Пристрій для вимірювання діаметру виробів

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к конструкции устройств для бесконтактного измерения диаметра изделий, и может найти применение при производстве проволоки, кабеля, прутков, волокон и тому подобных изделий. В качестве прототипа выбрано устройство для измерения диаметра непрозрачных тонких нитей [1], содержащее источник света, осветительный световод, приемный световод, приспособление для колебания нити, фотоприемник и аналоговый преобразователь. В указанном устройстве излучение от источника попадает в осветительный световод, на выходе которого формируется световой поток с широкой индикатриссой рассеяния. Из этого широкого потока с помощью приемного световода выделяется узкий световой пучок, в пределах которого распределение светового потока постоянно. В этот узкий пучок помещается измеряемый объект. Прошедшее через приемный световод излучение регистрируется фотоприемником и аналоговим преобразователем. Недостатком этого устройства является его пригодность для измерения только тонких нитей. При больших диаметрах изделий реальные источники не позволяют получить достаточно равномерное распределение потока излучения по всему сечению. Зависимость ослабления светового потока от диаметра является нелинейной и зависит от вида индикатриссы рассеяния примененного конкретного излучателя. Дополнительное увеличение погрешности измерения может быть вызвано другими причинами, например при применении объектов неравномерным ослаблением светового потока линзами объективов, имеющим различную толщину в центре и по краям. Поэтому даже получение полностью равномерной индикатриссы рассеяния, что технически весьма затруднительно при больших диаметрах при помощи световодов, еще не обеспечивает одинаковую степень ослабления светового потока, приходящего к фотоприемнику при перемещении изделия в зоне контроля, а также линейную зависимость степени ослабления светового потока от диаметра изделий. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать устройство для измерения диаметра изделий, в котором благодаря введению устройства, регулирующего распределение потока излучения по сечению светового луча, обеспечивается возможность измерять изделия большого диаметра, обеспечивается повышение точности измерения, упрощается конструктивное выполнение, и за счет этого повышается эффективность его применения. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения диаметра изделий, содержащем излучатель света, оптическую систему, фотоприемник и аналоговый преобразователь, предусмотрены следующие конструктивные отличия: 1) оптическая система выполнена в виде двух собирающих линз, установленных соосно с образованием промежутка между ними; 2) в промежутке между линзами установлена диафрагма; 3) диафрагма выполнена в виде пластины из светонепроницаемого материала, в которой предусмотрено прямоугольное отверстие, в которой одна из пар кромок отверстия расположена вертикально, гибкой пружинящей полоски, сопряженной с пластиной так, что рабочая кромка полоски расположена в одной плоскости с одной из вертикальных кромок отверстия пластины, регулировочных винтов, обеспечивающих изменение положения рабочей кромки полоски по кривой. Указанными отличительными признаками в сочетании с общими для прототипа и предложенного устройства конструктивными признаками обеспечивается максимально возможное исключение влияния неравномерности распределения светового потока (по вертикали), приходящего на фотоприемник, на точность измерения вследствие обеспечения регулирования распределения потока излучения по сечению светового луча. Таким образом, налицо причинноследственная связь между отличительными признаками и достигаемым техническим результатом (при испытании опытного образца устройства отклонение от базовых значений диаметров составило не более ±0,02мм при измерении прутка диаметром 15мм, что, по мнению комиссии, проводившей испытания, весьма хорошо). В предшествующей технике не обнаружено устройство, совокупность признаков которого совпала бы с совокупностью признаков заявляемого устройства, что послужило основанием для вывода о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности "новизна". Отличительные признаки (по крайней мере, по пп.2, 3) не обнаружены в объектах аналогичного назначения в предшествующем уровне техники, что послужило основанием для вывода о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень", На фиг.1 показана блок-схема устройства (функциональная схема); на фиг.2 - общий вид диафрагмы; на фиг.3 - сечение диафрагмы по А - А на фиг.2; на фиг.4 - функциональная схема аналогового преобразователя. Предлагаемое устройство для измерения диаметра изделий содержит излучатель 1 светового потока, линзу 2 излучателя, диафрагму 3, линзу 4 фотоприемника, фотоприемник 5 и аналоговый преобразователь 6. В качестве излучателя 1 рекомендуется использовать любой источник оптического излучения из числа известных и доступных. Излучатель 1 для получения плоскопараллельного потока света расположен в фокусе линзы 2. Фотоприемник 5 расположен в фокусе линзы 4. Собирающие линзы 2 и 4 выбраны из числа известных, производимых промышленностью. Они установлены соосно, с образованием промежутка 7 между ними. В промежутке 7 сразу после линзы 2 установлена диафрагма 3, Диафрагма 3 выполнена в виде пластины из светонепроницаемого материала, например из листа стали, пластмассы и т.