Способ измерения геометрических размеров прозрачных труб и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния изменений показателя преломления на результат измерения. Измеряемую трубу 30 освещают рассеянным вокруг нее светом, полученным от источника 1 излучения и рассеивателя 2. С помощью объектива 5 формируют изображение трубы 30 в плоскости регистрации фотоприемника 6, выходной сигнал которого обрабатывается блоком 7 управления и индикации. Блок 7 осуществляет управление приводами 28 и 29 подвижных ослабителей 3 и 4. В начальный момент ослабители 3 и 4 находятся в крайних положениях, соответствующих максимальному размеру рассеянного светового потока, освещающего измеряемую трубу. При начале измерения ослабители 3 и 4 последовательно ограничивают поток лучей, входящих в трубу. При определенных положениях ослабителей 3 и 4 на изображении образуются темные полосы. Блок 7 фиксирует момент их появления и расстояния между ними, по которым вычисляют значения измеряемых параметров. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ I 52391 (5!i 4 С 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР! (21) 4335035/24-28 (22) 24. 11.87 (46) 23.11.89. Бюл. N 43 (71) Киевский политехнический институт им.,50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.Ф.Гришко и С.Д.Хомук (53) 531.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 945648, кл. G 01 В 11/08, 1980.

Smithgall 0.Н. Light scattering

medel for -the determination of fiber

location in silicone coatings.

Applied optics, 1982, v.21, У 7, р. 1326-1331.

2 (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

РАЗМЕРОВ ПРОЗРАЧНЫХ ТРУБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности измерений за счет исключения влияния изменений показателя преломления на результат измерения. Измеряемую трубу 30 освещают рассеянным вокруг нее светом, полученным от источника 1 излучения и рассеивателя 2. С помощью объектива

5 формируют изображение трубы 30 в плоскости регистрации фотоприемника

6, выходной сигнал которого обрабаты1523917 вается блоком 7 управления и индикации. Блок 7 осущес rs311sIeт управл III:е приводами 28 и 29 подвижных ослабителей 3 и 4. В начальный момент сс5 лабители 3 и 4 находятся в крайних положениях, соотвеrcтву1ощих мяксимальному размеру рассеянного светового потока, освещающего измеряемую трубу, 11ри начале измерения ослабите- !0

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения внутреннег о и внешнего диаметров прозрачных труб.

Цель изобретения — повышение точности измерений геометрических размеров прозрачных труб за счет исключения влияния изменения пока ателя преломления на результат измерения.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для реализаци11 »з

11ерения геометрических размеров прозрачных труб; на фиг. 2 — зависимость. углов входа лучей, прошедших через измеряемый объект, от координат выхода их из объекта параллельно линии регистрации и сигналы на выходе фотоприем- 0 ника при различных углах входа лучей в объект; на фиг. 3 — зависимо: ти углов входа лучей, прошедших чере .:;змеряемый объект, от коорд1.1ат вых".à их из объекта паралл;льно ...шнии регис грации для различны: cooтнoшe111lй внут реннего и внешнего диаметров; на фиг. 4 — за13иси:ости углов входа лучей, прошедших через измеряемый объект, от координат выхода их из объекта параллельно линии регистрации для различных значен;1й показателя преломления материала объекта; на фиг.5— временные диаграммы работы устройства.

Устройство, реализующее спосo6, содержит оптически связанные источник

1 излучения, выполненный, например, в виде пяти ламп накаливания, рассеиватель 2 в виде усеченного цилиндра, 50 ось которого перпендикулярна плоскости излучения света, ослабители 3 и 4, расположенные симметрично относительно линии регистрации с возможностью перемещения один навстречу друго- 55 му " вокруг оси рассеивателя 2, обьектив 5, фотоприемник 6, блок 7 управления и индикац11и, электрические выли 3 и 4 последовательно ограничи( ваю г поток лучей, входящих в трубу.

