Прибор для определения твердости полимерных материалов

 

Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резино-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс. Сущность изобретения: в устройство введены блок вычислений коэффициента твердости, блок энергонезависимой памяти данных, блок постоянной памяти команд, манипулятор и блок дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор, цифропечатающее устройство, интеллектуальный оптоэлектронный датчик малых перемещений . 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (эм G 01 N 3/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4912213/28 (22) 26.11.90 (46) 15.07.93. Бюл. М 26 (71) Самарское специальное конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Нефтехимавтоматика" (72) В.Н.Астапов и Г.Г.Воробьев (56) Авторское свидетельство СССР

N 1486876, кл. G 01 N 3/42, 1987. (54) ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТВЕРДОСТИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к

Изобретение относится к технике измерения физических величин, в частности к конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резина-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия прибора, а также достоверности результатов измерения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения твердости полимерных материалов; на фиг. 2 конструкция прибора для измерения твердости полимерных материалов; на фиг. 3 — блок-схема интеллектуального датчика; на фиг. 4— принципиальная схема оптоэлектронного измерителя; на фиг. 5 — блок — схема преобразователя перемещения индентора в цифровой код; на фиг. 6 — принципиальная пт> ъЖа1у 1 827579 А 1 конструкции трехинденторного измерителя твердости резины и может быть использовано в резино-технической, шинной промышленности и промышленности пластических масс. Сущность изобретения: в устройство введены блок вычислений коэффициента твердости, блок энергонезависимой памяти данных, блок постоянной памяти команд, манипулятор и блок дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор, цифропечатающее устройство, интеллектуальный оптоэлектронный датчик малых перемещений. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

|. схема логического фильтра импульсов; на фиг. 7 — принципиальная схема электронно-:, го нониуса; на фиг. 8 — блок — схема алгоритма работы прибора; на фиг. 9 — диаграмма работы логического фильтра; на фиг. 10 — 00 временные диаграммы сигналов электрон- :) ного нониуса. 1с

Прибор для измерения твердости пол- у имерных материалов (фиг. 2) содержит корпус 1, на котором с возможностью перемещения установлен столик 2, имеющие в центре выступ 3 конуснои формы, заканчивающийся стержнем 4, На выступе, 3 размещен своей нижней внутренней ко-, нусной частью основной груз 5, выполнен- ный в виде псйого цилиндра. Своей верхней внутренней конусной частью основной груз

5 лежит в ответной конусной части — конусе

6 подвески 7. Верхний конец подвески 7 выполнен в виде конуса 8, входящего при своем движении в отверстие 9 корпуса 1, В f827579 верхней части подвески 7 жестко установлена нижняя траверса 10, которая с помощью тяг 11 жестко соединена с верхней траверсой 12, в центра которой установлена опора

13, Инденторы 14 жестко скреплены между собой шайбой 15 с установленной в середине опорой 16. Шайба 15 имеет снизу высту.пающую часть в виде конуса 17, Верхний торец опоры 16 имеет сферическую поверхность с центром, расположенным в геометрическом центре плоскости, проходящей через центры сфер инденторов. Стержень

18 расположен свободно в зажиме 19 и входит в соприкосновение снизу с опорой 13, а сверху с наконечником 20 измерителя перемещения 21, Наконечник 20 снабжен фиксатором 22. Прижимной груз 23 имеет отверстия 24 для пропуска тяг 11, отверстия

25 для пропуска инденторов 14, отверстия

26 для тяг механизма подьема и опускания прижимного груза (условно не показанного на схеме). центральное отверстие 27 конусной формы. Три выступа снизу вокруг отверстия 25 выполняют рояь прижимных лапок

28, прижимающих образец 29 нормированным усилием к опорной поверхности 30 корпуса 1. В корпусе 1 (фиг. 1) размещены та же блок 31 вычислений коэффициента твердости, блок 32 постоянной памяти команд, блок 33 энергонезависимой памяти данных, блок 34 дискретного управления манипулятором, манипулятор 35, цифртопечатающее устройство 36, блок цифровой индикации

37, бункер-накопитель 38, Манипулятор 35 (фиг. 1) содержит механизм 39 управления кассетой для образцов, загрузочное устройство 40, механизм 41 подьема основного груза 5, механизм 42 прижимного груза 5, механизм 42 прижимного груза 23.

Интеллектуальный датчик(фиг,3) малых перемещений состоит из оптоэлектронного измерителя перемещений 43 и преобразователя линейных перемещений 44 в цифровой код.

