PL105392B1 - Urzadzenie do bezposredniego,cyfrowego pomiaru przemieszczen liniowych i katowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do bezposred¬ niego cyfrowego pomiaru przemieszczen liniowych i ka¬ towych.

W znaiych dotchczas urzadzeniach do pomiaru prze¬ mieszczen istota pomiaru sprowadza sie najczesciej do od¬ czytu przesuniecia na podzialkach naniesionych na drodze mechanicznej, chemicznej, optycznej lub magnetycznej, przy czym w celu zwiekszenia dokladnosci odczytu stosuje sie urzadzenia z podzialkami pomocniczymi, jak noniusze, sruby mikrometryczne albo tez urzadzenia optyczne w postaci rzutników i mikroskopów, które powiekszaja podzialke.

Zasadnicza niedogodnoscia tego rodzaju urzadzen jest uwarunkowanie dokladnosci pomiaru ograniczona roz¬ dzielnoscia podzialki oraz znacznym wplywem bledów osobowych obserwatora.

Znane sa przyrzady na przyklad z patentu polskiego nr 547553 umozliwiajace bezposredni odczyt cyfrowy przesuniec liniowych lub katowych. Dokladnosc pomiaru za pomoca tych przyrzadów jest jednak ograniczona do¬ kladnoscia zapisu i odczytu, która przy najdokladniejszych, znanych urzadzeniach tego typu nie przekracza 300 bitów na milimetr. Dalsze zwiekszenie dokladnosci urzadzen pomiarowych wymaga stosowania specjalnych technologii oraz dodatkowych zespolów odczytujacych na przyklad noniuszy elektronicznych itp., które poza wzrostem kosztów komplikuja budowe urzadzenia zmniejszajac jednoczesnie niezawodnosc jego dzialania.

Znane jest równiez urzadzenie z patentu Stanów Zjedno¬ czonych nr 3552861 sluzace do pomiaru przemieszczen elementów obrabiarek, wykorzystujace do tego celu siatke dyfrakcyjna. Jednakze dokladnosc tego urzadzenia jest równiez ograniczona rozdzielczoscia siatki dyfrakcyjnej, która przy znanych dotychczas sposobach jej wytwarzania nie przekracza kilkuset znaków czyli prazków na 1 mi¬ limetr.

Poza tym znane jest takze z patentu Stanów Zjednoczo¬ nych nr 3578979 urzadzenie, w którym przesuniecie okreslane jest na drodze zliczania impulsów swietlnych wytwarzanych przez przesuwajace sie siatki podzialowe zwiazane z elementem mierzonym.

Z opisu patentowego NRF nr 1268258 znane jest urza¬ dzenie do nastawiania i ograniczania posuwu obrabiarek wyposazone w generator impulsów swietlnych. Generator ten sklada sie ze zródla swiatla, ukladu dwóch szczelin, wy¬ twarzajacych dwa promienie swietlne oraz z ukladu optycz¬ nego, kierujacego te promienie na przeslone prazkowa zlozona równiez z dwóch szczelin, których wzajemna odleglosc jest funkcja powiekszenia ukladu optycznego.

Funkcja, jaka spelnia ten uklad polega na przemiennym przeslanianiu przez przeslone obydwu promieni swietlnych, w wyniku czego uzyskuje sie moznosc sterowania dwoma ruchami posuwowymi obrabiarki.

Zasadnicza wada tego rozwiazania jest niewielka moc modulowanego strumienia swietlnego, ograniczona z jednej strony moca zródla swiatla, z drugiej zas jest ono uwarun¬ kowane niewielka szerokoscia szczeliny, co uniemozliwia praktyczne zastosowanie ukladu dla szczelin wezszych niz 0,1 mm. Wynikiem powyzszego ograniczenia jest sto- 105 392105 392 3 sunkowo niewielka rozdzielczosc, a tym samym ograniczona dokladnosc pomiaru.

Celem niniejszego wynalazku jest umozliwienie bez¬ posredniego pomiaru cyfrowego przemieszczen liniowych i katowych przy równoczesnym, znacznym zwiekszeniu dokladnosci tego pomiaru w porównaniu z dotychczas uzyskiwanymi wynikami za pomoca znanych dotychczas urzadzen.

Zadanie to zrealizowano przez budowe urzadzenia po¬ miarowego wyposazonego w podzialke o bardzo duzej gestosci prazków naniesionych z wysoka dokladnoscia oraz w generator impulsów swietlnych, który umozliwia bezpos¬ rednie przeksztalcenie przesuniecia liniowego lub katowego tej podzialki w impulsy elektryczne.

Badania nad wynalazkiem wykazaly, ze tego rodzaju podzialke najkorzystniej jest zrealizowac w postaci holo¬ gramu, to jest na drodze rejestracji fotograficznej zjawiska interferencji fal spójnych uzyskanych za pomoca lasera.

Zapewnia to uzyskanie gestosci podzialki rzedu kilku tysiecy prazków na dlugosci 1 milimetra, tj. tak wysokiej jej rozdziel¬ czosci, jakiej uzyskanie dotychczas nie bylo mozliwe.