При определенных положениях ослабителей 3 и 4 на изображении образуются темные полосы. Блок 7 фиксирует момент их появления и расстояния между ними, по которым вычисляют значения измеряемых параметров. 2 с.п.ф-лы, 5 ил. ход и вход фотоприемника 6 соединены с соответствующими входом и выходом блока 7 управления и индикации, содержащего инвертор 8, вх . которого

1 одключен к выходу фотоприемника 6, григгер 9, счетный вход которого .одключен к входу инвертора 8, триггер 10, счетный вход которого под„.л.o— чен к прямому выходу триггера 9, триггер !1, счетный вход кот<.pого подключен к прямому выходу триггера

10, триггер 12, счетный вход которого подк.11очзн к выходу инвертора 8, триггер 13, счетный вход которого подключен и,.:мому выходу триггера

1?, триггер 14, счетный вход которого подключсн .". прямому выходу триггера 13, элемент И 15, первый и второй в;.. д . которого подключены соответст-веs 1о к прямому выходу триггера 9 и инверсному выходу триггера 10, элемент И !6, первый и второй входы когорого подключены соответственно к прямым выходам триггеров 11 и 14, последсвательно соединенные счетчик 17, вход разрешения счета которого подключен к выходу элемента И 15, регистр 18 и индикатор 19, последовательно соединенные счетчик 20, вход разрешения счета которого подключен к выходу элемента И 16, регистр 21 и индикатор 22, элемент И 23, первый ьход которого подключен к входу инI вертора 8, счетчик 24, счетный вход которого подключен к выходу элемента

И 23, триггер 25, установочный вход

R которого подключен к выходу счетчика 24 и тактовым входам регистров

18 и 21, а прямой выход подключен к второму входу элемента И 23, генератор 26, выход которого подключен к счетным входам счетчиков 17 и 20, и синхронизатор 27, первый выход "Начало цикла" которого подключен к установочным К-входам триггеров 9-14, 5 15239 счетчиков 17, 20 и 24 и к первому выходу блока 7, а второй выход "Начало измерения подключен к установочному входу S триггера 25 и к второму выходу блока 7. Второй выход последнего подключен к приводам 28 и 29, выходы которых соединены с ослабителями 3 и 4. Иэмеояются внутренний и внешний диаметры прозрачной трубы 30.

Способ осуществляется следующим образом.

Световым потоком от истояника 1 излучения, рассеянным с помощью рассеивателя 2, облучают прозрачную труоу 30, причем размер светового потока, освещающего трубу 30, изменяют с помощью ослабителей 3 и 4, синхронно движущихся симметрично относительно плоскости, проходящей через линию регистрации и ось трубы 30, совпадающую с осью рассеивателя 2.

Объективом 5 формируют изображение прозрачной трубы 30 в плоскости регистрации. Фотоприемник 6 преобразует изображение трубы 30 в электрический сигнал. При определенных положениях ослабителей 3 и 4 на изображении объекта появляются темные поло- 30 сы. Блок 7 управления и индикации фиксирует момент появления четырех темнь1 . полос на изображении объекта ! и расстояние между ними. По расстоянию между темными полосами вычисляются геометрические параметры измеряемой трубы.

На фиг. 2 приведены сигналы для различных положений ослабителей 3 и 4. Положения последних определяют

40 предельные углы 6„ входа в трубу 30 лучей, выходящих параллельно линии регистрации. Отсчет значений этих углов производят от линии регистрации, проходящей через источник 1 излучения, ось прозрачной трубы 30 и

45 фотоприемник 6, до линии, проходящей через ограничивающие края ослабителей 3 и 4 и прозрачную трубу 30. При этом отсчет по часовой стрелке приI l l l

50 нимают со знаком + и против часовой со знаком

11 I 1

В начальный период движения ослабителей, когда предельные углы + 9 „, входа лучей. в трубу 30 велики, все лучи приходят к фотоприемнику 6 без

55 ограничений и на его выходе получают сигнал UI,ñîoòâåòñòâóþùèé равномерной освещенности ° По мере движения осла17 6 бителей 3 и 4, приводящего к уменьшению предельных углов входа в трубу 30 лучей, выходящих параллельно линии регистрации, происходит ограничение ввода части лучей, углы входа которых превышают предельные. Отсутствие ограниченных лучей обусловливает появление темных полос на изображении трубы.

