УДК 681.7
© И.О. Михайлов
ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО РАЗМЕРА СТЕРЖНЕЙ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ
В производственной практике чаще
используются низкопроизводительные методы измерения диаметров
цилиндрических деталей при помощи скоб, штангенциркулей, микрометров.
Предлагаемый оптический микрометр базируется на теневом методе
высокопроизводительного автоматического измерения внешних диаметров
и построения профиля цилиндрических стержней.
Принципиальная схема микрометра
представлена на рис. 1. В объектив измерительного блока поступает
параллельный пучок лучей с тенью, отбрасываемой контролируемой
деталью. Диаметр d вычисляется по результатам измерения
размеров тени у и у' в двух измерительных плоскостях
I и II при известном расстоянии между ними l и фокусном
расстоянии объектива F ' [1].
Рис. 1. Принципиальная
схема измерительного блока микрометра
Из рис. 1 очевидно, что
 ,
|
(1) |
 . |
(2) |
В общем случае  .
Симметричного расположения измерительных плоскостей относительно
точки F ' объектива не требуется потому, что в формуле
(2) вычисляется среднее значение размеров тени в измерительных
плоскостях. Рабочая формула определяется на основании формул (1)
и (2)
 . |
(3) |
В соответствии с рис. 2, свет
от источника 1 проходит конденсор 2 и равномерно освещает плоскость
точечной диафрагмы 3, которая установлена в фокальной плоскости
объектива 4. Объектив строит широкий параллельный пучок света,
из которого непрозрачный экран 5 со щелью вырезает узкий пучок
света, равномерно освещающий контролируемый стержень 7. Стержнем
отбрасывается тень в сторону объектива 8 измерительного блока,
при помощи которого измеряется сечение тени в двух плоскостях,
расположенных на расстоянии l друг от друга. Стержень
приводится в движение электродвигателем. Передвижение стержня
контролируется датчиком перемещения, информация с которого поступает
в компьютер. Вычисление диаметра контролируемого стержня выполняется
в блоке обработки сигнала по результатам измерения тени. Полученные
значения выводятся на монитор и на принтер.
Рис. 2. Принципиальная
оптическая схема измерительного устройства:
1 - источник света; 2 - конденсор; 3 - точечная диафрагма; 4 -
объектив коллиматора; 5 - непрозрачный экран с узкой щелью; 6
-призма; 7 - контролируемая деталь диаметром d; 8 - объектив измерительного
блока; 9 - апертурная диафрагма; 10 - полупрозрачное зеркало;
11,12 - ФПУ (ПЗС-линейки)
Измерительный блок содержит ПЗС-линейки,
выполняющие основную функцию определения координаты прохождения
луча. По полученным данным вычисляются требуемые геометрические
параметры стержня.
Из формулы (3) выводится формула
СКО измеряемой величины
 . |
|
где 
- продольная сферическая аберрация объектива микрометра.
Объектив для микрометра выбирается
из условия минимальной сферической аберрации ,
диаметр входного зрачка D должен быть больше d.
Наиболее подходящими можно считать фотообъективы, имеющие хорошую
коррекцию всех аберраций и предварительно аттестованные. Поперечная
сферическая аберрация  ,
являющаяся систематической погрешностью, учитывается при обработке
результатов измерения. Уточненная рабочая формула (3) примет вид:
 . |
|
В процессе измерения контролируемый
стержень получает вращательное и поступательное движение от ролика
2, ось вращения которого расположена под некоторым углом 
к оси контролируемого стержня 1 (рис. 3).
Рис. 3. Перемещение стержня
Измерение диаметра выполняется
по спирали в нескольких положениях стержня. При этом на полный
оборот стержня приходится определенное число измерений К
с шагом х (1-е и К-е измерение находятся в одной фазе). Ролик
электропривода имеет постоянный диаметр dрол
и постоянную скорость вращения, а диаметры измеряемого стержня
изменяются в некотором диапазоне, поэтому скорость вращения стержня
1 зависит от его диаметра. Следовательно, при заданном числе измерений
К частота измерений 
определяется диаметром измеряемого стержня d по формуле
 . |
|
Линейная скорость перемещения
измеряемого стержня задается в техническом задании. Скорость вращения
ролика электропривода 2 определяется из конструктивных соображений.
На основании рис. 3 определяется уравнение линейной скорости стержня
 |
или |
 . |
На основании выше приведенных
выводов предлагается алгоритм обработки сигнала при измерениях
диаметра, длины и построении профиля стержня (рис. 4).
В схему включен счетчик циклов.
Если цикл измерения первый, то происходит вычисление частоты измерений
с учетом вычисленного диаметра, известного диаметра ролика и угла
наклона ролика. Информация о полученной частоте поступает в генератор
частоты, который задает частоту измерений. Определяется шаг измерений.
По результатам последующих циклов измерений при вычисленном шаге
измерений и номеру цикла определяется длина деталей. Формируется
база данных, включающих в себя угол поворота деталей, величину
перемещения детали и диаметр. Информация выводится на монитор
в виде таблицы или чертежа профиля детали. Результаты измерений
могут быть выведены на печать.
Рис. 4. Алгоритм обработки
результатов измерений
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михайлов
И.О. Оптико-электронный измерительный блок автоматизированного
диоптриметра / Новосибирск. Вестник СГГА №7, 2002
© И. О. Михайлов, 2002
|
