RU2052771C1 - Устройство для контроля изделий - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля геометрических параметров, а также массы и объема производства в металлургии. Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей. Цель достигается тем, что в устройство, содержащее фотоприемники, формирователи, генератор импульсов, блоки обработки измерительных сигналов, введены фотодиод, формирователь, блок обработки измерительных сигналов, блок сопряжения, блок регистрации. 4 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения параметров изделия в ходе технологического процесса, например в металлургии, прокатном производстве.

Известен измеритель наружного диаметра труб и круглого проката, содержащий два осветителя, расположенных под прокатом, оси которых пересекаются под прямым углом, и два оптико-механических сканирующих фотоприемника, расположенных над прокатом напротив осветителей [1] В устройстве используется оптико-механическая развертка изображения.

При смещениях изделия в процессе производства возникают погрешности из-за изменения исходного масштаба. Для устранения влияния таких смещений в указанном устройстве фотоприемники устанавливаются на большом расстоянии (3 м) от измеряемого объекта. Это приводит к значительному увеличению габаритов и, соответственно, стоимости, сложности настройки. Недостатком указанного устройства является также большая масса фотоприемников (350 и 1000 кг соответственно для труб малого и большого диаметра), осветителя (30 кг), кондиционера (300 кг).

Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как позволяет измерять только один параметр наружный диаметр изделия.

Наиболее близким к изобретения по технической сущности является устройство для измерения размеров и температуры раскаленных изделий, содержащее последовательно установленные оптическую систему, развертывающий фотоприемник, блок развертки, генератор тактовых импульсов, блок измерения геометрических размеров, блок измерения температуры [2]
Недостатком известного устройства является то, что оно, хотя и позволяет измерять одновременно геометрические размеры и температуру, из-за смещений изделия в процессе производства возникает погрешность при измерении диаметра только в одном сечении. Кроме того, для обеспечения эффективного управления технологическим процессом необходимо одновременно с измерением диаметра, положения, температуры в двух сечениях измерять дополнительно скорость, длину, массу изделия и объем производства.

Указанная задача решена устройством для контроля изделий, содержащим фотоприемную головку, включающую развертывающий фотоприемник с соответствующим объективом, формирователь измерительных интервалов, информационный вход которого подключен к выходу развертывающего фотоприемника, генератор управляющих импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу развертывающего фотоприемника, второй выход соединен с первым управляющим входом развертывающего фотоприемника и управляющим входом формирователя измерительных интервалов, вторую фотоприемную головку, включающую второй развертывающий фотоприемник с соответствующим объективом, расположенную так, что оптические оси первой и второй фотоприемных головок пересекаются под углом, второй формирователь измерительных интервалов, информационный вход которого подключен к выходу второго развертывающего фотоприемника, тактовый вход второго развертывающего фотоприемника подключен к первому выходу генератора управляющих импульсов, второй выход которого подключен к первому управляющему входу второго развертывающего фотоприемника и управляющему входу второго формирователя измерительных интервалов, в первую фотоприемную головку введен дополнительный фотоприемник, расположенный таким образом, чтобы оси визирования первого развертывающего фотоприемника и дополнительного фотоприемника пересекали продольную ось изделия в точках, смещенных друг относительно друга на определенное расстояние, первый, второй и третий блоки обработки измерительных сигналов, информационные входы первого и третьего блоков обработки измерительных сигналов связаны с первыми информационными выходами первого и второго формирователей измерительных интервалов, вторые информационные выходы первого и второго формирователей измерительных интервалов подключены к первому и второму информационным входам второго блока обработки измерительных сигналов и вторым управляющим входам первого и второго развертывающих фотоприемников соответственно, тактовые входы первого, второго, третьего блоков обработки измерительных сигналов соединены с третьим выходом генератора управляющих импульсов, третий формирователь измерительных интервалов, первый информационный вход которого соединен с выходом дополнительного фотоприемника, второй информационный вход связан с первым информационным выходом первого формирователя измерительных интервалов, а первый выход соединен с информационным входом четвертого блока обработки измерительных сигналов, тактовый вход которого связан с третьим выходом генератора управляющих импульсов, выходы первого, второго, третьего, четвертого блоков обработки измерительных сигналов и второй выход третьего формирователя измерительных интервалов соединены с входами блока сопряжения, выход которого связан с входом блока регистрации и отображения, выход которого является выходной шиной устройства.

