PL167445B1 - Urzadzenie do okreslania wymiarów, zwlaszcza ruchomego przedmiotu PL PL PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do okreslania wymiarów, zwla- szcza ruchomego przedmiotu, zawierajace optoe- lektryczne urzadzenie pomiarowe, które przynaj- mniej w plaszczyznie pomiarowej, znajdujacej sie poprzecznie do osi wzdluznej przedmiotu, posiada umieszczone elementy nadawcze i odbiorcze oraz jednostke analizujaca, przy czym plaszczyzna pomiarowa jest ograniczona przez bramke pomia- rowa z co najmniej dwiema belkami pomiarowymi, umieszczonymi pod okreslonym katem, znamienne tym, ze na powierzchniach bocznych belek pomia- rowych (4 , 4'), zwróconych do plaszczyzny pomia- rowej (7), jest umieszczony co najmniej jeden szereg elementów odbiorczych (6 , 6'), przy czym kazdemu takiemu szeregowi jest przyporzadkowany okre- sowo aktywowany element nadawczy (8 , 8'), lezacy w plaszczyznie pomiarowej (7) w stalym odstepie (A) od belek pomiarowych (4, 4') dla emitowania strumienia swiatla, w postaci wachlarza, skierowa- nego na elementy odbiorcze (6, 6'). FIG. 1 PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do określania wymiarów, zwłaszcza ruchomego przedmiotu, zawierające optoelektroniczne urządzenie pomiarowe, które przynajmniej w płaszczyźnie pomiarowej, znajdującej się poprzecznie do osi wzdłużnej przedmiotu, posiada umieszczone elementy nadawcze i odbiorcze oraz jednostkę oceniającą, przy czym płaszczyzna pomiarowa jest ograniczona przez bramkę pomiarową z co najmniej dwiema belkami pomiarowymi, umieszczonymi pod-określonym wstępnie kątem.

Z opisu patentowego AT-nr 351 282 jest znane urządzenie do ustalania względnie kontrolowania średnicy lub objętości pnia drzewa, przesuwanego w kierunku wzdłużnym na przenośniku, w którym są przewidziane dwie kamery liniowe, które posiadają powierzchnię z rzędami fotodiod do wytwarzania elektronicznego obrazu ciśnieniowego pnia drzewa, oglądanego na jasnym tle. Jasne tło wytwarza się przez świetlówki, leżące naprzeciw dwóch kamer liniowych. Powierzchnie z fotodiodami tworzą kąt 90°. Na podstawie danej geometrii urządzenia i elektronicznych obrazów cieniowych względnie liczby zaciemnionych fotodiod każdej kamery liniowej można ustalić w zespole analizującym średnicę pnia drzewa. Niedogodnością tego urządzenia, stosunkowo kosz167 445 3 townego ze względu na kamery liniowe, jest to, że obraz cieniowy w zależności od położenia pnia drzewa może być nieostry, co odbija się niekorzystnie na dokładności pomiaru.

W opisie wyłożeniowym DE nr 2 019 290jest opisany przykład wykonania z szeregiem odbiorników optycznych, naprzeciw których leży źródło światła, wysyłające możliwie równoległe promienie światła, które przykładowo składa się z umieszczonego w większym odstępie projektora lub źródła światła, które leży w ognisku lustra parabolicznego. Aby można było przeprowadzić większą ilość pomiarów wzdłuż pnia drzewa, transportowanego w kierunku wzdłużnym i przy tym uniknąć błędnych pomiarów np. przez gałęzie (sęki), włącza się źródło światła w krótkich odstępach czasu. Taka postać wykonania wymaga zastosowania dużych projektorów lub luster parabolicznych i w wyniku nie daje ostrych krawędzi obrazu cieniowego pnia drzewa. Według zasady okresowego odczytywania przedmiotu pomiarowego, przy czym jednak nie może być zmierzony jego określony przekrój poprzeczny, pracuje sposób znany z opisu ogłoszeniowego DEnr 2 127 751. Przedmiot jest napromieniowany za pomocą źródła światła, przy czym obraz przedmiotu jest ogniskowany za pomocą układu soczewek i poprzez lustrzaną powierzchnię obiegowego lustra wielobocznego jest przenoszony na płaszczyznę katodową powielacza optycznego. Czas impulsu na wyjściu powielacza optycznego jest proporcjonalny do średnicy przedmiotu. Można zastosować dwa układy soczewek, których osie optyczne są umieszczone prostopadle do siebie i do osi przedmiotu, aby móc korygować sygnały w odniesieniu do średnicy.

