Устройство для измерения координат точек по линии на плоскости

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в координатоизмерительных машинах для измерения геометрических размеров изделий, а также при контроле геометрии элементов полотна антенной решетки. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет исключения зависимости величины по ( грешности от геометрических размеров изделий и уменьшения погрешности при определении положения датчика над границей перемещения (изделия). От генератора 3 СВЧ немодулированные колебания поступают в сдвоенный направленный ответвитель 4, где часть-их мощности ответвляется в опорный канал, а остальная часть поступает на приемопередающую антенну (ППА) 7, которая излучает волну в стороны отража ющей антенны 10, расположенной на каретке 2. где с помощью модулятора 9 осуществляется модуляция по амплитуде и отражение в обратную сторону. Принятые промодулированные СВЧ-колебания, несущие информацию о фазе, поступают через ответвитель 4 на первый вход фазового дискриминатора (ФД) 5, на второй вход которого из опорного канала поступает немодулированный СВЧ- сигнал. ФД 5 является балансным, в нем СВЧ-сигналы из измерительного и опорного каналов векторно складываются и вычитаются , затем суммарный и разностный сигналы детектируются и вычитаются. Сигнал с ФД 5 непрерывно поступает в блок 6 вычисления , где выделяется сигнал несущий информациюо координате. 5 ил. te VI V4 Ч) Ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 В 11/02

ГОСУДАРСТВЕН(-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 49 1 5632/28 (22) 14,01.91 (46) 07.12.92. Бюл. (ч . 45 (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (72) Б.А:Аюков, А.Г.Варжапетян, В.В.Нейкин, В.М.Балашов и В.А.Жарехин (56) Авторское свидетельство СССР

М 785645, кл. G 01 В 11/02, 1979.

Авторское свидетельство СССР (ч- 1052285 . кл. G 01 В 11/02, 1982.

Авторское свидетельство СССР

М 138065, кл. G 01 В 11/02, 1964.

Станки и инструмент, 1973, N. 6, с.18, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК ПО ЛИНИИ НА ПЛОСКОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в координатоизмерительных машинах для измерения геометрических размеров изделий, а также при контроле геометрии элементов полотна антенной решетки, Цель изобретения — повыЬение точности измерения за счет исключения зависимости величины по(„., Ы„„1779911 А1 грешности от геометрических размеров изделий и уменьшения погрешности при оп ределении положения датчика над границей перемещения (изделия). От генератора 3 . СВЧ немодулированные колебания поступают в сдвоенный направленный ответвитель 4, где часть-их мощности ответвляется в опорный канал, а остальная часть поступает на приемопередающую антенну (ППА) 7, которая излучает волну в стороны отражающей антенны 10,.расположенной на каретке

2, где с помощью модулятора 9 осуществляется модуляция по амплитуде и отражение в обратную сторону. Принятые промодулированные СВЧ-колебания, несущие информацию о фазе, поступают через ответвитель

4 на первый вход фазового дискриминатора (ФД) 5, на второй вход которого из опорного канала поступает немодулированный СВЧсигнал. ФД 5 является балансным, в нем

СВЧ-сигналы из измерительного и опорного каналов векторно складываются и вычитаются, затем суммарный и разностный сигналы детектируются и вычитаются. Сигнал с

ФД 5 непрерывно поступает в блок 6 вычисления, где выделяется сигнал, несущий информациюо координате. 5 ил.

1779911

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в координатно-измерительных машинах для измерения геометрических размеров изделий, а также при контроле геометрии элементов полотна антенной решетки, Известно устройство для измерения геометрических параметров объектов, содержащее излучатель, светоделительную систему, фотоприемники и схему усиления сигнала, Известны устройства для бесконтактного измерения линейных размеров, содержащие источники света, щелевую диафрагму, развертывающий цилиндр, фотоприемник и блок измерения.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения линейных размеров деталей, содержащее каретку, датчик, установленный на каретке, измерители перемещения каретки, блок вычисления.

Недостатками указанного устройства являются низкая точность измерения линейных размеров объекта (погрешность измерения равна й0-0,3 мм и определяется суммой двух составляющих; погрешностью измерения поло>кения контактного датчика и погрешностью измерения перемещения каретки); невозмо>кность определения границ объекта. Кроме того, устройство не позволяет определять размеры крупногабаритных изделий, вследствие ограниченнога хода каретки.