Celem umozliwienia przeksztalcania przesuniec podzialki o duzej gestosci prazków, generator impulsów swietlnych urzadzenia wyposazono w uklad optyczny, który wytwarza odpowiednio do potrzeb, powiekszony obraz podzialki oraz w przeslone prazkowa, umieszczona przesuwnie wzgle¬ dem otrzymanego powiekszonego obrazu psdzialki. Prze¬ slona prazkowa stanowi zarejestrowany fotograficznie obraz, którego powiekszenie jest identyczne i w tej samej skali co powiekszony obraz podzialki.

Przesuniecie przeslony prazkowej wzgledem wytwarza¬ nego przez uklad optyczny powiekszonego obrazu podzialki, powoduje przeslanianie przez prazki jednego z tych ele¬ mentów — przestrzeni miedzyprazkowej drugiego i wy¬ twarzanie w znany sposób impulsów swietlnych, których liczba jest wprost proporcjonalna do wielkosci mierzonego przesuniecia. Impulsy swietlne sa nastepnie zamieniane w znany sposób, na przyklad za pomoca detektora, na odpowiadajace im latwe do zliczenia, impulsy elektryczne.

Nalezy podkreslic, ze znane sa siatki holograficzne o gestosci rzedu kilkuset linii na milimetr, przy czym istota wynalazku jest konstrukcja takiego urzadzenia, która umozliwia zastosowanie podzialek o tak duzej gestosci w generatorze impulsów swietlnych.

Konsekwencja zastosowania podzialki holograficznej jest bowiem wystepujace, w strumieniu swietlnym, zjawisko dyfrakcji. Zjawisko to jest powodem, dla którego w znanych urzadzeniach stosuje sie podzialke o znacznie mniejszej liczbie linii na milimetr.

Urzadzenie wg wynalazku jest natomiast wyposazone w uklad optyczny wyrózniajacy zerowy prazek dyfrakcji, przy czym uklad ten wspólpracujac z odpowiednia przeslona prazkowa umozliwia wytworzenie sygnalu swietlnego na¬ dajacego sie do dalszej obróbki.

Warunkiem dzialania urzadzenia wedlug wynalazku jest takze calkowite wypelnienie pola transmisji ukladu optycznego przez podzialke o duzej gestosci, co prowadzi do rejestracji sredniej wartosci strumienia, pochodzacego z równoczesnie przeslanianych wielu szczelin podzialki.

W odróznieniu od znanych podobnych urzadzen, naste¬ puje rejestraqa sygnalu, bedacego wynikiem przeslaniania przeslona pojedynczej szczeliny, przy czym wielkosc sygnalu uzyskiwanego w przypadku stosowania podzialki o duzej gestosci, przy przeslonieciu jednej lub kilku szcze¬ lin— odpowiadalaby poziomowi szumów urzadzenia de- 4 tekcyjnego i nie moglaby byc zarejestrowana jako sygnar informacji pomiarowej.

Wynalazek jest przykladowo wyjasniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadzenia do bezposredniego pomiaru cyfrowego przemieszczen liniowych i katowych, fig. 2 schemat urzadzenia do pomiaru cyfrowego przemieszczen liniowych, fig. 3 — schemat urzadzenia do pomiaru cyfrowego przemieszczen katowych z podzialka obwodowa, a fig. 4 — to samo urzadzenie z po¬ lo dzialka promieniowa.

Urzadzenie do bezposredniego cyfrowego pomiaru przemieszczen liniowych i katowych, którego schemat blokowy przedstawiony jest na fig. 1 sklada sie z nastepuja¬ cych,zespolów; ze zródla promieniowania 1, które oswietla. podzialke 2 o duzej gestosci prazków, z generatora impul¬ sów swietlnych 4, zawierajacego optyczny uklad powieksza¬ jacy 3, z detektora 5, z zespolu 6 do zliczania impulsów elektrycznych oraz ze wskaznika 7 do cyfrowego przed¬ stawienia wyniku.

W przykladowym rozwiazaniu urzadzenia przedstawio¬ nym na fig. 2 zródlo promieniowania 1 stanowi zródlo swiatla, jednakze mozliwe jest równiez zastosowanie innych zródel na przyklad promieniowania podczerwonego, o ile wymagaja tego warunki uzytkownaia urzadzenia. W tym przypadku do rodzaju zastosowanego promieniowania musi byc odpowiednio dostosowany detektor 5.

Uklad optyczny 3 sluzy do uzyskania powiekszonego obrazu 10 podzialki 2. Generator impulsów swietlnych 4 jest wyposazony w przeslone prazkowa 9, która stanowi zarejestrowany fotograficznie, powiekszony obraz podzialki 2 identyczny i w tej samej skali co powiekszony obraz 10.

Detektor 5 przeksztalca impulsy swietlne, padajace na jego powierzchnie czynna, na odpowiednie impulsy elek¬ tryczne.

Zespól zliczajacy 6 sluzy do zliczania podawanych na jego wejsciu sygnalów elektrycznych, które jako ostateczny wynik pomiarów przedstawione sa w postaci cyfrowej na wskazniku 7.