Znane są także urządzenia, w których wewnątrz belek pomiarowych jest umieszczonych w niewielkich, stałych odstępach szereg diod nadawczych, pracujących na podczerwień, przy czym każdemu takiemu szeregowi jest przyporządkowana fotodioda, leżąca w płaszczyźnie pomiarowej, w stałym odstępie współśrodkowym od belek pomiarowych, a diody nadawcze są przez jednostkę analizującą aktywowane w krótkich, stałych odstępach czasowych, po kolei od góry do dołu, razem z przyporządkowaną fotodiodą. Te urządzenia, pracujące według zasady okresowego odczytywania, mają niedogodność, że nastawianie diod-nadajników wymaga dużego nakładu czasowego i jest możliwe tylko za pomocą nakładczych środków pomocniczych, przykładowo oscyloskopu. Sygnały wytwarzane w fotodiodach są poza tym względnie słabe i potrzebują do dalszej przeróbki wysokiego wzmocnienia, przez co jednak istnieje niebezpieczeństwo zmiany wielkości wyjściowej w czasie, względnie zmiany parametrów jako funkcji czasu i temperatury, które fałszują wynik pomiaru.

Istotą urządzenia według wynalazku jest to, że na powierzchniach bocznych belek pomiarowych, zwróconych do płaszczyzny pomiarowej, jest umieszczony co najmniej jeden szereg elementów odbiorczych, przy czym każdemu takiemu szeregowi jest przyporządkowany okresowo aktywowany element nadawczy, leżący w płaszczyźnie pomiarowej, w stałym odstępie od belek pomiarowych, dla emitowania strumienia światła, w postaci wachlarza, skierowanego na elementy odbiorcze.

W korzystnej postaci wykonania, szeregi elementów odbiorczych tworzą w przybliżeniu łuk kołowy, w którego środku jest umieszczony przyporządkowany element nadawczy, a elementy odbiorcze stanowią fototranzystory i są umieszczone w wodoszczelnych belkach odbiorczych, z przykrytą szkłem szczeliną wzdłużną.

Szczególnie ekonomiczne i łatwo kontrolowane ukształtowanie osiąga się, gdy szereg elementów odbiorczych jest podzielony na jednakowe odcinki, przy czym elementy odbiorcze każdego odcinka są umieszczone na płytkach drukowanych.

W korzystnej postaci wykonania każdy element nadawczy jest umieszczony w kierunku do przyporządkowanych belek odbiorczych, w^: wodoszczelnej obudowie, z przykrytą szkłem szczeliną, przy czym obudowa jest zmontowana pomiędzy dwoma prostokątnymi płytkami, połączonymi na stałe ze stojakiem bramki pomiarowej, które wystają bocznie ponad obudowę.

Korzystnie jednostka analizująca składa się .z układu mikroprocesora z jednostką pamięci, który synchronicznie aktywuje elementy nadawcze i odbiorcze z częstotliwością impulsowania większą od 300 Hz oraz wykrywa i wskazuje i/lub objętość przedmiotu.

