RU211605U1 - Установка для измерения геометрических параметров листового материала с самонастройкой и калибровкой - Google Patents

Abstract

Установка для измерения геометрических параметров листового материала относится к устройствам для промышленного контроля плоскостности и ширины посредством лазерной профилометрии. Устройство содержит основание, рольганг, портал, профилометры для сканирования поверхности листового материала поперек и вдоль оси рольганга, настроечные образцы, электронный блок для управления и обработки измерительной информации. Портал выполнен с продольными направляющими и снабжен каретками. Образцы размещены сбоку от рольганга. Профилометры подвижно соединены с порталом через каретки с возможностью линейного перемещения по направляющим. Электронный блок для управления и обработки измерительной информации выполнен с возможностью работы в автоматическом режиме для обеспечения неподвижного положения профилометров над рольгангом во время измерения геометрических параметров листового материала и перемещения профилометров над настроечными образцами во время технического обслуживания указанных профилометров. Повышена точность и производительности измерения плоскостности и ширины листового материала в условиях промышленного производства. Потоковый контроль геометрических параметров листового материала автоматизирован. Достоверность контроля увеличена. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для промышленного контроля плоскостности, то есть кривизны поверхности, и ширины листового материала посредством лазерной профилометрии. Преимущественной областью применения технического решения является металлургическое производство в цехах с листопрокатными технологиями безостановочного цикла.

Одним из основных требований отраслевых стандартов качества металлургического производства является постоянный бесконтактный высокоточный контроль геометрических размеров прокатных изделий в автоматическом режиме.

Из патентного документа RU 2621490 С1 от 06.06.2017 известна система для измерения геометрических параметров стального листа, которая содержит портал с закрепленными на раме оптическими 2D-профилометрами, состоящими из излучающих лазерных модулей, генераторов линии, матричных фотоприемников с оптикой, а также контроллеров на базе сигнальных процессоров. Профилометры предназначены для сканирования верхней поверхности листа по его ширине. Для перемещения листа служит рольганг, установленный под порталом.

В процессе работы известной системы на поверхности листа образуют измерительные линии, перпендикулярные оси рольганга. Измерения проводят в дискретные моменты времени, получая набор профилей поверхности по ширине листа. Для получения профилей по длине листа распределение измерительных данных аппроксимируют. На основе полученной информации строят виртуальную модель всей поверхности листа.

Для настройки положения датчиков указанной системы предназначены контрольный образец листа и система тросов с натяжным механизмом. При настройке размещают тросы на натяжном механизме под рамой напротив лазерных излучателей, регулируют положение тросов, помещают образец листа в рабочую зону измерительной системы, настраивают положение лазерных лучей и линий от них, после чего выставляют профилометры посредством регулировочного устройства.

Известное техническое решение позволяет измерять плоскостность листа на виртуальной модели поверхности объекта контроля, однако математическая аппроксимация дискретных измерительных данных, вместо непрерывных физических измерений по длине листа, вносит погрешность и не позволяет достичь высоких показателей точности измерений. Кроме того, сложность конструкции механизма настройки и необходимость помещения образца листа в рабочую зону измерительной системы затрудняют юстировку и калибровку оборудования, мешают автоматизации этих сервисных процессов, из-за чего длительности первоначальной настройки и последующей периодической калибровки на практике будут велики настолько, что потребуют, в частности, задания низкой периодичности калибровки, чтобы избежать падения производительности контроля до неприемлемого в условиях производства уровня. Однако низкая периодичность калибровки отрицательно сказывается на общей точности и достоверности контроля геометрии листов.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании настоящей полезной модели, является заводская автоматизация потокового контроля геометрических параметров листового материала и повышение достоверности такого контроля.

Обеспечиваемый данной полезной моделью технический результат заключается в увеличении точности и производительности настройки и калибровки профилометров, а также в повышении точности и производительности измерения плоскостности и ширины листового материала в условиях промышленного производства.

