Оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек деталей

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения геометрических параметров обечаек - основных базовых деталей химнефтеаппаратуры. Целью изобретения является повышение точности измерения за счет введения механизма коррекции. Устройство содержит оптическую измерительную головку, состоящую из корпуса, объектива, упругой подвески с закрепленными на ней сердечником и зеркальной пирамидой, катушки вибропривода, соединенной с генератором и четырех зеркал, механически связанных с гайкой, пружинами и рычагами. Корпус оптической головки установлен в подшипнике с возможностью поворота. На корпус установлен механизм коррекции, состоящий из двух шарнирно связанных зеркал и устройства поворота. В плоскости изображения головки установлены маска и подвижная диафрагма и фотоприемники. Электронный регистратор сигналов состоит из фотоприемников, усилителей, формирователей импульсов, фильтров низкой частоты, блоков вычитания. Электропривод состоит из усилителей и серводвигателей. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для контроля геометрических параметров цилиндрических крупногабаритных деталей, и может быть использовано в химическом и нефтяном машиностроении при производстве обечаек основных базовых деталей химнефтеаппаратуры.

Известно устройство для измерения поперечного размера движущихся цилиндрических тел [1] содержащее два измерительных канала, каждый из которых содержит оптико-электронную головку и суммирующий блок с индикатором. Для исключения влияния изделия в пространстве на точность измерения оптические оси головок направлены под углом, например, прямым, одна к другой и каждая головка определяет величину поперечного смещения изделия для другой и осуществляется автоматическая коррекция результата измерения.

Однако такая схема измерения реализует бесцентровый метод измерения, которому присуща методическая погрешность при определении формы изделия, которая в свою очередь необходима для управления технологическим процессом производства обечаек. Поэтому такое устройство непосредственно применить для измерения геометрических параметров обечаек не представляется возможным.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является лазерное оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек [2] содержащее оптическую измерительную головку с приводом вращения, состоящую из четырех зеркал с приводом поворота, зеркальной пирамиды с виброприводом, четырех световодных вилок, лазера и объектива, установленную на перемещающемся двухкоординатном механизме, соединенном с двумя серводвигателями, регистратор сигналов из четырех цепей, каждая из которых включает последовательно соединенные фотоприемник, усилитель-форми- рователь импульсов, фильтр низкой частоты, попарно соединенных с двумя блоками вычитания, с усилителями и электроприводами, и измерительную цепь, включающую подвижную диафрагму и последовательно соединенные усилитель, формирователь импульсов и индикатор.

Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерения, поскольку используемый оптико-электронный метод измерения по своему принципу действия является угловым методом и поэтому при измерении линейных величин необходимо обеспечивать постоянство расстояния от измерительного устройства до измеряемого объекта, а поскольку в течение технологического процесса обечайка перемещается вдоль валков листогибочной машины, то и возникает методическая погрешность измерения.

Цель изобретения повышение точности измерения за счет введения механизма коррекции величины смещения изделия вдоль оси головки.

Поставленная цель достигается тем, что оптико-электронное устройство для измерения размеров обечаек, содержащее оптическую измерительную головку, состоящую из оптически связанных четырехгранной зеркальной пирамиды с виброприводом, объектива, установленной в фокальной плоскости объектива маски, системы из четырех зеркал, расположенных по сторонам квадрата и установленных с возможностью изменения углового положения, двухкоординатный механизм, предназначенный для установки оптической головки с возможностью вращения, регистратор, состоящий из четырех цепей центровки, каждая из которых выполнена из последовательно соединенных фотоприемника, формирователя импульсов и фильтра низкой частоты, двух блоков вычитания, входы каждого из которых подключены к выходам двух соответствующих фильтров низкой частоты, и измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу одного из фотоприемников, и индикатора, два серводвигателя, входы которых связаны с выходами соответствующих блоков вычитания, снабжено скрепленным с оптической головкой с возможностью поворота относительно ее оси механизмом коррекции, выполненным из двух шарнирно связанных зеркал, ориентированных отражающими поверхностями параллельно друг другу, и диафрагмой, установленной между маской и фотоприемниками с возможностью перекрытия одного из них.