Оптоэлектронный измеритель (фиг. 4) представляет собой преобразователь перемещений в импульсный сигнал и содержит оптическую решетку 67, с шагом решетки 16 мкм, жестко связанную с наконечником 20 (фиг. 2} и оптопары 68. Преобразователь линейных перемещений 44 в цифровой код (фиг, 5) содержит два усилителя 45 и 46, на входы которых подключены выходы оптоэлектронного измерителя 43, компараторы

47 и 48, на входы которых подключены выходы усилителей 45 и 46 соответственно и входы опорного напряжения l3on, выходы компараторов 47, 48 подключены на входы логического фильтра 49 и на первый и второй входы блока 52 электронного нониуса, логический фильтр 49, 1-й и 2-й счетчики 50 и 51, на входы которых подключены соответствующие выходы логического фильтра, а выходы подключены на шину данных микропроцессора 31, блок 52 электронный нониус, на 3 и 4 входы которого подключены выходы усилителей 45 и 46 соответственно, "0 а выходы на шину данных микропроцессора

31.

Логический фильтр 49 (фиг, 6) содержит два инвертора 53, 54, два элемента 55 и 56

И, линии задержки íà RC цепочках, 15 Блок 52 электронный нониус фиг, 7 содержит три усилителя 57, 58 и 59, шесть компараторов 60 — 65, выходы которых подключены на входы восьмиразрядного реги.стра 66, цепочку потенциометрических резисторов 67, подключенных к выходам усилителей 57, 58, 59, Работа прибора осуществляется под управлением блока вычислений 31, в качестве которого служит микропроцессор, по программе, хранящейся в памяти программ 32, блок-схема алгоритма управляющей программы представлена на фиг, 8, Согласно программе микропроцессор вырабатывает в определенной последовательности коды

30 команд, которые по шине данных поступают на вход блока 34 дискретного управления манипулятором, блок 34 представляет собой плату силовых транзисторных ключей, управляемых сигналами микропроцессора, 35 Сигналы с блока 34 по силовой шине управления поступают на входы исполнительных механизмов управления кассетой 39, управления загрузочным устройством 40, подьема основного груза 41, подьема

40 прижимного груза 42, управления зажимом управления перемещением наконечника 20 и приводят их в действие согласно алгоритму (фиг. 8). Отработанный образец из рабочего пространства вытал кивается

45 следующим образцом в бункер-накопитель 38.

Измеритель перемещений 21 интеллектуальный оптоэлектронный датчик работает следующим образом.

При перемещении наконечника 20 измерителя 43 одновременно с ним перемещается оптическая решетка 67, в результате чего на выходах измерителя 43 вырабатыва ются импульсные синусоидальные сигналы, принимающие нулевые значения при каж55 дом смещении решетки 67 на один шаг (16 мкм). Сигналы на выходах между собой сдвинуты на 90О. Данные сигналы поступают на усилители 45, 46, усиленные сигналы поступают на компараторы 47, 47 и на входы блока 52, Сформированные на выходах ком1827579 параторов сигналы прямоугольной формы, сдвинутые относительно друг друга на 90, поступают на логический фильтр 49, на выходе которого создаются импульсы или прямого, или обратного счета. Эти импульсы поступают на входы счетчиков 50 и 51, прямого и обратного счета (в качестве счетчиков применены счетчики — таймеры серии

К5808И53), при прямом перемещении наконечника 20, фильтр 49 пропускает импульсы на вход счетчика 50 прямого счета, при обратном перемещении пропускает импульсы на вход счетчика 51 обратного счета.

Цена данных импульсов равна 16 мкм. Так как счетчики таймера работают в обратном направлении, то для определения фактической величины импульсов, нужно произвести следующим вычисления

Кфакт = N1 К2 где Кфакт — фактическое значение импульсов;

К вЂ” начальное значение счетчика;

К2 — конечное значение счетчика.

Для определения истинного значения перемещения индентора необходимо из значения счетчика 50 прямого счета вычесть значения счетчика 51 обратного счета и разность умножить на 16 мкм.

= (Кпр.сч. — Кобр.сч.| 16 (2) где L — истинное значение перемещения индентора в мкм.

Это будет результат по грубой шкале отсчета. Для повышения точности датчика используется блок 52 электронный нониус, который представляет собой блок логики преобразователя фиг. 7. На выходе блока 52 формируется код, который через шины данных считывается микропроцессором 31 и в таблице, хранящейся в постоянной памяти

32, B соответствии с прочитанным кодом выбирается соответствующее значение точного перемещения индентора в единицах измерения (в данном случае мкм), т.е. это будет результат по нониусу точного отсчета.