Dzialanie urzadzenia wedlug wynalazku jest nastepujace: 40 Element, którego wielkosc przesuniecia wyznacza sie jest sprzezony z podzialka 2 lub przeslona prazkowa 9 co po¬ woduje odpowiednie przesuwanie fle podzialki lub przeslony prazkowej wzgledem siebie. W czasie przesuwania na przy¬ klad powiekszonego obrazu 10 wzgledem przeslony prazko- 45 wej 9 nastepuje kolejne przemieszczanie i odslanianie przestrzeni miedzyprazkowej przeslony prazkowej 9 przez prazki powiekszonego obrazu 10. Liczba wytwarzanych w ten sposób impulsów swietlnych jest wprost proporcjonal- na do wielkosci mierzonego przesuniecia. 50 Poniewaz impulsy swietlne sa generowane w wyniku równoczesnego przesloniecia wielu przestrzeni miedzy- prazkowych przeslony prazkowej 9 przez przesuwajace sie wzgledem nich prazki powiekszonego obrazu 10, uzyskuje sie duza niezawodnosc wyrózniania pojedynczych kresek 55 podzialki, a tym samym niezawodnosc odczytu pomiaru.

Kazdy impuls swietlny padajacy na powierzchnie czynna . detektora 5 zostaje nastepnie przeksztalcony na impuls elektryczny. Impulsy elektryczne sa nastepnie zliczane przez zespól zliczajacy 6, a wynik po podzieleniu przez liczbe 60 impulsów odpowiadajacych jednostce przesuniecia zostaje uwidoczniony na wskazniku 7 jako wynik pnmiaru.

Fig. 3 przedstawia urzadzenie, w którym podzialka & jako hologram jest naniesiona na obwodzie walca, sprze¬ zonego z elementem o mierzonym przemieszczeniukatowym. 65 W tym przypadku przeslona prazkowa 9 urzadzenia stanowi105 392 rejestracje fotograficzna powiekszonego obrazu wycinka podzialki 8 naniesionej na walec, przy czym sposób dzialania urzadzenia jest taki sam jak urzadzenia* podanego na fig. 2.

Jak przedstawiono na fig. 4 urzadzenie moze miec zas¬ tosowana podzialke 12 naniesiona na okreg tarczy w postaci promieniowych prazków. W tym przypadku przeslona prazkowa 9 stanowi zarejestrowany, fotograficznie powiek¬ szony obraz podzialki 12.

Zastosowanie w urzadzeniu mozliwosci bezposredniego przeksztalcania impulsów uzyskanych w wyniku przemiesz¬ czen podzialki 2, 8 lub 12 na impulsy swietlne, a nastepnie przetwarzania ich na odpowiadajace im, latwe do zliczenia impulsy elektryczne, umozliwia bezposredni i szybki cyfrowy odczyt pomiaru.

. Ponadto urzadzenie pozwala na wykonanie pomiarów przemieszczen w bardzo szerokim zakresie predkosci.

Przez powiazanie z odpowiednim zespolem odniesienia czasowego, urzadzenie umozliwia latwy pomiar predkosci, przyspieszen wzglednie pochodnych róznych rzedów, mierzonych poprzez przemieszczenia wielkosci fizycznych.

Dzieki temu urzadzenie wedlug wynalazku moze znalezc zastosowanie jako bezposredni czlon sprzezony z maszyna cyfrowa, sluzaca do sterowania róznorodnych procesów technologicznych.

Zastosowanie w urzadzeniu dodatkowego zespolu, sta¬ nowiacego przetwornik cyfrowo-analogowy umozliwia prze¬ dstawienie przemieszczen w postaci analogowej. 6

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Urzadzenie do bezposredniego cyfrowego pomiaru przemieszczen liniowych i katowych zaopatrzone w podzial- 5 ke, uklad optyczny wytwarzajacy powiekszony obraz tej podzialki, w przeslone prazkowa oraz detektor zamieniajacy generowane w wyniku przesuniecia wzglednego podzialki i przeslony impulsy swietlne na odpowiadajace im impulsy elektryczne, znamienny tym, ze jego podzialka (2,8,12) stanowi hologram o gestosci od kilkudziesieciu do kilku tysiecy linii na milimetr, zas uklad optyczny (3) wyróznia zerowy prazek defrakcji z tejze podzialki, przy czym po¬ dzialka (2,8,12) jest umieszczona w ten sposób, ze calko¬ wicie wypelnia pole transmisji ukladu optycznego (3), natomiast przeslona prazkowa (9) stanowi powiekszony obraz zerowych prazków dyfrakcji pola transmisji tego ukladu (3).

2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze podzialka (2) jest plaska, zas jego prazki sa wzajemnie równolegle.

3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze podzialka (8) jest naniesiona na powierzchnie walcowa, przy czym jej prazki sa wzajemnie równolegle.

4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze podzialka (12) jest naniesiona na okreg tarczy, przy czym jej prazki sa promieniowe. 15 20/, 2, l, 105 392 3, * Fig.1 Fig. 2 Fig- 3 9 ,5 F/g.^ LZG Z-d 3 w Pab., zam. 1025-79, nakl. 100+20 egz. Cena 45 zl