Na podstawie geometrii urządzenia jest osiągane na czystej drodze optoelektrycznej dokładne określenie wymiarów przedmiotu. W określonej chwili otrzymuje się zawsze obraz całkowity przedmiotu pomiarowego, przez co osiąga się wysoką .dokładność pomiarową i ciągłe uśrednianie wartości zmierzonej. Nastawianie, względnie regulowanie urządzenia praktycznie jest tylko ograniczone do ustawiania obu płaskich strumieni światła, w postaci wachlarza.

167 445

Dzięki obydwu blokom pomiarowym, umieszczonym względem siebie pod wstępnie zadanym kątem i przyporządkowanym tym belkom pomiarowym elementom nadawczym ustala się jednocześnie w prosty sposób dwie poprzeczne względem siebie średnice pnia drzewa, co pozwala na dobre określenie przekroju poprzecznego pnia drzewa w płaszczyźnie pomiarowej, a mianowicie za pomocą bardzo prostych środków, ponieważ właśnie do każdej belki pomiarowej musi być . przyporządkowany we wstępnie określonym odstępie tylko jeden element nadawczy. Jeżeli to określenie przekroju poprzecznego ma być bardziej dokładne, należy zastosować szereg belek pomiarowych z każdorazowo jednym elementem nadawczym, tak że zostanie określona pewna ilość średnic, odpowiadająca ilości belek pomiarowych.

Dzięki temu wzrasta niezawodność i jest podwyższona niewrażliwość na światło zewnętrzne, ponieważ elementy odbiorcze dostarczają sygnały o jednakowym natężeniu do elektronicznej dalszej przeróbki.

Fototranzystory posiadają szeroki kąt odbioru, dlatego jest potrzebne ogniskowanie, a możliwe staje się używanie maszynowych sposobów wytwarzania płytek drukowanych. Ich umieszczenie w belkach odbiorczych zmniejsza zewnętrzne wpływy i zaburzenia przez światło obce.

Jednocześnie modularna budowa szeregu elementów odbiorczych umożliwia nie tylko zminimalizowanie nakładu na wytwarzanie, ale także łatwą wymianę części z zużytymi elementami odbiorczymi. Elementy nadawcze są dzięki temu również chronione przed zewnętrznymi wpływami, w prosty sposób montowane i wymieniane i zabezpieczone przed wypadnięciem.

Dzięki dobranej częstotliwości impulsowania osiąga się praktycznie ciągłe określanie wartości pomiaru na całej długości przedmiotu pomiarowego także wtedy, gdy on porusza się z prędkością większą od 180 m/minutę w kierunku swojej osi wzdłużnej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia, a fig. 2 - przekrój według linii E-E na fig. 1.

Na figurze 1 jest schematycznie przedstawiony przenośnik łańcuchowy 2, na którym jest transportowany pień drzewa 1 w kierunku strzałki B (fig. 2). W obszarze płaszczyzny pomiarowej 7, względnie bramki pomiarowej 10 przenośnik łańcuchowy 2 jest rozdzielony, aby uniknąć wpływów na procesy pomiarowe. Zamiast podziału na przenośniki łańcuchowe 2, 2' (fig. 2) mogą być przewidziane także rolki zwrotne lub szczelina w prowadzeniu przenośnika łańcuchowego, nie przeszkadzająca urządzeniu pomiarowemu.

W celu określenia średnicy, względnie objętości pnia drzewa 1 jest przewidziana bramka pomiarowa 10, składająca się ze stojaków 11,11' i belek pomiarowych 4,4', przez którą przesuwa się pień drzewa 1. Stojaki 11, 11' i belki pomiarowe 4, 4' są wykonane z profili metalowych i są połączone między sobą na stałe. Symetrycznie umieszczone belki pomiarowe 4, 4' znajdują się w obszarze kąta 90°. Może być przewidziany także szereg, przykładowo trzy belki pomiarowe, znajdujące się w obszarze kąta 120°. Bramka pomiarowa 10 jest umieszczona prostopadle do swojej podstawy i stabilnie zakotwiczona. Na powierzchniach czołowych belek pomiarowych 4,4' zwróconych do płaszczyzny pomiarowej 7, jest zamontowana belka odbiorcza 5,5'. Belki odbiorcze 5,5' składają się z wodoszczelnych obudów ze szczeliną wzdłużną 50,50', przykrytą szkłem, znajdującą się w obszarze płaszczyzny pomiarowej 7.

