Пристрій для автоматичного контролю розмірів об’єкта

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля геометрических размеров, например, диаметров и несоосности валов в процессе механической обработки. Известно устройство для автоматического контроля геометрических размеров объектов [Авт.св. СССР № 1288504, кл. G 01 В 21/02, 1987], содержащее датчик изображения на приборе с зарядовой связью, видеоусилитель, соединенный с его выходом, соединенные последовательно к его выходу аппроксиматор и блок измерения и преобразования температуры в частоту, тактовый генератор, выход которого соединен с датчиком изображения, видеоусилителем, блоком аппроксимации, блоком измерения и преобразования температуры в частоту компаратор. Недостатками этого устройства является невозможность измерения несоосности ступенчатых валов. Наиболее близким по технической сущности и решаемой задачи к заявляемому устройству является устройство для автоматического контроля размеров поковок [Исследование новых технических решений по созданию компьютерных измерительных систем для замеров геометрических размеров поковок. Отчет о научно-исследовательской работе №№-18-92, с. 86], содержащее оптическую линзу, изображение объекта через которую поступает на фотоприемный прибор, выход которого соединен через коммутатор со входом видеоусилителя и выходом тактового генератора, выход видеоусилителя связан через аппроксиматор со входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен через управляемый регистр со входом микроЭВМ, управляющий выход которой связан со входом тактового генератора, компаратор, связанный с блоком измерения преобразования температуры в частоту. Фо тоизображение поковки поступает через линзу на ячейки (пикселы) фотоприемного прибора, коммутатор последовательно с частотой тактового генератора подключает пикселы ко входу видеоусилителя, аналоговые сигналы в аналого-цифровом преобразователе преобразуются в ци фровые коды, которые записываются через управляемый регистр в память ЭВМ, обрабатываются по программе и на дисплей ЭВМ передаются размеры поковки. Недостатком этого устройства является невозможность контроля несоосности ступенчатых валов, так как контроль осуществляется в одном сечении. В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для автоматического контроля размеров объекта, которое позволило бы осуществить контроль а нескольких сечениях, что позволило бы контролировать несоосность ступенчатых валов. Поставленная задача достигается за счет того, что в известном устройстве для автоматического контроля размеров объекта, содержащем оптическую линзу, фотоприемный прибор, видеоусилитель, аппроксиматор, блок измерения преобразования температуры в частоту, подключенные последовательно к первому входу тактового генератора, вторые входы которых связаны с его выходом, а второй его вход соединен с первым выходом ЭВМ, первый вход которой связан с управляемым регистром, компаратор, вход которого подключен к выходу аппроксиматора, которое позволило бы обеспечить контроль соосности ступенчатых валов, для чего в устройство введены первый и второй счетчик импульсов, первый и второй ключи, элемент "НЕ", дополнительный управляемый регистр, разделяющая фотобленда и переключающая штора, устанавливаемые последовательно между объектом и линзой, причем управляющий вход шторы связан со вторым выходом ЭВМ, выход дополнительного управляемого регистра связан со вторым входом ЭВМ, а выход через второй счетчик импульсов подключен к выходу второго ключа, вход которого связан с выходом тактового генератора, а управляющий вход второго ключа - с выходом компаратора, а вход управляемого регистра через первый счетчик импульсов соединен с выходом первого ключа, вход которого также связан с выходом тактового генератора, а управляющий вход первого ключа которого через элемент "НЕ" - с выходом компаратора. Введение разделяющей фотобленды и переключающей шторы обеспечивает попадание на объектив последовательно изображения нескольких частей изображения, например, двух ступеней