Основными признаками, отличающими предложенное устройство, являются введение новых блоков (например, блоки обработки измерительных сигналов, блок регистрации и отображения), изменение имеющихся (например, первая фотоприемная головка), введение новых связей.

Сравнение предложенного технического решения с известными показывает, что оно обладает новой совокупностью существенных признаков, обеспечивающей совмещение функций измерения диаметра, положения, температуры в двух сечениях, а также скорости, массы, длины изделия и объема производства. Такой комплексный контроль позволяет с высокой точностью за счет учета влияния неконтролируемых смещений изделия в ходе технологического процесса, учета влияния температуры (температурное расширение материала) измерять истинные геометрические параметры, эффективно управлять технологическим процессом, проводить документирование и статистическую обработку измерительной информации.

Совокупность указанных признаков не обнаружена в доступных авторам источниках.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2, 3 принципиальные схемы третьего формирователя измерительных интервалов, блока сопряжения; на фиг. 4 временные диаграммы.

Устройство содержит первую фотоприемную головку, включающую первый развертывающий фотоприемник 1 с соответствующим объективом, первый формирователь 2 измерительных интервалов, информационный вход которого подключен к выходу первого развертывающего фотоприемника 1, генератор 3 управляющих импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу первого развертывающего фотоприемника 1, второй выход соединен с первым управляющим входом первого развертывающего фотоприемника 1 и управляющим входом первого формирователя 2 измерительных интервалов, в устройство дополнительно введены вторая фотоприемная головка, включающая второй развертывающий фотоприемник 4 с соответствующим объективом, расположенная так, что оптические оси первой и второй фотоприемных головок пересекаются под углом, второй формирователь 5 измерительных интервалов, информационный вход которого подключен к выходу второго развертывающего фотоприемника 4, тактовый вход второго развертывающего фотоприемника 4 подключен к первому выходу генератора 3 управляющих импульсов, второй выход которого подключен к первому управляющему входу второго развертывающего фотопримемника 4 и управляющему входу второго формирователя 5 измерительных интервалов, в первую фотоприемную головку введен дополнительный фотоприемник 6, расположенный таким образом, чтобы оси визирования первого развертывающего фотоприемника 1 и дополнительного фотоприемника 6 пересекали продольную ось изделия 7 в точках, смещенных друг относительно друга на определенное расстояние, первый 8, второй 9 и третий 10 блоки обработки измерительных сигналов, информационные входы первого 8 и третьего 10 блоков обработки измерительных сигналов связаны с первыми информационными выходами первого 2 и второго 5 формирователей измерительных интервалов, вторые информационные выходы первого 2 и второго 5 формирователей измерительных интервалов подключены к первому и второму информационным входам второго блока 9 обработки измерительных сигналов и вторым управляющим входам первого 1 и второго 4 развертывающих фотоприемников соответственно, тактовые входы первого 8, второго 9, третьего 10 блоков обработки измерительных сигналов соединены с третьим выходом генератора 3 управляющих импульсов, устройство содержит также дополнительно третий формирователь 11 измерительных интервалов, первый информационный вход которого соединен с выходом дополнительного фотоприемника 6, второй информационный вход связан с первым информационным выходом первого формирователя 2 измерительных интервалов, а первый выход соединен с информационным входом четвертого блока 12 обработки измерительных сигналов, тактовый вход которого связан с третьим выходом генератора 3 управляющих импульсов, выходы первого 8, второго 9, третьего 10, четвертого 12 блоков обработки измерительных сигналов и второй выход третьего формирователя 11 измерительных интервалов соединены с входами блока 13 сопряжения, выход которого связан с входом блока 14 регистрации и отображения, выход которого является выходной шиной устройства.

Развертывающие фотоприемники 1, 4 служат для преобразования распределения яркости оптических сигналов в соответствующую совокупность электрических сигналов. В предложенном варианте реализации устройства фотоприемники выполнены на основе интегральных МДП-фотодиодных одномерных матриц ЛФЭ-1024-25/1. Возможно выполнение фотоприемников 1, 4 в виде ПЗС-фотоприемников. В качестве фотоприемника 6 использован фотодиод ФД-3. Формирователи 2, 5 измерительных интервалов выполнены аналогично блокам 9, 14. Генератор 3 управляющих импульсов имеет стандартное выполнение и содержит кварцевый генератор с делителями частоты.