We wnętrzu belek odbiorczych 5, 5' jest umieszczonych w nieznacznych stałych odstępach około 3 mm, w przybliżeniu po łuku koła, szereg fototranzystorów 6,6'. Szereg fototranzystorów 6, 6'jest zbudowany z jednakowych odcinków 60,60' z płytkami drukowanymi, wyposażonymi w 64 fototranzystory 6,6'. W środku łuku koła obu szeregów fototranzystorów 6,6', w stałym odstępie A od belek pomiarowych 4,4' znajduje się zespół diod laserowych 8,8'. Te zespoły diod laserowych 8, 8' są umieszczone w szczelnej obudowie ze szczeliną 80, 80', przykrytą szkłem, w kierunku do przyporządkowanych belek odbiorczych 5,5', względnie ich szczelin wzdłużnych 50,50', przy czym obudowa jest zmontowana pomiędzy dwiema prostokątnymi płytkami 18, 19, 18', 19', bocznie wystającymi z obudowy, połączonymi na stałe ze stojakami 11,11' bramki pomiarowej 10. Płytki 18,19, 18', 19' na swojej powierzchni, zwróconej do obudowy są zabarwione na czarno tak, że unika się odbijania strumienia laserowego.

Na wysięgnikach 12, 12' bramki pomiarowej 10 jest zamontowana zapora świetlna 9, 9' działająca na promienie podczerwone. Jeżeli pień drzewa 1 jest przesuwany przez zaporę świetlną

167 445 5

9, 9' to jest wywoływany proces pomiarowy. Z czasu trwania zasłonięcia zapory świetlnej 9, 9' i prędkości przenośnika łańcuchowego 2, 2' jest dokładnie obliczana długość pnia drzewa 1.

Kontrola lub określenie prędkości przenośnika łańcuchowego 2 odbywa się w tradycyjny sposób przez sprzężony nadajnik impulsów.

Jednostka analizująca 20 jest połączona z obydwoma szeregami fototranzystorów 8, 8' i zaporą świetlną 9,9', jak schematycznie przedstawiono na fig. 1. Do jednostki analizującej 20 jest przyłączony wyświetlacz ciekło-krystaliczny 21 do cyfrowego wskazywania wartości pomiarowych.

Seryjne złącze standardowe 22 służy do dalszej przeróbki i zapisywania wartości pomiarowych.

Z figury 2 jest widoczne, że pień drzewa 1 jest przesuwany poprzez bramkę pomiarową 10, względnie płaszczyznę pomiarową 7 i swoim jednym końcem znajduje się nad rozdzielonymi przenośnikami łańcuchowymi 2, 2'. Po przekroczeniu przez czoło pnia zapory świetlnej 9, 9' jest wywoływany w jednostce analizującej 20 proces pomiarowy. Po tym wywołaniu i ustaleniu opóźnienia dla każdego okresu czasu, którego potrzebuje pień drzewa 1, aby dotrzeć do płaszczyzny pomiarowej 7, rozpoczyna się pierwszy proces pomiarowy. Jednostka analizująca 20, składająca się z mikroprocesora i jednostki pamięci, aktywuje przy tym zespoły diod laserowych 8, 8' za pomocą częstotliwości impulsowej co najmniej 300 Hz. Fototranzystory 6,6' belek odbiorczych 5, 5' są aktywowane już z chwilą włączenia urządzenia, względnie uruchomienia przenośnika łańcuchowego 2,2'.