Технический результат достигается благодаря тому, что установка для измерения геометрических параметров листового материала, содержащая рольганг для листового материала, несущий портал, оптические профилометры для сканирования поверхности листового материала поперек оси рольганга, связанные с порталом, первый настроечный образец и электронный блок для управления и обработки измерительной информации, также включает в состав своей конструкции оптические профилометры для сканирования поверхности листового материала вдоль оси рольганга, второй настроечный образец и опорное основание. При этом портал выполнен с продольными направляющими и снабжен моторизированными каретками. Причем настроечные образцы размещены сбоку от рольганга, который совместно с порталом и указанными образцами неподвижно связан с основанием, все профилометры подвижно соединены с порталом через соответствующие каретки с возможностью линейного перемещения по направляющим, а электронный блок для управления и обработки измерительной информации выполнен с возможностью работы в автоматическом режиме для обеспечения неподвижного положения профилометров над рольгангом во время измерения геометрических параметров листового материала и перемещения профилометров над настроечными образцами во время технического обслуживания указанных профилометров.

В частном случае осуществления полезной модели установка содержит датчик положения листового материала, напрямую соединенный с профилометрами.

Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами, на которых в качестве примера показано выполнение предпочтительной конструкции устройства, предназначенного для измерения геометрических параметров листового материала.

Фиг. 1-3: установка, вид спереди, сверху и сбоку.

Фиг. 4-5: настройка сканеров при прохождении профилометров через калибровочные столы, вид спереди и сбоку.

Фиг. 6: установка с профилометрами в рабочей зоне, вид спереди.

Изображенная на чертежах установка для измерения геометрических параметров листового материала содержит основание 1, рольганг 2, портал 3, профилометры 4 и 5, столы калибровки 6 и 7, настроечные образцы 8, 9 (фиг. 1-3), а также датчик положения листового материала на рольганге 2 и электронный блок для управления и обработки измерительной информации.

Основание 1 имеет опорную функцию для всех остальных частей установки, оно выполнено в виде плиты, размер которой выбран из условия размещения на ней рольганга 2, портала 3 и столов калибровки 6, 7.

Рольганг 2 представляет собой роликовый конвейер для перемещения листового материала. В состав рольганга 2 входят электромоторы 10 для вращения рабочих элементов рольганга 2. Рольганг 2 характеризуется геометрической продольной осью, которая перпендикулярна осям вращения его роликов.

Портал 3 содержит две вертикальные колонны и горизонтальную балку. Портальная балка выполнена с продольными рельсовыми направляющими 11. Портал 3 несет каретки 12, 13, а также кабельные траки 16. Каретки 12, 13 содержат каркасные рамы 14 и механизмы перемещения с сервоприводами 15. Высота вертикальных колонн выбрана из условия свободного размещения в проеме портала 3 рольганга 2 с объектом контроля и исходя из технических характеристик профилометров 4, 5.

Длина горизонтальной балки такова, чтобы обеспечить охват всей зоны измерения листового материала на рольганге 2 и полного выхода измерительных линеек профилометров 4, 5 в зону технического обслуживания к столам калибровки 6, 7. Для этого длина балки портала 3 более чем в два раза превышает ширину рольганга 2.

Профилометры 4, 5 содержат линейки лазерных триангуляционных датчиков и предназначены для оптического 2D-сканирования поверхности листового материала, соответственно поперек и вдоль оси рольганга с целью бесконтактного измерения продольного и поперечного профиля объекта контроля, оценки его ширины. Указанные датчики состоят из излучающих лазерных модулей, генераторов линии, матричных фотоприемников с оптикой. Профилометры 4, 5 также включают в себя контроллеры на базе сигнальных процессоров для обработки измерительной информации. Число профилометров 4 выбрано из условия перекрытия совокупной рабочей зоной их датчиков ширины листового материала.

Настроечные образцы 8, 9 характеризуются подготовленной плоской поверхностью. Образец 8 предназначен для настройки и калибровки профилометров 4, а образец 9 служит для настройки и калибровки профилометров 5. Длина образцов 8, 9 превышает совокупную рабочую зону по меньшей мере двух соседних профилометров одного назначения.

