Пристрій для вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення

Пристрій для вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення, що містить обчислювач, аналого-цифровий і цифроаналоговий перетворювачі та індикатор результатів вимірювань, який відрізняється тим, що для вимірювання діаметра циліндричних виробів, у тому числі кварцових труб, у процесі їх формування із кварцового блока, де в зоні сформованої трубки температура досягає 1300 °С із значним її коливанням, із метою підвищення точності та стабільності вимірювання діаметра кварцової тру 3 вати 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 1300 - 600 °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 пристрою є також значне збільшення похибки вимірювання, а то й зовсім нефункціонування 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 створення пристрою вимірювання діаметра кварцової трубки з підвищеною точністю та стабільністю роботи при технологічному процесі формування її з кварцового блока, який характеризується високим значенням температури, до 1300 °С, та значним її коливанням у зоні вимірювання. Поставлене завдання вирішується таким чином, що для вимірювання діаметра кварцової трубки у високотемпературній зоні пристрій містить три вимірювальні пелюстки, центри обертання яких знаходяться у вершинах умовного трикутника, розташованого в площині, перпендикулярній до положення трубки, що вимірюється. Вимірювальні пелюстки своїми закріпленими у вершинах трикутника кінцями прикріплені до валів пристроїв вимірювання кутів. Ці вали прикріплені через з'єднувальні муфти до валів малопотужних приводних двигунів. Кожний із трьох приводних двигунів уходить до складу відповідного каналу електропривода з обмеженням рушійного моменту, значення якого задається від обчислювача (мікроконтролера). Обмеження моменту обумовлено допустимим силовим впливом на вимірювальну трубку. На основі виміряних кутів та значень сторін умовного трикутника за допомогою мікроконтролера обчислюється значення зовнішнього діаметра трубки. На кресленні зображена функціональна схема пристрою. Пристрій для вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення містить: три вимірювальні пелюстки 1, 2, 3; три електроприводи 5, 6, 7 з малопотужними двигуна 60867 4 ми 8, 11, 14, вимірювачами кута 9, 12, 15 та муфтами, відповідно 10, 13, 16; обчислювач 17 з аналого-цифровими перетворювачами 18, 19, 20 і цифро-аналоговими перетворювачами 21, 22, 23; індикатор 24, а також обмежувачі 25, 26, 27 крайніх положень вимірювальних пелюсток, причому вимірювальні пелюстки своїми закріпленими кінцями у вершинах трикутника прикріплені до валів пристроїв вимірювання кутів 9, 12, 15. Ці вали прикріплені через з'єднувальні муфти 10, 13, 16 до валів малопотужних приводних двигунів 8, 11,14. Кожний із трьох приводних двигунів уходить до складу відповідного каналу електропривода 5, 6, 7 з обмеженням рушійного моменту, значення якого задається від обчислювача 17 з аналогоцифровими перетворювачами 18, 19, 20 та цифроаналоговими перетворювачами 21, 22, 23. Вимірювальні пелюстки розташовані по вертикалі на різних рівнях із малим зазором, що дозволяє установити їх по дотичним, не заважаючи обертатись один одному при вимірюванні малих діаметрів трубки 4. Як пристрої вимірювання кутів можуть бути використані ємнісні,резистивні датчики, лінійні обертові трансформатори або інші пристрої зі стабільною похибкою вимірювання кута, що не перевищує однієї хвилини. Пристрій для вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення функціонує таким чином. У початковому стані пелюстки 1, 2, 3 вимірювального пристрою знаходяться біля обмежувачів крайніх положень 25, 26, 27 відповідно. За керуючим сигналом від обчислювача подаються сигнали через ЦАП 21, 22, 23 на двигуни 8, 11, 14 електроприводів 5, 6, 7. Вали двигунів через муфти 10, 13, 16 обертають пелюстки 1, 2, 3 в напрямку кварцової трубки 4. У момент дотику пелюсток до трубок вони зупиняються, прижимаючись до трубки із зусиллям, обмеженим допустимим моментом обертання вала двигуна, який задається від обчислювача. Після установлення всіх пелюсток по дотичній до трубки і витримавши мінімальний час установлення значень кутів, виконується зчитування цих значень із кожного з вимірювачів. Результати вимірювань через АЦП надходять до обчислювача і після обробки на індикатор видається значення обчисленого діаметра, який також може надходити на вищий рівень системного керування. Методика обробки результатів вимірювань виконується за способом вимірювання геометричних розмірів кварцових труб. 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. 5 60867 Запропонований пристрій вимірювання геометричних розмірів кварцових труб у процесі їх виготовлення використовується для вимірювання їх зовнішніх діаметрів. Для знаходження внутрішнього діаметра труб можна додатково використати пристрій [3], де рівень порівняння на епюрі статистично обробленого електричного сигналу буде визначатись шириною, що відповідає зовнішньому діаметру, виміряного за допомогою пристрою, що заявляється, а внутрішній діаметр буде знаходи Комп’ютерна верстка В. Мацело 6 тись за визначеним рівнем порівняння, а не за рівнем 0,8Umax прототипу пристрою. Джерела інформації 1. Авторське свідоцтво СРСР №1735710, кл. G01B11/03, 1992. 2. Деклараційний патент України №30363, кл. H01J9/42, 2000. 3. Деклараційний патент України №11269, кл. G01B21/10, 2005. 4. Деклараційний патент України №11268, кл. G01B21/10, 2005. Підписне Тираж 24 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