Блоки 8-10 обработки измерительных сигналов служат для выделения сигналов, соответствующих диаметру, положению, температуре в двух сечениях, и выполнены аналогично блокам 8-11.

Формирователь 11 измерительных интервалов выполнен по схеме, приведенной на фиг. 2, и содержит видеоусилитель 15, одновибратор 16, схему ИЛИ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ 17.

Блок 12 обработки измерительных сигналов служит для заполнения сигналов, полученных с выхода формирователя 11, высокочастотными импульсами, может быть, например, реализован с помощью двухвходовой схемы И-НЕ.

Блок 13 сопряжения служит для формирования 8-разрядного кода, соответствующего измеряемым величинам, может быть реализован, например, на основе таймеров 580ВИ53, его принципиальная схема приведена на фиг. 3.

Устройство работает следующим образом.

Изображение раскаленного изделия 7 проецируется на фоточувствительную поверхность развертывающих фотоприемников 1 и 4 с двух сечений (фиг. 1).

Генератор 3 управляющих импульсов формирует тактовую импульсную последовательность со скважностью 2 (фиг, 4а), которая подается с первого выхода генератора 3 на тактовые входы развертывающих фотоприемников 1, 4, а также импульсы стирания (фиг. 4б), которые подаются на первые управляющие входы фотоприемников 1, 4 и управляющие входы первого 2 и второго 5 формирователей измерительных интервалов. Импульсы считывания, сформированные в первом 2 и втором 5 формирователях (фиг. 4в), подаются на вторые управляющие входы первого 1 и второго 4 фотоприемников. Величина задержки импульсов считывания относительно импульсов стирания определяет время Т_н накопления или чувствительность фотоприемников 1, 4. Длительность времени Т_н накопления пропорциональна амплитуде видеосигнала на выходе фотоприемника, а, следовательно, яркости излучения (температуре) контролируемого изделия 7.

Дальнейшая обработка сигналов в первом 2 и втором 5 формирователях заключается в преобразовании считанных с ячеек фотоприемников 1, 4 токовых сигналов в напряжение, выделении огибающей дискретного видеосигнала (фиг. 4г).

На первых выходах формирователей 2, 5 измерительных интервалов формируются импульсы, длительность которых пропорциональна проекции изображения контролируемого изделия 7 в первом и втором сечениях соответственно (фиг. 4д, е).

Одновременно излучение от контролируемого изделия 7, попадая на фотоприемник 6, вызывает появление на его выходе сигнала, который затем усиливается видеоусилителем 15 (фиг. 2; фиг. 4ж). Передний фронт этого импульса соответствует моменту появления передней кромки трубы в поле зрения фотоприемника 9, задний фронт задней кромки. Первый импульс с первого формирователя 2 измерительных интервалов, соответствующий диаметру в первом сечении (фиг. 4д), запускает одновибратор 16, задний фронт импульса одновибратора 16 (фиг. 4в) формируется в заданный момент времени с помощью RC-цепи (фиг. 2), например, t 1,5 Т_опр.

Из выходного сигнала видеоусилителя 15 (фиг. 2) и выходного сигнала одновибратора 16 на выходе схемы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 17 формируются импульсы (фиг. 4и), соответствующие времени прохождения трубой базового участка известной длины, а, значит, скорости движения трубы. На второй выход третьего формирователя 11 измерительных интервалов (фиг. 2) поступают импульсы с выхода видеоусилителя 15, которые далее используются для подсчета количества изготовленных изделий.

Сигналы с выходов первого 2, второго 5, третьего 11 формирователей измерительных интервалов подаются на входы соответствующих блоков 8-10, 12 обработки измерительных сигналов, где обрабатываются, заполняются импульсами высокой частоты (фиг. 4к-н).

В блоках 8, 10 формируются импульсы, соответствующие координате центра (в двух сечениях) изделия 7 (фиг. 4л).

Сигналы с выходов первого 8, второго 9, третьего 10, четвертого 12 блоков обработки и с второго выхода третьего 11 формирователя подаются на входы блока 13 сопряжения.