Указанное отличие позволяет повысить точность измерения, так как с помощью двух зеркал задается смещение оптического луча на заданную постоянную величину, что эквивалентно изменению размера изделия на эту же величину, и определяется цена деления индикатора измерительной цепи, а затем цена деления индикатора корректируется изменением амплитуды сканирования с помощью вибропривода зеркальной пирамиды.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 щелевая маска с фотоприемниками; на фиг. 3 схема измерения.

Оптическая измерительная головка представляет собой корпус 1 (фиг.1), в котором закреплены объектив 2, упругая подвеска 3 с установленным на ней сердечником 4 и четырехгранной зеркальной пирамидой 5, катушка 6 вибропривода, соединенная с регулируемым генератором 7, четыре зеркала 8. Зеркала установлены на осях, закрепленных в корпусе 1 и расположенных по сторонам квадрата, центрально-подобного основанию пирамиды 5.

Для увеличения зоны сканирования поверхности зеркал 8 имеют вогнутую цилиндрическую поверхность. На корпусе 1 установлена на резьбе гайка 9 с внутренней конической поверхностью, в которую с помощью пружин 10 упираются рычаги 11, жестко соединенные с зеркалами 8. Таким образом, при вращении гайки 9 происходит поворот всех зеркал 8 на одинаковые углы, за счет чего осуществляется установка измерительного устройства на заданный размер обечайки. Корпус оптической головки 1 установлен в подшипнике 12 с возможностью поворота вокруг оси головки. На корпусе с возможностью поворота установлен механизм коррекции, выполненный в виде двух шарнирно связанных зеркал 13, поверхности которых параллельны друг относительно друга, с устройством 14 поворота этих зеркал, которое представляет собой винтовую передачу. При установке измерительной головки на заданный размер обечайки зеркала 13 поворачиваются с помощью передачи 14 так, чтобы смещение луча в номинальной плоскости было равно постоянной величине d.

В плоскости изображения объектива 2 установлена маска 15 с прорезями в форме квадрата (фиг.2), центрально-подобного основанию пирамиды 5. За маской 15 напротив щелей установлены четыре фотоприемника 17-20, напротив одного из фотоприемников подвижная диафрагма с отверстием 16. Фотоприемники 17-20 соединены через контакты реле Р₁ и Р₂ с входами усилителей 21-25, усилитель 21 обхвачен отрицательной обратной связью с помощью блока АРУ 26. А выходы усилителей соединены с формирователями импульсов-триггерами Шмитта 27-31. Формирователь 27 соединен с индикатором 32, а остальные с фильтрами низкой частоты 33-36. Выходы фильтров 33 и 34 соединены с блоком вычитания 37, а фильтров 35 и 36 соответственно с блоком вычитания 38. Выходы блоков вычитания 37, 38 подключены к усилителям электроприводов 38 и 40, соединенных с серводвигателями 41, 42.

На фиг. 3 изображена схема измерения. Изделие-обечайка 43 находится в валках листогибочной машины 44. С торцовой стороны обечайки установлены направляющие 45, в которых с помощью механизмов 46 и 47, соединенных с серводвигателями 41, 42, осуществляется перемещение оптической измерительной головки 48 с электроприводом вращения 49.

Устройство работает следующим образом.

Оптическая система головки, состоящая из зеркал 8, пирамиды 5 и объектива 2, создает изображение участков нагретого изделия в плоскости маски 15. С помощью гайки 9 зеркала 8 устанавливаются так, чтобы проектировались участки изделия только с одной границей (внутренней или наружной). На наружной поверхности гайки 9 нанесены деления, соответствующие номинальному размеру изделия.

При колебаниях пирамиды 5 с помощью вибропривода, состоящего из генератора 7, катушки 6, сердечника 4 и упругой подвески 3, проекции участков изделия также совершают колебания относительно щелей маски 15. Поэтому на выходы фотоприемников 17-20 поступают импульсы потока излучения нагретого изделия и на выходах усилителей 21-25 будут соответствующие импульсы напряжения. В режиме поиска центра изделия контакты реле Р₂ замкнуты, а реле Р₁ разомкнуты.