Датчик положения листового материала представляет собой, в частности, бесконтактный велосиметр или контактный ролик с энкодером.

Электронный блок выполнен на основе вычислителя с возможностью управления работой установки и обработки измерительной информации в автоматическом режиме по заданной программе.

Рольганг 2, колонны портала 3 и столы 6, 7 зафиксированы на основании 1 посредством болтовых соединений. Профилометры 4 жестко соединены с кареткой 12, через которую подвижно связаны с балкой портала 3. Аналогично профилометры 5 связаны с порталом 3 через каретку 13. Данные каретки смонтированы на балке портала 3 с возможностью линейного перемещения по направляющим 11, которые ограничивают ход кареток 12, 13. Настроечные образцы 8, 9 неподвижно соединены с основанием 1 через столы 6, 7.

Рольганг 2 смонтирован в проеме портала 3 так, что находится вблизи от одной из колонн портала 3, при этом продольная ось рольганга 2 перпендикулярна проекции балки портала 3 в плане. Столы калибровки 6, 7 закреплены в центральной зоне установки сбоку от рольганга 2 по обе стороны от балки портала 3, причем настроечный образец 8 параллелен продольной оси балки портала 3, а образец 9 перпендикулярен относительно указанной оси. Профилометры 4, 5 расположены в плане с противоположных сторон относительно продольной оси балки портала 3. Генераторы линии датчиков профилометров 4, 5 ориентированы в пространстве так, чтобы плоскость излучателя соответствующего датчика была перпендикулярна продольной оси рольганга 2 для измерения поперечной плоскостности и ширины листового материала, или была параллельна указанной оси для определения продольной плоскостности.

Контроллеры профилометров 4, 5 электрически связаны с лазерными модулями датчиков указанных профилометров и их фотоприемниками. Электронный блок установки, предназначенный для управления и обработки измерительной информации, сигнально связан с контроллерами профилометров 4, 5 и сервоприводами 15 кареток 12, 13 через кабели в траках 16. Также электронный блок электрически соединен с электромоторами 10 рольганга 2. Датчик положения листового материала соединен с профилометрами 4, 5, предпочтительно напрямую.

Устройство функционирует следующим образом.

Основание 1 установки размещают на полу помещения цеха. Все элементы установки соединяют между собой сборочными операциями и приводят в функционально-конструктивное единство. В электронный блок записывают программу управления и обработки измерительной информации, после чего устройство переходит в режим начальной самонастройки.

Электронный блок автоматически подает управляющий сигнал на сервоприводы 15, приводящие в движение механизмы перемещения кареток 12, 13, посредством чего сдвигает данные каретки в зону технического обслуживания к столам 6, 7. Автоматика установки последовательно и безостановочно перемещает профилометры 4 над настроечным образцом 8, а профилометры 5 через образец 9 в плане (фиг. 4-5), до тех пор, пока все профилометры не пройдут процедуру технического обслуживания.

Для проведения триангуляционного сканирования лазерные модули датчиков профилометров 4, 5 возбуждают оптическое когерентное излучение. Генераторы линии разворачивают лучи лазеров в плоскости, которые образуют на верхних поверхностях настроечных образцов 8, 9 измерительные линии. Рассеянное от образцов 8, 9 излучение фокусируют оптикой и регистрируют светочувствительными матричными фотоприемниками датчиков. Снятые с выходов фотоприемников измерительные сигналы преобразуют в цифровой вид и передают на входы процессоров, которые обрабатывают полученные числовые данные для определения расстояний от текущего положения датчиков до каждой точки измерительных линий.

Исходя из заданного расположения рабочей плоскости образцов 8, 9 в пространстве осуществляют настройку профилометров 4, 5, в процессе которой первый датчик в измерительной линейке используют в качестве базового, а каждый следующий датчик настраивают относительно предыдущего при перемещении профилометров 4, 5 над образцами 8, 9 с попарной настройкой датчиков. Периодическую эксплуатационную калибровку профилометров 4, 5 проводят аналогично их первоначальной настройке.