п. В диафрагме 3 предусмотрено прямоугольное отверстие 8, а одна из пар кромок, расположенных друг против друга, отверстия 8 должна располагаться вертикально. В диафрагме 3 предусмотрена полоска 9 из гибкого пружинящего материала (пружинной стали, стеклопластика, пластмассы и т.п.). Основание полоски 9 прикреплено к диафрагме 3 посредством бруска 10. При этом передняя рабочая кромка 11 полоски 9 расположена в одной плоскости с вертикальной кромкой отверстия 8 (в исходном положении). Световой поток ограничивается тремя сторонами отверстия пластины диафрагмы 3 и рабочей кромкой 11 полоски 9, Брусок 10 снабжен регулировочными винтами 12, пропущенными через него на определенном расстоянии друг от друга, обеспечивающим изменение формы кромки 11 по некоторой кривой. В качестве фотоприемника 5 рекомендуется использовать любой стандартный (производимый промышленностью) и доступный фотодиод, например, марки ФД-К-155. Излучатель 1, линза 2, линза 4 и фотоприемник расположены по одной горизонтальной линии (соосно), а диафрагма 3 расположена перпендикулярно к этой линии. Аналоговый преобразователь выполнен по типу известных и содержит задатчик 13 интенсивности оптического излучения и блок 14 сравнения. Задатчик 13 выполнен по типу известных и содержит следующие элементы: стабилизатор напряжения, выполненный на стабилитроне 15, например типа Д818, и задатчик тока, выполненный на постоянном резисторе, например МЛТ, и подстроечном 16, например СП-П. Блок 14 выполнен по типу известных и содержит следующие элементы: операционный усилитель 17, например марки К140УД7, сравнивающий ток задатчика и фотоприемника, стрелочный измерительный прибор 18, например М1692 или цифровой, например В4 - 13, регулировочный резистор 19. Описанным выше устройством пользуются следующим образом. Предварительно производят настройку оптической системы. Для этого включают излучатель 1 и аналоговый преобразователь 6. При помощи подстроенного резистора 16 добиваются показаний измерительного прибора 18 равным нулю (ток задатчика 13 и ток фотоприемника 5 равны). В промежуток 7 в зону, расположенную между диафрагмой 3 и линзой 4, вводят изделие с известным диаметром - образец. Перемещая образец в плоскости перпендикулярно оси светового потока (вверх или вниз), замечают показания измерительного прибора 18. Перед перемещением условно разбивают сечение светового потока по вертикали на несколько слоев-уровней по числу регулировочных винтов. То есть каждому уровню соответствует свой регулировочный винт. На тех уровнях, где показания прибора 18 больше, чем на остальных, винты 12 закручивают, отгибая рабочую кромку 11 полоски 9. На тех уровнях, где показания прибора меньше, выкручивают. Таким образом, добиваются одинаковых показаний при перемещении образца в плоскости, перпендикулярной оси светового потока. Количество регулировочных винтов (уровней) определяется экспериментальным путем, так как зависит от свойств каждого примененного оптического устройства и от требуемой точности измерения. С увеличением числа регулировочных винтов, (уровней) точность измерения возрастает. Перемещают образец и вдоль оси светового потока и добиваются одинаковых показаний прибора 18, уточняя положение излучателя 1 в фокусе линзы 2. Таким образом, перемещения образца в зоне контроля вызывают одинаковые показания прибора 18. Зная размер образца, регулировочным резистором 19 устанавливают коэффициент усиления операционного усилителя 17, при котором показания измерительного прибора 18 будут равны диаметру образца. После этого образец убирают, а в промежуток 7 вводят изделие, диаметр которого нужно измерить или контролировать. Это изделие ослабляет интенсивность светового потока, а фотоприемник 5 это изменение интенсивности освещенности фиксирует в виде измененного (по сравнению с исходным, когда в промежутке 7 изделия нет) электрического сигнала, Блок 14 выдает эту разницу и по ней судят о диаметре изделия. О промышленной применимости заявляемого устройства свидетельствует нижеследующее: 1) устройство предназначено для использования в производстве проволоки, кабеля, провода и т.п. материалов в качестве средств контроля и регулирования для обеспечения высокого качества их; 2) устройство в целом и отдельные его конструктивные элементы могут быть изготовлены из известных материалов с применением широко известных технологических приемов, к тому же абсолютное большинство составных частей устройства представляют собой широко известные объекты; 3) точность измерения диаметра изделия, осуществляемого предложенным устройством, как показали испытания опытного образца последнего, достаточно высока: отклонения от исходного размера составляют лишь ±0,02мм при измерении диаметра прутка 15мм, т.е. 0,12% (без регулирования светового потока отклонения от исходного размера составляли более ±0,2мм). Изготовлен и испытан опытный образец предложенного устройства (копия акта прилагается), а внедрение его предусмотрено на 1993г.