RU1783300C - Способ измерени толщины ленты и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности. Сформированные оптической системой две пары пучков монохроматического излучени  фокусируютс  соответственно на поверхность вала 1, приводимого во вращение, и на поверхность участка измер емой ленты 2, частично охватывающей с исключением проскальзывани  вал 1, Рассе нное излучение указанных пар пучков фиксируетс  соответствующими фотоприемниками 4 и 9 и преобразуетс  в электрические информационные сигналы, определ ютс  с использованием эффекта Дотглера, частоты этих сигналов. По полученным значени м частот и заранее известному диаметру валл аналитическим путем определ етс  искома  толщина ленты. Указанный положительный эффект достигаетс  за счет использовани  в качестве информативного параметра частоты, значение которой по сравнению с другими физическими величинами может быть измерено с большей точностью. 1 ил СП С

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  бесконтактного контрол  толщины ленты и листового материала из непрозрачных материалов .

Известен способ измерени  толщины ленты, при котором перемещают ленту поперек металлического барабана, освещают ее световым лучом, определ ют положение ленты световым детектором, воспринимаю- щим изображение поверхности ленты и сканирующим это изображение, определ ют положение поверхности барабана, по которой перемещаетс  лента, и определ ют толщину ленты, сравнива  положени  повер- хности ленты и поверхности барабана. Недостатком этого способа  вл етс  невысока  точность измерений, обусловленна  трудностью достаточно точного определени  положени  изображени .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу  вл етс  способ измерени  толщины ленты, при котором ленту прижимают к валу так, чтобы она частично охватывала его, устанавлива- ют экранирующую пластину так, чтобы между ее кромкой, обращенной к валу, и валом образовалась щель, сканируют щель по ширине лучом света и определ ют толщину ленты по результатам измерени  ширины щели с помощью фотоприемника.

Недостатком этого способа  вл етс  невысока  точность измерений, обусловленна  трудностью точного измерени  пространственного положени  сканирующего луча, а также дифракцией света на кра х щели.

Известно устройство дл  измерени  толщины ленты, содержащее металлический барабан , поперек которого перемещаетс  лента, проектор, световой детектор, воспринимающий изображение поверхности ленты, устройство дл  определени  положени  поверхности барабана и вычислительный блок, св занный с этим устройством и его световым детектором. Недостатком этого устройства  вл етс  невысока  точность измерений, обусловленна  трудностью достаточно точного определени  положени  изображени  ленты .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  устройство дл  измерени  толщины ленты, содержащее вал, который частично охватывает лента, лазер, оптически св занные с ним конденсатор, сканер и фотоприемник, пластину, экранирующую свет, расположенную по ходу излучени  между сканером и фотоприемником так. что между ее кромкой , обращенной к валу, и валом образуетс 

щель, соединенной с выходом фотоприемника пороговый элемент, а также таймер, компаратор и вычислительное устройство.

Недостатком этого устройства  вл етс  невысока  точность измерений, обусловленна  трудностью точного измерени  пространственного положени  сканирующего луча, а также дифракцией света на кра х щели.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  толщины ленты.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе измерени  толщина ленты, при котором ее прижимают к валу так, чтобы она частично охватывала его, и освещают монохроматическим излучением, дополнительно прижимают ленту к валу так, чтобы при вращении вала не происходило его проскальзывани  относительно ленты, формируют первую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ют их в одну точку на поверхности вала, и вторую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ют их в одну точку на поверхности участка ленты, прижатого к валу таким образом , что направлени  биссектрисы угла между пучками первой пары и биссектрисы угла между пучками второй пары совпадают между собой и с направлением нормали к поверхности вала в точках падени  пучков плоскости падени  первой и второй пар пучков излучени  параллельны между собой и перпендикул рны оси вала, а углы, под которыми сход тс  пучки в каждой паре, оди- наковы, привод т вал во вращение, принимают рассе нное излучение первой пары пучков в направлении биссектрисы угла между ними и преобразуют его в первый электрический сигнал, принимают рассе нное излучение второй пары пучков в направлении биссектрисы угла между ними и преобразуют его во второй электрический сигнал, определ ют частоты первого и второго сигналов, а толщину h ленты определ ют по формуле:

где ta - частота второго сигнала;

f 1 - частота первого сигнала;

D - диаметр вала.