вала. Введение первого счетчика импульсов и первого дополнительного ключа позволяет исключить аналого-цифровой преобразователь (АЦП), имеющий большую погрешность дискретизации, инерционность. Введение дополнительного управляемого регистра, второго счетчика импульсов второго ключа, элемента "НЕ" обеспечивает. возможность измерения несоосности многоступенчатых валов. Применение известных разделяющей фотобленды, переключающей шторы, дополнительных регистра, ключей, счетчиков импульсов, элемента "НЕ" позволило обеспечивать новые функции, что повысило точность контроля размеров объектов и расширило функциональные возможности, т.е. позволило измерять несоосность ступенчатых валов. Поиск, проведенный по источникам научно-технической и патентной информации, показал, что совокупность всех существенных признаков заявляемого изобретения неизвестна. Следовательно техническое решение соответствует требованиям новизны. Предлагаемое изобретение поясняется функциональной схемой устройства, представленной на чертеже. Устройство для автоматического контроля размеров объекта содержит оптическую линзу 1, переключающую штор у 2 и разделяющую фотобленду 3, через которые изображение то одной то второй части объекта 4 поступает в фотоприемный прибор 5, выход которого через видеоусилитель 6, аппроксиматор 7, блок 8 измерения и преобразования температуры в частоту соединен с первым входом тактового генератора 9, вторые входы которых связаны с его выходом, а второй вход генератора соединен с первым выходом ЭВМ 10, второй выход которой связан с управляющим входом переключающей шторы 2. Первый вход ЭВМ 10 через управляемый регистр 11, счетчик 12 импульсов и ключ 13 связан с выходом тактового генератора 9. Второй вход ЭВМ 10 через дополнительный управляемый регистр 14, счетчик 15 связан также с выходом тактового генератора 9. Компаратор 17, подключенный входом к выходу аппроксиматора 7, выходом соединен с управляющим входом ключа 16 и через элемент 18 "НЕ" - с управляющим входом ключа 13. Устройство для автоматического контроля размеров объекта работает следующим образом. Программа работы устройства записывается в ЭВМ 10. По команде с ее пульта управления запускается программа. По команде переключающая штора 2 устанавливается в правое положение, сбрасываются счетчики импульсов и регистры в "0", включается ключ 16 и после этого запускается тактовый генератор 9. На фотоприемный прибор 5 поступает изображение левой части светящегося объекта 4. Информация с пикселов прибора 5 считывается последовательно и усиливается видеоусилителем 6, аппроксимируется аппроксиматором 7 и в аналоговом виде поступает в компаратор 17, в котором текущее значение аналогового видеосигнала сравнивается с пороговым, соответствующим сигналу на нижней границе изображения. В процессе последовательного опроса пикселов прибора 5 до момента превышения уровня видеосигнала порогового значения, компаратор 17 находится в таком состоянии, при котором его выходной сигнал открывает ключ 16, в связи с чем импульсы с выхода тактового генератора 9 считываются счетчиком 15 импульсов до момента, когда уровень видеосигнала превысит пороговое значение. Компаратор "опрокидывается" т.е. на его вы ходе меняется знак напряжения, который инвертируется элементом 18 "НЕ". В этот момент времени ключ 16 закрывается, а ключ 13 -открывается счетчик 12 импульсов начинает счет импульсов с выхода тактового генератора 3 и продолжает это до тех пор, пока уровень видеосигнала не снизится меньше, чем опорный сигнал в компараторе 17, что соответствует вер хней границе изображения. В моменты "опрокидывания" компаратора 17 вначале по команде ЭВМ 10 через регистр 14 считывается число импульсов, соответствующее числу пикселов не засвеченных объектом с первого снизу до нижней границы изображения. Измеренный размер определяет расстояние L1 от нижнего края фото пол я до нижней границы изображения: L1=N1×l1×m I, где N1 – количество импульсов сосчитанное счетчиком 15 от момента запуска до "опрокидывания" компаратора 17; l1 - размер пиксела, мкм; m I - масштаб измерения. Нижняя граница фотополя определяется расположением нижним, т.