При положениях ослабителей, определяющих предельные углы входа +6„ лучей в трубу 30, образуются две темйые полосы на иэображении, что соответствует сигналу U< на выходе фотоприемника 6, при предельных углах входа 9„ образуются четыре темные полосы, что соответствует сигналу Ug на выходе фотоприемника 6. Значения внутреннего и внешнего диаметров прозрачной трубы 30 определяют в момент появления на фотоприемнике 6 четырех темных полос. В этом случае расстояние между внешними краями темных полос (фиг.2) соответствует внешнему диаметру D прозрачной трубы 30, а расстояние между двумя внутренними темными полосами соответствует внутреннему диаметру d. Появление темных полос, соответствующих внутреннему диаметру, объясняется отсутствием части лучей, прошедших через стенки трубы 30 и ее внутреннее отверстие, и лучей, прошедших через стенки трубы и полностью отразившихся на границе внутреннего отверстия, вследст-, вие ограничения их ослабителями 3 и 4, Местоположения лучей, выходящих из прозрачной трубы 30 параллельно линии регистрации, связано с углами входа этих лучей в прозрачную трубу

30 относительно линии регистрации зависимостей:

8 = х х

=2(arcsin — — — arcsin --- +

I а и а х х

+ arcsin — — — arcsin — — ); (1)

n Ь Ь х

g =2(arcsin 1-arcsin — — +

2 п-а х х

+ arcsin --- — arcsin — — ); (2) и Ъ Ь х х

Я =2(arcsin — — — arcsin — — ),(3)

3 и Ь Ь где g — угол входа лучей, проходящих через две стенки трубы

30 и внутреннее отверстие (кривые 1 и 1, фиг.2);

6g - угол входа лучей, проходящих через стенки трубы 30

1523917 и испытывающих явление и алного внутреннего отражения на границе внутреннего отверстия трубы 30 (кривые 2 и 2, фиг.2);

g — угол входа лучей проходящих только через стенку трубы 30 (кривые 3 и 3 фиг. 2); п — показатель преломления ма10 териала трубы 30 (показатель преломления окружающей среды трубы 30 воздуха и внутреннего отверстия равен 1);

15 а и Ь - внутренний и внешний радиусы прозрачной трубы,30; х — координаты выхода относительно линии регистрации лучей, прошедших через тру20 бу 30 и выходящих параллельно линии регистрации.

На фиг. 3 приведены графики, построенные па уравнениям (1)-(3) для различных соотношений внутреннего (a <, a< и а ) и внешвега диаметров.

Следует отметить, чта максимум углов входа лучей для координат +Ь па абсолютной величине больше максимумов углов в точках +а,, +а и +а . Таким образом„ при движении ослабителей

3 и 4 сначала появл;.ются темныс.: полосы, соответствующие внешнему диамеT ру, а затем темные полосы, соответс;— вующие внутренним диаметрам.

Положения максимумов углов входа лучей для труб 30 с фиксированным «аотношением внутреннега и внешнего диаметров не зависят ат значения показателя преломления руби.

Кривая 4 построена при и = 1,8, кривая 5 — n = 1,5, кривая 6 — n = 1,2 (фиг.4). Поэ аму результат измерения внутреннего диаметра па предлагаемому способу не зависит ат измерения показателя преломл- ния материала трубы.