Устройство дл  измерени  толщины ленты нар ду с валом, который частично охватывает лента, источником монохроматического излучени , фотоприемником и вычислительным блоком дополнительно содержит светоделитель, установленный по ходу излучени  от источника, два формировател  сфокусированных в одну точку пар пучков излучени , установленных соответственно , по ходу сформированных светоде- лителем потоков излучени , второй фотоприемник, два усилител , входы которых соединены соответственно с выходами фотоприемников, и два компаратора, входы которых соединены, соответственно с выходами усилителей, а выходы соединены с соответствующими входами вычислительного блока, вал установлен с возможностью вращени  вокруг своей оси, формирователи установлены с возможностью фокусировани  пар пучков излучени  соответственно в точке , расположенной на поверхности вала, и в точке, расположенной на поверхности участка измер емой ленты, охватывающего вал. и расположены таким образом, что плоскости падени  первой и второй пар пучков излучени  параллельны между собой и перпендикул рны оси вала, углы, под которыми сход тс  пучки в каждой паре, одинаковы, направлени  биссектрис этих углов совпадают между собой и с направлением нормали к поверхности вала в точках падени  пучков, а фотоприемники установлены между формировател ми и поверхностью вала и расположены соответственно на указанных биссектрисах.

Повышение точности измерений достигаетс  за счет того, что непосредственно измер емым информативным параметром, через который определ етс  толщина ленты ,  вл етс  частота, значение которой может быть измерено с большей точностью, чем значение любой другой физической величины .

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства дл  измерени  толщины ленты.

Устройство содержит вал 1, частично охватываемый измер емой лентой 13, источник монохроматического излучени  2, фотоприемник 3, и вычислительный блок 4. Кроме того, предлагаемое устройство содержит светоделитель 5, установленный по ходу излучени  от источника 2, два формировател  6 и 7 сфокусированных в одну точку пар пучков излучени , установленные соответственно по ходу сформированных светоделителем 5 потоков излучени , второй фотоприемник 8, два усилител  9 и 10, входы которых соединены соответственно с выходами фотоприемников 3 и 8, и два компаратора 11 и 12, входы которых соединены, соответственно, с выходами усилителей 9 и 10, а выходы соединены с соответствующими входами вычислительного блока 4. Вал 1 установлен с возможностью вращени  вокруг своей оси, формирователи 6 и 7 установлены с возможностью фокусировани  пар пучков излучени , соответственно в точке, расположенной на поверхности вала 1 и в точке, расположенной на поверхности уча- 5 стка измер емой ленты 13, охватывающего вал 1, и расположены таким образом, что плоскости падени  первой и второй пар пучков излучени  параллельны между собой и перпендикул рны оси вала 1, углы, под ко0 торыми сход тс  пучки в каждой паре, одинаковы , направлени  биссектрис этих углов совпадают между собой и с направлением нормали к поверхности вала 1 в точках падени  пучков, а фотоприемники 3 и 8 уста5 новлены между формировател ми 6 и 7 и поверхностью вала и расположены, соответственно , на указанных биссектрисах.

Вал 1 изготавливаетс  из металла или другого отражающего свет материала. В

0 качестве источника монохроматического излучени  2 может использоватьс  стабилизированный гелий-неоновый лазер, например . ЛГН-ЗСЗ, Глубина фокусировки пучков должна превышать толщину ленты 13. В каче5 стве фотоприемников 3 и 8 могут быть использованы p-l-n фотодиоды, например ФД--256, снабженные объективами, компараторы 11 и 12 выполнены по схеме триггера Шмитта, а в качестве вычислительного устройства 4 мо0 жет быть использована микроЭВМ.