Целью изобретения является повышение точности измерения эа счет исключения зависимости величины погрешности от геометрических размеров изделия и уменьшения погрешности при определении поло>кения датчика над границей перемещения (изделия).

Для достижения поставленной цели в устройство, содержащее датчик, установленный на каретке с возможностью ее перемещения вдоль линии измерения координаты, и блок вычисления. введены последовательно соединенные СВЧ-генератор, сдвоенный направленный ответвитель, фазовый дискриминатор, выход которого подключен к блоку вычисления, приемопередающая антенна, подключенная к входувыходу сдвоенного направленного ответвителя, блок установки точки отсчета, вход которого подключен ко второму выходу сдвоенного направленного ответвителя, а выход соединен со вторым входом фазового дискриминатора, а также последовательно соединенные модулятор и отражающая антенна, закрепленная на каретке блок формирования сигнала положения, вход

10

25 которого подключен к выходу датчика. а выход соединен со вторым входом блока вычисления, причем приемопередающая антенна и отражающая антенна расположены на одной оптической оси, а датчик выполнен в виде оптического датчика границы перемещения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства: на фиг.2 — структурные схемы блока вычислений и блока формирования сигнала положения; на фиг.3 — геометрические расположения элементов датчика относительно линии перемещения каретки; на фиг.4 — схема включения датчика границы перемещения; на фиг,5 — зпюры напряжения, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство содержит датчик 1 границы перемещения, установленный на каретке 2, последовательно соединенные генератор 3

СВЧ, сдвоенный направленный атветвитель

4 и фазовый дискриминатор 5, выход которого подключен к входу блока 6 вычислений.. приемопередающую антенну 7, подключенную к входу-выходу сдвоенного направленного ответвителя 4, блок 8 установки точки отсчета, вход которого подкгпачен к второму выходу сдвоенного направленного ответвителя 4, а выход соединен с вторым входом

30 фазового дискриминатора 5, а также последовательно соединенные модулятор 9 и отражающую антенну 10, закрепленную на каретке 2, блок 11 формирования сигнала положения, вход которого подключен к вы35 ходу датчика 1, а выход соединен с вторым входом блока 6 вычислений, причем приемопередающая антенна 7 и отражающая антенна 10 расположены на одной оптической оси. Датчик 1 границы перемещения—

40 оптической представляет собой расположенные в одной плоскости излучатель и два фотоприемника (см.фиг.3); фотоприемники расположены на линии направления движения каретки и включены в мостовую схему

45 (см.фиг.4).

Устройство работает следующим образом.

От генератора 3 СВЧ высокочастотные. немодулированные колебания поступают в

50 сдвоенный направленный ответвитель 4, где часть их мощности ответвляется в опорный канал, а остальная часть поступает на приемопередающую антенну(ППА) 7. ППА 7 излучает волну в сторону отражающей ан55 тенны 10, расположенной на каретке 2, где с помощью модулятора 9 осуществляется модуляция по амплитуде частотой 1 кГц и отражение в обратную сторону. Принятые

ППА 7 промодулированные СВЧ-колебания, несущие информацию о фазе, проиорцио1779911

15

25

35

50

55 нальной расстоянию между антеннами, поступают через сдвоенный направленный ответвитель 4 на первый вход фазового дискриминатора 5, иэ опорного канала поступает.немодулированный СВЧ-сигнал, который проходит через блок 8 установки точки отсчета (БУТО). Принцип указанного фазового метода измерения основан на сравнении модулированного и немодулированного СВЧ.сигналов. Для этого модулируется отраженный сигнал посредством модулятора 9, представляющего собой НЧгенератор, выход которого подключен к р-1и диоду, находящемуся в водноводном отрезке между отражающей антенной 10 и согласованной нагрузкой. р-I-R диод открывается и закрывается с частбтой 1 кГц. В открытом состоянии р-i-п диод отражает СВЧ-сигнал. Фазовый дискриминатор 5 является балансным (суммарно-разностным) фазовым дискриминатором, в нем СВЧ-сигналы из измерительного и опорного каналов векторно складываются и вычитаются, затем суммарный и раэностный сигналы детектируются и продетектированные сигналы в свою очередь вычитаются. Составляющая выходного сигнала с частотой 1 кГц . оказывается пропорциональной амплитуде сигнала, приходящего из измерительного канала, и синусу угла, равного фазовому сдвигу между СВЧ несущими сигналами; приходящими из измерительного и опорного каналов. Следовательно, независимо от амплитуды входных высокочастотных сигналов низкочастотный сигнал на выходе фазового дискриминатора (ФД) 5 равен нулю, если фазовый сдвиг между высокочастотными сигналами равен нулю, Сигнал рассогласования, полученный с

