого фильтра, первого и второго блоков вычитания, блока управления интенсивностью светового пятна, подключенного к источнику излучения с модулятором, а второй — из соединенных последовательно второго фильтра, третьего блока вычитания и блока управления интенсивностью подсветки, подключенного к источнику подсветки, фотоприемник расположен между источником подсветки с модулятором и источником подсветки, его выход соединен с входами ключевого элемента и блока выделения постоянной составляющей, а выход второго фильтра соединен с вторым входом первого блока вычитания.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Афанасьев В. A. Оптические измерения. М., 1968, с. 34-35.

2. Авторское свидетельствс СССР

9 230428, кл. G 01 В 11/02, 1967 (прототип).

951068

Составитель Е. Глазкова

Редактор А. Гулько Техред Ж.Кастелевич Корректор С. Шекмар

Заказ 5930/44 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государствеиного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4