Сигнал с выхода фатсприемника 6 фиксируют с памащьв блока 7, диаграммы напряжения кагараго приведены на фиг. 5. В сигнале "1" соответствует наличию лучей в . учке света, а "0" отсутствию лучей. На фиг. 5 — показана работа блока 7 в момент появлеция на входе фотоприемника 6 четырех темных полос. Сигнал U „ц начала цикла с 55 выхода синхронизатора ?7 устанавливает в ноль триггеры 9-14 и счетчики

17, 20 и 24. Из сигналов Н> и V. триггеров 9 и 10 элемент 15 И формирует сигнал И „>, длительность которого пропорциональна внутреннему диаметру трубы 30. Из сигналов И q и И< триггеров 11 и 14 элемент И 16 формирует сигнал И, длительность которого пропорциональна внешнему диаметру трубы 30. Численности импульсов, прапор" цианальные внутреннему и внешнему ,диаметрам трубы 3(), подсчитывают соот- . ветственно счетчики 17 и 20. Подготовка блока 7 к приему четырех импульсов осуществляет сигнал И „ц начала измерения с выхода синхронизатора 27, который в момент начала движения ослаби- . телей 3 и Ф иэ крайних положений, соответствующих максимально возможным углам 9 входа лучей в прозрачную трубу 30, устанавливает RS-триггер

25 в состояние "1", что обеспечивает прохождение импульсов с выхода фотоприемника 6 через элемент И 23 на вход счетчика 24. Если в течении цик" ла измерения, задаваемого сигналом

U д счетчик 24 насчитывает меньше четырех импульсов, сигнал на его выходе отсутствует. В момент поихода четырех импульсов в течение одного цикла н» выходе счетчика 24 формируется сигнал, который осуществляет перенос значения числа импульсов из счетчиков 17 и 20 соответственно в регистры 18 и 21, а также устанавливает КБ-триггер 25 в состояние "0", что запрещает дальнейшее прохождение импульса с выхода фотоприемника 6 на вход счетчика 24 до возвращения аслабителей 3 и 4 в исходное положение. Результаты измерения внутреннего и внешнего диаметров прозрачной трубы 30 индицируются соответственно индикаторам 19 и 22.

Формула изобретения

1. Способ измерения геометрических размеров прозрачных труб, заключающийся в том, что на измеряемую трубу направляют световой поток в плоскости, перпендикулярной к геометрической оси трубы, последовательно уменьшают размер светового потока и определяют геометрические размеры прозрачной трубы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений,. на измеряемую трубу направляют рессеянный вокруг нее световой поток, уменьшение размера светового потока производят

15239 путем его перекрытия симметрично относительно линии регистрации со стороны плоскости регистрации, проецируют прошедший через трубу световой поток в плоскость регистрации, фиксируют момент появления в плоскости регистрации темных полос, а определение геометрических размеров производят по расстоянию между темны- 10 ми полосами.

2. Устройство для измерения гео.метрических размеров прозрачных труб, содержащее оптически связанные источник излучения, первый подвижный ослабитель с приводом и фотоприемник, электрически связанный с ним блок управления и индикации, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено располо- 20

17 10 женными между источником излучения и фотоприемником оптически связанными рассеивателем света, расположенным симметрично первому ослабителю относительно линии регистрации вторым подвижным ослабителем с приводом и объективом, рассеиватель света выполнен в виде усеченного параллельно образующей цилиндра, размещаемого так, что его ось совпадает с осью измеряемой трубы, ослабители установлены с возможностью встречного перемещения по окружности, ось которой совмещена с осью рассеивателя, первый выход блока управления и индикации подключен к управляющему входу фотоприемника, второй выход блока управления подключен к входам приводов первого и второго подвижных ослабителей.

1523917

1523917

НЦ

"б и»

01ч

Составитель В. Козлов

Редак.ор H.Áoáêoâà Техред И.Дидык

Корректор Э.Лончакова

Заказ 7032/43 Тираж 683 Подписное

В1ППП1И Государственного комитета по изооретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101