В блоке 13 сопряжения, имеющем внешнюю шину адресации и управления, все измерительные сигналы преобразуются в 8-разрядный параллельный код, который вводится в блок 14 регистрации и отображения. Блок 14 может быть выполнен в виде микропроцессорной системы или внешней ЭВМ.

В блоке 14 производится вычисление истинных значений измеряемых величин диаметра трубы с учетом поправок на смещения и масштаб, температуры, скорости, массы, длины, объема производства.

Кроме того, блок 14 используется для тарирования устройства.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает одновременное измерение комплекса параметров в ходе технологического процесса, а именно: диаметра, положения и температуры изделия в двух сечениях, скорости, массы, длины, объема производства.

Например, вычисление длины и массы изделия (трубы) производится в соответствии с выражениями:
L=v

t_Σ

+L_б; m=ρ•L

где L длина изделия;
v₁, v₂ длительности первого и второго импульсов, соответствующих скорости;
t_Σ суммарное время прохождения трубы в поле зрения первой фотоголовки;
L_б базовое расстояние;
ρ плотность материала изделия;
L длина изделия;
D_изм измеренный диаметр;
Т толщина стенки трубы;
m масса.

Высокая точность измерения достигается за счет устранения ошибки расфокусировки (масштабной ошибки) при смещениях изделия путем учета этих смещений и введения поправок в результате измерения.

Совокупность функций предложенного устройства позволяет эффективно использовать его в составе автоматизированных систем для оптимизации управления технологическими процессами.

Предложенное устройство реализовано, испытания в производственных условиях подтвердили его высокую точность, эффективность работы в составе системы управления технологическим процессом, долговременную надежность.

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗДЕЛИЙ, содержащее фотоприемную головку, включающую развертывающий фотоприемник с соответствующим объективом, формирователь измерительных интервалов, информационный вход которого подключен к выходу развертывающего фотоприемника, генератор управляющих импульсов, первый выход которого подключен к тактовому входу развертывающего фотоприемника, второй выход соединен с первым управляющим входом развертывающего фотоприемника и управляющим входом формирователя измерительных интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля и расширения функциональных возможностей за счет измерения одновременно в двух сечениях диаметра положения и температуры, а также скорости, массы, длины изделия и объема производства, в него дополнительно введены вторая фотоприемная головка, включающая второй развертывающий фотоприемник с соответствующим объективом, расположенная так, что оптические оси первой и второй фотоприемных головок пересекаются под углом, второй формирователь измерительных интервалов, информационный вход которого подключен к выходу второго развертывающего фотоприемника, тактовый вход второго развертывающего фотоприемника подключен к первому выходу генератора управляющих импульсов, второй выход которого подключен к первому управляющему входу второго развертывающего фотоприемника и управляющему входу второго формирователя измерительных интервалов, в первую фотоприемную головку введен дополнительный фотоприемник, расположенный так, чтобы оси визирования первого развертывающего фотоприемника и дополнительного фотоприемника пересекали продольную ось изделия в точках, смещенных одна относительно другой на определенное расстояние, первый, второй и третий блоки обработки измерительных сигналов, информационные входы первого и третьего блоков обработки измерительных сигналов связаны с первыми информационными выходами первого и второго формирователей измерительных интервалов, вторые информационные выходы первого и второго формирователей измерительных интервалов подключены к первому и второму информационным входам второго блока обработки измерительных сигналов и вторым управляющим входам первого и второго развертывающих фотоприемников соответственно, тактовые входы первого, второго, третьего блоков обработки измерительных сигналов соединены с третьим выходом генератора управляющих импульсов, третий формирователь измерительных интервалов, первый информационный вход которого соединен с выходом дополнительного фотоприемника, второй информационный вход связан с первым информационным выходом первого формирователя измерительных интервалов, а первый выход соединен с информационным входом четвертого блока обработки измерительных сигналов, тактовый вход которого связан с третьим выходом генератора управляющих импульсов, выходы первого, второго, третьего, четвертого блоков обработки измерительных сигналов и второй выход третьего формирователя измерительных интервалов соединены с входами блока сопряжения, выход которого связан с входом блока регистрации и отображения, выход которого является выходной шиной устройства.

Images