Synchronizacja za pomocą częstotliwości impulsowej jest wytwarzana przez błyski strumienia światła laserowego, w postaci wachlarza z obu zespołów diod laserowych 8, 8', w widzialnym czerwonym zakresie długości fal, w przybliżeniu 670 nm lub w zakresie podczerwieni w przybliżeniu 950 nm, które jako linie świetlne są uchwycone przez fototranzystory 6, 6', o ile ich zasłonięcie nie następuje przez pień drzewa 1.

Jeżeli jednostka diod laserowych dostarcza widzialny strumień laserowy, w postaci wachlarza o długości fali około 670 mm, można dokonać ich ustawiania w prosty sposób wizualnie, bez dodatkowych przyrządów pomiarowych.

Strumień światła laserowego w postaci wachlarza, powstaje przez kolimator trójsoczewkowy, który ogniskuje światło dochodzące z diody laserowej i przemienia je równolegle w strumienie, które wachlarzowo są wyprowadzane z paskowego układu optycznego, w postaci półcylindrów. W zespołach diod laserowych 8, 8' chodzi o laser półprzewodnikowy o mocy wyjściowej około 3 mW lub laser He-Ne z obrotowymi pryzmatami do wytwarzania błysków światła laserowego. Sygnał świetlny wytwarza w fototranzystorach 6, 6' belek odbiorczych 5, 5' względnie silne elektryczne sygnały, które są przerabiane w dwustanowych układach relaksacyjnych (Flip-flop). Każdy fototranzystor 6,6'jest przyłączony przez obwód filtracyjny, składający się z kondensatorów i rezystorów, do dwustanowego stopnia generatora relaksacyjnego, dzięki czemu tłumione są udziały światło obce-jednakowe i w dwustanowym stopniu generatora relaksacyjnego są zapamiętane tylko występujące błyski światła laserowego.

Jednostka analizująca 20 liczy zapamiętane sygnały i odlicza znaną ilość całkowitą fototranzystorów 6,6' belki nadawczej 5,5', przy czym za pomocą układu logicznego, tłumione są zaciemnienia fototranzystorów 6, 6', które powstają przez sterczące części pnia drzewa 1.

Na podstawie danej geometrii optoelektronicznego urządzenia pomiarowego, to znaczy stałych odstępów pomiędzy rzędami fototranzystorów 6, 6' i przyporządkowanymi zespołami diod laserowych 8, 8' oraz geometrii obu zespołów diod laserowych 8, 8' i kąta 90° pomiędzy obiema belkami odbiorczymi 5,5', można przy znanych długościach łuku koła rzędów fototranzystorów 6, 6' i położenia oraz ilości zaciemnionych fototranzystorów, obliczać nie tylko średnicę, ale także odległość środka pnia drzewa 1.

Jeżeli przykładowo jest utworzony trójkąt pomiędzy środkiem pnia drzewa 1 a obiema jednostkami diod laserowych 8, 8', to oblicza się odległości środka od obu jednostek diod laserowych 8, 8' przy zastosowaniu twierdzenia sinusów, według znanych wzorów.

Rozumie się, że według znanych wzorów, także kąt, który obejmuje średnicę pnia drzewa 1, względnie sama średnica, jest obliczana przy uwzględnieniu położenia pnia drzewa 1 tak, że można zrezygnować z bliższych wyjaśnień.

167 445

W jednostce analizującej 20 jest zaprogramowany algorytm, odpowiadający potrzebnym wzorom, który pozwala na dokładne obliczenie średnicy pnia drzewa 1, przy czym jest przewidziana także kompensacja temperatury. W dobrze widocznych miejscach, na bramce pomiarowej 10 i/lub na jednostce analizującej 20 mogą byc przewidziane czerwone i zielone diody, emitujące światło, które sygnalizują obniżenie częstotliwości impulsowania lub napięcia nadawania.

Poszczególne procesy pomiarowe są tak sterowane przez jednostkę analizującą 20, że jest arytmetycznie ustalana średnica środka pnia drzewa 1.

