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