е. первым пикселом фотолинейки фотоприемного прибора 5. Эта информация получается в ЭВМ 10 по программе после обработки содержимого регистра 14. Далее после "опрокидывания" компаратора 17 счетчик 12 считает импульсы до следующего "опрокидывания", т.е. измеряется размер от нижней границы изображения до его верхней: L2=N2×l1×m l, где N2 - количество импульсов, считанное счетчиком 15 от момента первого "опрокидывания" компаратора 17 до его второго "опрокидывания". Содержимое регистра 11 по команде ЭВМ 10 считывается ею и определяется по программе размер L2. Далее вновь включается ключ 16 и счетчик 15 считает импульсы до верхней границы фотополя, т.е. до последнего пиксела в конце фотолинейки. Определяется размер L 3=N3×l1×m l, где N3 - количество импульсов от последнего "опрокидывания" до верхней границы фотополя. Далее по команде ЭВМ 10 сбрасывается в состояние "0" все счетчики и регистры, штора 2 перемещается в левое положение, запускается тактовый генератор 9, работающий с частотой, определяемой, блоком 8. Ключ 16 подключает счетчик 15 к выходу генератора 9. Происходит процесс измерения размера L4=N4×l1×m l, где N4 - количество импульсов считанное счетчиком 15 от момента запуска до следующего "опрокидывания" компаратора 17, соответствующему числу пикселов от нижней, т.е. "базовой" границы фотополя до нижней границы правой части изображения объекта. После опроса пиксела, уровень видеосигнала с которого превышает порог, компаратор "опрокидывается", ключ 16 закрывается ЭВМ 10 считывает содержимое регистра 14 в свою память и определяет размер L4. Далее открывается ключ 13, счетчик 12 считает импульсы до следующего "опрокидывания" компаратора 17. В регистре 11 содержится число N5 соответствующее размеру L5=N5×l1×m l т.е. размеру правой части изображения объекта 4. Если объект 4 представляет двухступенчатый вал, то несоосность НО определяется в ЭВМ по алгоритму где L2, L4 - диаметры ступеней. Знак НО указывает на смещение оси соответствующей ступени относительно принятой за базовую. Процесс измерения размеров проводится многократно по циклической программе, что позволяет проводить обработку в ЭВМ данных по алгоритмам математической статистики, что повышает точность измерений. Информация о размерах высвечивается на экране дисплея ЭВМ 10. Оптическая линза 1 заключается в длиннофокусный или широкоформатный объектив, имеющий возможность регулирования фокусного расстояния и диафрагмы. Фотоприемный прибор 5 может выполняться в виде матрицы фотодиодов с зарядовой связью, например, типа ФУКЛ с шагом £25 мкм. Переключающая штора 2 может выполняться с электромеханическим приводом, но лучше использовать быстродействующую фотоштору, работающей на эффекте поляризации. Фотобленда 3 выполняется в виде стандартной с перегородками. Видеоусилитель 6 выполняется на базе микросхем, например, типа К224УПЗ. Аппроксиматор 7 может выполняться на базе операционного усилителя типа К140УД11. Блок 8 может выполняться на базе преобразователя типа 235ПС2 на интегральных микросхемах. Ключи 13 и 16 выполняются например на базе ИМС типа К284КН1. Счетчики импульсов 15 и 12 могут выполняться на базе ИМС типа К511ИЕ1. Тактовый генератор 9 может выполняться на базе ИМС типа К224ГГ2. Компаратор 17 выполняется на базе быстродействующего операционного усилителя К140УД11, Элемент 18 "НЕ" - на базе ИМС 221ЛИ1. В качестве ЭВМ 10 лучше использовать любую 16 или 32 разрядную микроЭВМ с памятью объемом не ниже 30 МБайт. Управляемые регистры 14 и 11 могут выполняться на базе ИМС типа К176ИР10. Разработанное устройство может быть использовано на любом производстве, где необходим точный дистанционный контроль размеров деталей при их обработке, например, в ковочном, прокатном производстве, изготовлении стеклянных изделий и др. Экономический эффект от снижения брака за счет повышения точности измерения и несоосности валов только на одной ковочной машине составит не менее 200000 долларов США в год.