Спосіб вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення

Спосіб вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення, що базується на використанні обчислювача, аналогоцифрового і цифро-аналогового перетворювачів та індикатора результатів вимірювань, який відрізняється тим, що для вимірювання діаметра циліндричних виробів, у тому числі кварцових труб, у процесі їх формування із кварцового блокa, де в зоні сформованої трубки температура досягає 1300°С із значним її коливанням, для підвищення 3 вимірюванні діаметра, яке присутнє в процесі формування кварцової трубки при автоматизованому її виготовленні, стає необхідним розташовувати вимірювальний пристрій як найближче до розм'якшеної зони "блок-трубка" з температурою печі 1800-1950°С, а тому температура в зоні вимірювання зафіксованого діаметра становить 1300600°С, коливання якої залежить від фаз протікання технологічного процесу та відстані до місця вимірювання. Вказане коливання температури суттєво впливає на показник приломлення променів розсіяного світла в кварцовому склі та показник приломлення повітря внаслідок значного градієнта температури поблизу країв трубки, що породжує ефект рефракції, в результаті чого діаграма електричного сигналу, отриманого від матриці пристрою із зарядовим зв'язком (ПЗЗ), розширюється або звужується незалежно від зміни свого рівня по вертикалі, що суттєво впливає на похибку вимірювання діаметра і може досягати 5-10% при вимірюванні трубки з діаметром 30-10 мм. Суттєвим недоліком указаного способу є також значне збільшення похибки вимірювання, а то й зовсім не функціонування пристрою при зміщенні трубки в просторі, що завжди присутнє за рахунок коливань блока, з якого витягується трубка, підвішеного до ковзної каретки та за рахунок нерівномірності притиснення теплоізолюючими прокладками затискачів трубки витягальної машини. Ознаками прототипу, які збіжні з ознаками корисної моделі, є наявність у схемі обчислювача аналого-цифрових та цифро-аналогових перетворювачів (АЦП та ЦАП), а також наявність індикатора результатів вимірювань. Усе інше в схемі відрізняється суттєво. Задачею цієї корисної моделі є підвищення точності та стабільності вимірювання діаметра кварцової трубки при технологічному процесі формування її із кварцового блока, який характеризується високим значенням температури, до 1300°С, та значним її коливанням у зоні вимірювання. Ідея способу полягає у використанні трьох вимірювальних пелюсток, центри обертання яких знаходяться у вершинах умовного трикутника, розташованого в площині, перпендикулярній до положення трубки, що вимірюється, при короткочасному, достатньому для вимірювання, підведенні вільних кінців цих пелюсток по дотичних до трубки та вимірюванні кутів, утворених цими дотичними з бісектрисами умовного трикутника, і подальшого розрахунку діаметра трубки на основі сторін трикутника, описаного навколо контуру зовнішнього діаметра трубки, сторони якого визначаються на основі сторін умовного трикутника з вершинами в центрах обертання пелюсток та виміряних кутів 57322 4 між вимірювальними пелюстками й бісектрисами умовного трикутника. Поставлене завдання вирішується таким чином, що при використанні умовного трикутника як рівностороннього (Фіг.1), методика обробки результатів вимірювань виконується наступним чином. Положення вимірювальних пелюсток у підведеному до трубки стані позначено відповідними відрізками АА', ВВ' та СС'. При цьому довжина пелюсток визначається областю допустимого положення трубки. Діаметр трубки знаходиться за формулою d  2 pDEF  DEpDEF  EFpDEF  DF , pDEF де pDEF - півпериметр трикутника DEF; DE, EF, DF - сторони описаного навколо зовнішнього діаметра трубки трикутника DEF, утвореного в результаті перетину вимірювальних пелюсток АА', ВВ', СС'. Значення півпериметра знаходиться за формулою pDEF  DE  EF  DF . 2 Значення сторін DE, EF, DF обчислюються за формулами:     sin     a sin     a 6  6  DE   ; 2  2  sin      sin       3  3      sin     a sin     a 6  6  EF   ; 2  2  sin       sin       3  3      sin     a sin    a 6  6  DF   , 2  2  sin       sin      3  3  де а=ΑΒ=ВС=АС- початково відомі за конструктивними даними; , ,  - виміряні кути між вимірювальними пелюстками та бісектрисами AG, СІ, ВН. Обмежувачі крайнього положення також використовуються для отримання калібрувальних значень кутів , ,  при вимірюванні діаметра, а також для уточнення нульових значень цих кутів. При використанні умовного трикутника як нерівностороннього, тобто з довільними значеннями АВ, ВС, АС, процес обробки результатів вимірювань відрізняється лише обчисленням значень сторін трикутника за формулами:  BAC   ACB  sin     AB sin     BC  2   2  DE   ; BAC ABC ABC ACB     sin       sin      2 2 2 2     5 57322 6  ABC   BAC  sin     BC sin     AC  2   2  EF   ; ACB ABC BAC ACB     sin       sin      2 2 2 2      ACB   ABC  sin     AC sin     AB  2   2  DF   , BAC ACB  BAC ABC    sin       sin      2 2 2 2     AB2  BC2  AC2 ; 2  AB  BC де ABC  arccos AC2  BC2  AB2 ACB  arccos ; 2  AC  BC AB2  AC2  BC2 BAC  arccos . 2  AB  AC Похибка вимірювання зовнішнього діаметра трубки - 10 мм та трубки - 40 мм при використанні датчика вимірювання кута з похибкою 1' та аналого-цифрового перетворювального пристрою з розрядністю 12 при знаходженні трубки в колі діаметром 50 мм, з центром у точці перетину бісектрис умовного трикутника, із температурою у зоні вимірювань 800°С±300°С не перевищує ±0,04 мм і ±0,08 мм відповідно, що у відносних значеннях становить ±0,4% і ±0,2%. Такі параметри повністю відповідають вимогам вимірювань при керуванні технологічним процесом формування кварцової трубки із блока. Комп’ютерна верстка А. Рябко Запропонований спосіб вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення використовується для вимірювання їх зовнішніх діаметрів. Для знаходження внутрішнього діаметра труб можна додатково використати спосіб, що використовується в пристрої [3], де рівень порівняння на епюрі статистично обробленого електричного сигналу буде визначатись шириною, що відповідає зовнішньому діаметру, виміряного за допомогою способу, що заявляється, а внутрішній діаметр буде знаходитись за визначеним рівнем порівняння, а не за рівнем 0,8Umax приведеного прототипу. Список використаних джерел: 1. Авторське свідоцтво СРСР №1735710, кл. G01B 11/03, 1992. 2. Деклараційний патент України №30363, кл. H01J 9/42, 2000. 3. Деклараційний патент України №11269, кл. G01B 21/10, 2005. 4. Деклараційний патент України №11268, кл. G01B 21/10, 2005. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601