Do złącza standardowego 22 jednostki analizującej 20 można przyłączyć przyrząd rejestrujący, względnie monitor z drukarką tak, że mogą być pokazywane i wydrukowane poszczególne średnice, średnice środka, długości, numer identyfikacyjny pnia drzewa 1. Jednostkę analizującą 20 można również wyposażyć w zespoły meldujące zakłócenia przy zabrudzeniu optoelektronicznego urządzenia pomiarowego, przekroczeniu zakresu pomiarowego, uszkodzeniu przenośnika łańcuchowego lub nadrzędnego komputera.

Dzięki stabilnie wykonanej bramce pomiarowej 10, za pomocą której są połączone na stałe belki odbiorcze 5, 5', jednostki diod laserowych 8, 8' i zapory świetlne 9, 9'jest osiągalne mocne i pewne urządzenie do określania średnicy lub objętości pnia drzewa 1. Dokładność pomiarową osiąga się zasadniczo z ilości fototranzystorów 6, 6' w belkach odbiorczych 5, 5'. W opisanym przykładzie wykonania belki odbiorcze 5, 5' zawierają po 512 fototranzystorów 6, 6', a przez przestawienie układu, ilość ta może być jeszcze podwojona.

FIG

4'-JL-70

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do określania wymiarów, zwłaszcza ruchomego przedmiotu, zawierające optoelektryczne urządzenie pomiarowe, które przynajmniej w płaszczyźnie pomiarowej, znajdującej się poprzecznie do osi wzdłużnej przedmiotu, posiada umieszczone elementy nadawcze i odbiorcze oraz jednostkę analizującą, przy czym płaszczyzna pomiarowa jest ograniczona przez bramkę pomiarową z co najmniej dwiema belkami pomiarowymi, umieszczonymi pod określonym kątem, znamienne tym, że na powierzchniach bocznych belek pomiarowych (4, 4'), zwróconych do płaszczyzny pomiarowej (7), jest umieszczony co najmniej jeden szereg elementów odbiorczych (6,6'), przy czym _ każdemu takiemu szeregowi jest przyporządkowany okresowo aktywowany element nadawczy (8, 8'), leżący w płaszczyźnie pomiarowej (7) w stałym odstępie (A) od belek pomiarowych (4, 4') dla emitowania strumienia światła, w postaci wachlarza, skierowanego na elementy odbiorcze (6, 6').
2. 2. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że szeregi elementów odbiorczych (6, 6') tworzą w przybliżeniu łuk koła, w którego środku jest umieszczony przyporządkowany element nadawczy (8, 8').
3. 3. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że elementy odbiorcze (6, 6') stanowią fototranzystory i są umieszczone w wodoszczelnych belkach odbiorczych (5, 5') z przykrytą szkłem szczeliną wzdłużną (50, 50').
4. 4. Urządzenie, według zastrz. 3, znamienne tym, że szereg elementów odbiorczych (6, 6') jest podzielony na jednakowe odcinki (60,60'), przy czym elementy odbiorcze (6,6') każdego odcinka (60, 60') są umieszczone na płytkach druko wanych.
5. 5. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że każdy element nadawczy (8, 8') jest umieszczony w kierunku do przyporządkowanych belek odbiorczych (5, 5') w wodoszczelnej obudowie z przykrytą szkłem szczeliną (80, 80'), przy czym obudowa jest zamontowana pomiędzy dwiema prostokątnymi płytkami (18, 19 - 18', 19'), połączonymi na stałe ze stojakami (11, 11') bramki pomiarowej (10), które wystają bocznie ponad obudowę.
6. 6. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że posiada jednostkę analizującą (20), składającą się z układu mikroprocesora z jednostką pamięci, która synchronicznie aktywuje elementy nadawcze i odbiorcze (6,6'; 8,8') z częstotliwością impulsowania większą od 300 Hz oraz wykrywa i wskazuje średnicę i/lub objętość przedmiotu (1).