Предлагаемый способ осуществл ют следующим образом. Прижимают контролируемую ленту 13 к валу 1 так, чтобы она охватывала его частично с таким усилием

5 нат жени , чтобы при вращении вала не происходило его проскальзывани  относительно ленты 13, с помощью светоделител  5 и формировател  6 формируют первую пару сфокусированных пучков излучени  и

0 направл ют их в одну точку на поверхности вала 1, с помощью светоделител  5 и формировател  7 формируют вторую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ют их в одну точку на поверхности участка лен5 ты 13, прижатого к валу 1, таким образом, что направлени  биссектрисы угла между пучками первой пары и биссектрисы угла между пучками второй пары совпадают между собой и с направлением нормали к

0 поверхности вала 1 в точках падени  пучков, плоскости падени  первой и второй пар пучков излучени  параллельны между собой и перпендикул рны оси вала 1, а углы, под которыми сход тс  пучки в каждой паре,

5 одинаковы, привод т вал 1 во вращение, с помощью фотоприемника 3 принимают рассе нное излучение первой пары пучков в направлении биссектрисы угла между ними и преобразуют его в первый электрический сигнал, принимают фотоприемником 8 рассе нное излучение второй пары пучков в направлении биссектрисы угла между ними и преобразуют его во второй электрический сигнал, с помощью вычислительного блока 4 определ ют частоты первого и второго сигналов, а толщину h ленты 13 определ ют по формуле:

Откуда

(f2-fi)vl 2o;sina

(6)

Подставл   со 2vi/D, получим

где h частота второго сигнала:

f 1 - частота первого сигнала;

D - диаметр вала.

Рассмотрим аналитически работу пред- лагаемого способа. Сигнал на выходе первого фотоприемника 3 обусловлен доплеровским сдвигом частоты излучени  двух первых пучков , рассе нного движущейс  поверхностью вала 1, свободной от ленты 13. Частота fi сигнала при этом определ етс  выражением:

2vi fi- jpslna

О)

где vi - линейна  скорость поверхности вала:

А- длина волны лазерного излучени ;

a - угол между двум  сфокусированными пучками. 30

Поскольку

v1 ft D/2,

(2)

где о)- углова  скорость вращени  вала:

D - диаметр вала, то

ft-Зг sire

(3)

Сигнал второго фотоприемника 8 обусловлен доплеровским сдвигом частоты излучени  двух вторых сфокусированных пучков рассе нно движущейс  поверхности ленты 13, прижатой к валу 1. Частота f2 сигнала при этом определ етс  аналогично (1) - (3)

2 (Ј + h) f2- psina sina, (4)

где h - толщина ленты. Вычита  (3) из (4) получим:

f2-flJMD/2+)sina- gsinc р sino(D/2 + h - D/2) 2f h sina (5)

)vl-D(f2-fl)m

п 4visina2fi u (t)

где использована формула (1) 2vi

Т

sina

Таким образом, определ   частоты fi и h первого и второго сигналов и зна  диаметр D вала, можно по формуле (7) определить с высокой точностью толщину h ленты 13, поскольку величины fi, h и D можно измер ть с достаточно высокой точностью.

Погрешность Ah измерени  толщины ленты h, обусловленна  погрешност ми измерени  диаметра D и частот fi, f2 определ етс  выражени ми:

АЬ- ДпНДлЗ+ДьЗ

где ,

(8) (9)

(10) (11)

40 Из (9) видно, что относительные погрешности измерени  толщины ленты 13 и диаметра вала 1 равны, т.е.

Ahi h

ДО D

(12)

0

5

откуда  сно, что нетрудно достичь значени  Ahi/h пор дка сотых долей процента.

При относительной погрешности измерени  частоты Дг, имеющей пор док величины , значение Дн, и Дпз будет пор дка 0/2-10 , что позвол ет получить достаточно высокую точность, например, при D - 50 мм Дп 0,25 мкм.