Общий результат перемещения индентора будет равный (- = ((Кпр.сч. Кобр.сч.) 16+ l), {3) где! — показания нониуса в ед, изм. (мкм).

Таким образом, при разрешающей сАОсобности оптической решетки в 16 мкм измерение произойдет с точностью до 1 мкм.

Логический фильтр 49 работает согласно диаграмме фиг. 9.

Электронный нониус 52 (фиг, 7) работает следующим образом.

nvc с поедметным столом, размещенные на30 против него инденторы и узел нагруженьа

35 манипулятором, цифровым индикатором, 40 цифропечатающим устройством, связанным с индентором интеллектуальным опта50

5

Потенциометрические резисторы устанавливают пороговый уровень срабатывания компараторов 60 — 65 таким образом, чтобы сигналы на их выходах имели сдвиг на

1/16 шага оптической решетки. Временные диаграммы сигналов и таблица соответствия приведены на фиг. 10. Таким образом разрешающая способность датчика повышается до 1 мкм. Код с компараторов поступает на восьмиразрядный регистр 66, с которого через шину данных считывается микропроцессором и в таблице, хранящейся в памяти программ 32, в соответствии с прочитанным кодом в регистре 66, выбирается соответствующее значение единиц перемещения, Таким образом. предложенное устройство исключает недостатки прототипа, повышает быстродействие прибора, точность и достоверность результатов измерения и позволяет распечатывать результаты на твердом носителе, а также позволяет сохранять результаты ы энергонезависимой памяти данных при аварийном отключении питания.

Формула изобретения

1, Прибор для определения твердости полимерных. материалов, содержащий коринденторов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродей ствия прибора, а также достоверности ре= зультатов измерения, он снабжен блокоц вычислений коэффициента твердости, бло. ком энергонезависимой памяти данных, блоком постоянной памяти команд, манипулятором и блоком дискретного управления электронным датчиком перемещений, выход блока вычислений коэффициента твердости соединен с общей шиной, к которой подключены входы-выходы блока энергонезависимой памяти данных, выходы блока постоянной памяти, вход блока дискретного управления манипулятором, цифровой индикатор- и цифропечатающее устройство; а информационный вход блока вычислений коэффициента твердости соединен с выходом интеллектуального оптоэ. лектронного датчика.

2. Прибор пои. 1, отл и ч а ю щ и йс я тем, что манипулятор выполнен в виде кассеты для образцов, механизма управления кассетой, загрузочного устройства, меха низма подъема прижимного груза, механиз ма подъема основного груза бункера-накопителя.

1827579

3. Прибор по и. 1, отличающийся тем, что блок управления манипулятором включает в себя силовые транзисторные ключи.

4. Прибор по и,. 1. о т.л и ч а ю шийся тем, что интеллектуальный оптоэлектронный датчик выполнен в виде оптоэлектронного измерителя перемещений и преобразователя линейных перемещений в цифровой код.

5. Прибор по пп, 1 и 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что преобразователь линейных перемещений в цифровой код выполнен в виде двух усилителей, входы которых подключены к выходам оптоэлектронного измерителя, двух компараторов, входы которых подключены к выходам усилителей блока электронного нониуса и логического фильтра, входы которых подключены к выходам компараторов, первого и второго счетчиков, на входы которых подключены соответствующие выходы логического фильтра, микропроцессоров. соединенных с выходами

5 счетчиков, входы блока электронного нониуса подключены к выходам усилителей, а выходы — на шину микропроцессора.

6. Прибор по п.5, отл и чаю щи йс я тем, что логический фильтр выполнен в виде

10 двух инверторов, двух элементов И и линии задержки на RC-цепочках, 7. Прибор по п,5, отличающийся тем, что блок электронного нониуса выполнен в виде трех усилителей, шести компара15 торов, восьмиразрядного регистра, входы которого соединены с выходами компараторов, потенциометрических резисторов, соединенных с входами компараторов и с выходами усилителей.

1827579

3S27579

1827579

1827579

1827579

Фиг. Ю

Редактор

Заказ 2354 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изооретениям и открыиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж 35, Раушская наб., 4/5 ( г

2 ф

Составитель В, Астапов

Техред М.Моргентал Корректор R. Пилипенко

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