Рассмотрим сначала работу системы автоматического поиска центра изделия, которая состоит из двух идентичных следящих систем управления по двум координатам, поэтому рассмотрим работу системы по одной координате. Для увеличения крутизны фронтов импульса усилители имеют большой коэффициент усиления. Затем сигналы с выходов усилителей поступают на входы формирователей 27-31, которые преобразуют сигналы усилителей в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды. Длительность этих импульсов пропорциональна положению касательной к проекции участка изделия, поскольку каждый фронт импульса фототока совпадает по времени с положением изображения края изделия, при котором ось щели является касательной к этому изображению.

С помощью фильтров 33,34 низкой частоты величина длительности этих импульсов преобразуется в постоянное напряжение. Фильтры подключены к блоку вычитания 37, где определяется сигнал, пропорциональный смещению середины между касательными к контуру изделия относительно оптической оси объектива 2. Сигнал с блока вычитания 37 поступает на вход усилителя электропривода 39, соединенного с серводвигателем 41, который в свою очередь через механизм 46 перемещает головку в вертикальных направляющих 45 до тех пор, пока оптическая ось объектива 2 не будет находиться на середине между касательными к контуру обечайки 43.

Точно так же работает система автоматического управления по другой координате, кроме того, перемещения по одной координате не влияют на работу другой, поскольку перемещения проекции контура между касательными не изменяют расстояние от центра до касательных.

После того, как система автоматического поиска центра изделия определила базу измерения, производится контроль профиля сечения внутренней поверхности обечайки, в этом режиме работы контакты Р₂ размыкаются, а контакты Р₁ замыкаются. Оптическая система головки с помощью гайки 9 устанавливается на номинальный внутренний размер обечайки, т.е. при вращении головки с помощью электропривода 49 регистрировалось отклонение внутреннего размера обечайки. Кроме того, при включении режима контроля перед фотоприемником 19 устанавливается подвижная диафрагма с отверстием 16, которая позволяет контролировать отклонение размера в определенной точке контура обечайки, так как размер отверстия мал по сравнению с размером детали. Сигнал с фотоприемника 19 усиливается усилителем 21, охваченным блоком АРУ 26. Напряжение с выхода усилителя поступает на формирователь 27 импульсов, соединенный с индикатором 32, который регистрирует отклонение внутреннего размера от номинального.

Кроме того, перед контролем профиля сечения обечайки осуществляется коррекция измерительного канала с помощью зеркал 13, которые устанавливаются перед зеркалом 8, соответствующим фотоприемнику 19. С помощью зеркал 13 задается смещение оптического луча на заданную постоянную величину d, что эквивалентно изменению размера изделия на эту же величину. Индикатором 32 определяется это смещение и соответственно цена деления и, если она отличается от заданной, то осуществляется ее коррекция изменением амплитуды сканирования ручным способом с помощью регулируемого источника 7 переменного напряжения.

При внедрении фотоэлектрического устройства для контроля внутреннего диаметра обечаек значительно повышается точность контроля в процессе их производства, что исключает повторный технологический цикл-правку, что связано с дополнительными материальными затратами. При повышении технологической точности обечаек повышается производитель- ность труда при сборке химнефтеаппаратуры и улучшаются эксплуатационные характеристики химнефтеаппаратуры.

Формула изобретения

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ ОБЕЧАЕК ДЕТАЛЕЙ, содержащее оптическую измерительную головку, состоящую из оптически связанных четырехгранной зеркальной пирамиды с виброприводом, объектива, установленной в фокальной плоскости объектива маски, системы из четырех зеркал, расположенных по сторонам квадрата и установленных с возможностью изменения углового положения, двухкоординатный механизм, предназначенный для установки оптической головки с возможностью вращения, регистратор, состоящий из четырех цепей центровки, каждая из которых выполнена из последовательно соединенных фотоприемника, формирователя импульсов и фильтра низкой частоты, двух блоков вычитания, входы каждого из которых подключены к выходам двух соответствующих фильтров низкой частоты, и измерительной цепи, состоящей из последовательно соединенных формирователя импульсов, вход которого подключен к выходу одного из фотоприемников, и индикатора, два серводвигателя, входы которых связаны с выходами соответствующих блоков вычитания, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, оно снабжено скрепленным с оптической головкой с возможностью поворота относительно ее оси механизмом коррекции, выполненным из двух шарнирно связанных зеркал, ориентированных отражающими поверхностями параллельно друг другу, и диафрагмой, установленной между маской и фотоприемниками с возможностью перекрытия одного из них.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3