Устройство дл  осуществлени  предлагаемого способа измерени  толщины ленты работает следующим образом, Вал 1, частично охватываемый измер емой лентой 13, вращаетс  вокруг своей оси. Излучение источника 2 делитс  светоделителем 5 на два

пучка, первый пучок направл етс  в формирователь 6 первой пары сфокусированных в одну точку пучков, который формирует первую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ет их в одну точку на поверхности вала 1. Второй пучок направл етс  в формирователь 7, который формирует вторую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ет их в одну точку на поверхности участка ленты 13, прижатого к валу 1. Излучени  первой пары сфокусированных пучков, рассе нные поверхностью вала 1, интерферируют на светочувствительной площадке фотоприемника 3. который преобразует интенсивность интерференционной картины в первый электрический сигнал, частота которого определ етс  формулой (1). Излучени  второй пары сфокусированных пучков, рассе нные поверхностью измер емой ленты 13 интерферируют на светочувст- вительной площадке фотоприемника 8, который преобразует интенсивность интерференционной картины во второй электрический сигнал, частота которого определ етс  формулой (4). Сигналы фотоприемников 3 и 8 усиливаютс  усилител ми 9 и 10 соответственно и поступают на входы компараторов 11 и 12, выполненных по схеме триггера Шмитта, которые формируют импульсные сигналы с частотами, равными частотам поступающих на их входы электрических сигналов . Сигналы с выходов компараторов 11 и 12 поступают на входы вычислительного блока 4, в пам ть которого предварительно занесена информаци  о значении диаметра вала D. В вычислительном блоке 4 происходит измерение частот fi и iz- и вычисл етс  значение толщины h ленты по формуле:

По сравнению с прототипом предлагаемый способ измерени  толщины ленты и устройство дл  его осуществлени  позвол ют повысить точность измерени  за счет того, что непосредственно измер емым информативным параметром, через который определ етс  толщина ленты  вл етс  частота , значение которой может быть измерено с большей точностью, что значение любой другой физической величины.

Claims (2)

1. Способ измерени  толщины ленты, при котором ее прижимают к валу так, чтобы она частично охватывала его. и освещают монохроматическим излучением, отличаю0

5

0

5

0

щ и и с   тем, что, с целью повышени  точности, ленту прижимают к валу так, чтобы при вращении вала не происходило его проскальзывани  относительно ленты, формируют первую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ют их в одну точку на поверхности вала, и вторую пару сфокусированных пучков излучени  и направл ют их в одну точку на поверхности участка ленты , прижатого к валу, таким образом, что направленна  биссектрисы угла между пучками первой пары и биссектрисы угла между пучками второй пары совпадают между собой и с направлением нормали к поверхности вала в точках падени  пучков, плоскости падени  первой и второй пар излучени  параллельны между собой и перпендикул рны оси вала, а углы, под которыми сход тс  пучки в каждой паре, одинаковы, привод т вал во вращение, принимают рассе нное изучение первой пары пучков в направлении биссектрисы угла между ними и преобразуют его в первый электрический сигнал, принимают рассе нное излучение второй пары пучков в направлении биссектрисы угла между ними и преобразуют его во второй электрический сигнал, определ ют частоты первого и второго сигнала, а толщину h ленты определ ют по формуле

где f2 - частота второго сигнала;

fi - частота первого сигнала; D - диаметр вала.

2. Устройство дл  измерени  толщины ленты, содержащее вал, частично охватываемый измер емой лентой, источник монохроматического излучени , фотоприемник и вычислительный блок, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено светоделителем, установленным по ходу излучени  от источника, двум  фо рмировател ми сфокусированных в одну точку пар пучков, излучени , установленными соответственно по ходу сформированных светоделителем потоков излучени , вторым фотоприемником, двум  усилител ми, входы

которых соединены соответственно с выходами фотоприемников, и двум  компараторами, входы которых соединены соответственно с выходами усилителей, а выходы соединены с соответствующими входами вычислительно

го блока, вал установлен с возможностью вра щени  вокруг своей оси, формирователи установлены с возможностью фокусировани  пар пучков излучени  соответственно в точке, расположенной на поверхности вала, и в точ

11 178330012

ке, расположенной на поверхности участканаправлени  биссектрис этих углов совпа- измер емой ленты, охватывающего вал. идают между собой и с направлением норма- расположены таким образом, что плоскостьли к поверхности вала в точках падени  падени  первой и второй лар пучков излуче-пучков, а фотоприемники установлены меж- ни  параллельны между собой и перпенди-5 ду формировател ми и поверхностью вала и кул рных оси вала. углы, под которымирасположены соответственно на указанных сход тс  пучки в каждой паре, одинаковы,биссектрисах.