ФД 5, пропорционален геометрической длине между ППА 7 и отражающей антенной

10 или между двумя точками на прямой линии. Таким образом, величина этого сигнала прямо пропорциональна разности координат двух точек измерения, Координату одной точки можно взять за опорную, что эквивалентно нормировке, с помощью БУТО 8, роль которого выполняет фаэовращатель. После установки датчика над опорной нулевой точкой с помощью фаэовращателя сводят величину рассогласования к нулю.

Сигнал рассогласования, полученный при перемещении каретки, будет, таким образом, пропорционален координатам последующих точек только первой опорной.

Сигнал с фазового дискриминатора 5 (амплитуда его пропорциональна величине перемещения каретки) поступает-непрерывно в блок б вычисления. где выделяется только сигнал, несущий информацию о координате, соответсгвующей определенной границе перемещения (начало или конец изделия 12). Это происходит следующим образом. При прохождении датчика над началом или концом изделия 12 (границы перемещения) на выходе измерительного моста появляется сигнал рассогласования Up, максимум которого соответствует границе перемещения. Сигнал рассогласования поступает в блок 11 формирования сигнала положения, где формируется короткий импульс U< в линейном масштабе, соответствующий максимуму сигнала рассогласования (см.фиг,4), Ширина импульса определит погрешность измерения границы перемещения. Короткий импульс поступает в блок б вычисления, где происходит выделение сигнала с фазового дискриминатора 5, несущего информацию о координате границы перемещения (см.фиг.5). При перемещении каретки 2 на расстояние, равное половине длины СВЧизлучения (Л/2), сигнал с фазового дискриминатора 5 изменяется от нулевого значения до максимального (см.фиг.5). Если расстояние между приемопередающей антенной 7 и отражающей антенной 10 изменяется более чем íà i1/2, то сигнал с фазового дискриминатора 5 проявляет пе, риодический характер с периодом, равным Ъ 2. Длятого. чтобы устранить неоднозначность измерений, в блоке б вычисления с помощью схемы подсчета периодов осуществляется подсчет количества полуволн (Х/2) при перемещении каретки (см.фиг.3).

Сигнал со схемы подсчета периодов складывается в сумматоре с сигналом со схемы выделения сигнала координаты, прошед- шим во время прихода на схему выделения сигнала координаты сигнала положения каретки (границы перемещения). Таким образом, с сумматора на индикатор поступает сигнал, амплитуда которого характеризует абсолютную координату границы перемещения каретки, т,е. координату точки пересечения линии перемещения датчика с границей объекта. При необходимости, измерив координаты двух точек, характеризующих начало и конец объекта, можно по разности координат определить линейный разрез объекта по линии перемещения датчика.

Формула изобретения

Устройство для измерения координат точек по линии на плоскости, содержащее датчик, установленный на каретке с воэможностью ее перемещения вдоль линии измерения координаты, и блок вычисле1779911 каретки

Фиг.З ния, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено последовательно соединенными генератором СВЧ, сдвоенным направленным ответвителем и фазовым дискриминатором, выход которого подключен к входу блока вычисления, приемопередающей антенной, подключенной к входу-выходу сдвоенного направленного ответвителя, блоком .установки точки отсчета, вход которого подключен к второму выходу сдвоенного направленного ответвителя, а выход — к второму входу фазового дискриминатора. последовательно соединен ными модулятором и отражающей антенной, закрепленной на ка5 ретке, и блоком формирования сигнала положения, вход которого подключен к выходу датчика, а выход — к второму входу блока вычислений, приемопередающая и отражающая антенны расположены на одной оптиче10 ской оси, а датчик выполнен в виде оптического датчика границы перемещения, Ф0 Фп

Линия перенещения

1779911

ык U>

Фиг. Ч

Составитель Л.Крюкова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор B.Петращ

Редактор

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

Заказ 4428 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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