Затем автоматика установки перемещает профилометры 4, 5 в зону контроля (фиг. 6). На рольганг 2 горизонтально помещают листовой материал 17, электронный блок подает питание на электромоторы 10 роликов для перемещения листового материала 17 по направлению продольной оси рольганга 2 через проем портала 3. Датчик положения начинает отсчитывать значение координаты по ходу движения листового материала 17 и передает текущие показания непосредственно профилометрам 4, 5.

При измерении геометрических параметров датчики профилометров 4 создают соосные линии, перпендикулярные направлению перемещения листового материала 17, а датчики профилометров 5 образуют две параллельные линии по разные стороны от продольной оси объекта контроля, расположенные по нормали к геометрической оси, на которой лежат линии датчиков профилометров 4. Используя данные с датчика положения листового материала 17 процессоры профилометров 4, 5 привязывают координаты измерительных линий к границам листового материала 17.

На основе полученного массива измерительной информации электронный блок установки математически строит 3D-модель геометрии листового материала, характеризующую его плоскостность и ширину. При превышении допуска на любой из измеряемых параметров листового материала устройство выдает световой и звуковой сигнал оператору установки.

Дополнение профилометров, предназначенных для сканирования поверхности листового материала поперек оси рольганга, профилометрами для сканирования поверхности листового материала вдоль оси рольганга обеспечивает практически непрерывное физическое сканирование верхней поверхности листового материала как по ширине, так и по его длине, благодаря чему увеличена точность измерения плоскостности и ширины листового материала, повышена достоверность контроля. На качество настройки и калибровки, а следовательно и на точность дальнейших измерений, положительно влияет неподвижность настроечных образцов относительно основания установки, за счет чего в процессе настройки и калибровки известно точное расположение рабочей плоскости образцов в пространстве.

Максимальных показателей точности и достоверности позволяет достичь включения в состав конструкции установки датчика положения листового материала, обеспечивающего непосредственное определение положения объекта контроля относительно установки, и прямое соединение указанного датчика с профилометрами, что за счет аппаратной обработки данных исключает временные задержки при привязке координат.

Упрощение конструкции механизма настройки, с исключением при этом необходимости периодического помещения настроечных образцов в зону контроля, достигнуто путем выполнения портала с продольными направляющими и снабжение его каретками, размещением настроечных образцов сбоку от рольганга вне зоны контроля, что обеспечивает оперативное перемещение профилометров от рольганга к настроечным образцам, благодаря чему сокращена длительность настроечного и калибровочных циклов при потоковом контроле, дана возможность осуществления заводской автоматизации, характеризующейся увеличенной производительностью измерения плоскостности и ширины листового материала в условиях промышленного производства, что позволяет более часто проводить калибровку, а следовательно увеличить точность измерения и повысить достоверность контроля. В случае, если профилометры проходят техническое обслуживание, не связанное с их настройкой или калибровкой, например, очистку оптики фотоприемников, то настройка или калибровка не требует дополнительного времени, так как данные операции автоматически производятся при перемещении профилометров из зоны обслуживания в зону контроля.

Claims (2)

1. Установка для измерения геометрических параметров листового материала, содержащая рольганг для листового материала, несущий портал, оптические профилометры для сканирования поверхности листового материала поперек оси рольганга, связанные с порталом, первый настроечный образец и электронный блок для управления и обработки измерительной информации, отличающаяся тем, что включает в состав своей конструкции оптические профилометры для сканирования поверхности листового материала вдоль оси рольганга, второй настроечный образец и опорное основание, при этом портал выполнен с продольными направляющими и снабжен моторизированными каретками, причем настроечные образцы размещены сбоку от рольганга, который совместно с порталом и указанными образцами неподвижно связан с основанием, все профилометры подвижно соединены с порталом через соответствующие каретки с возможностью линейного перемещения по направляющим, а электронный блок для управления и обработки измерительной информации выполнен с возможностью работы в автоматическом режиме для обеспечения неподвижного положения профилометров над рольгангом во время измерения геометрических параметров листового материала и перемещения профилометров над настроечными образцами во время технического обслуживания указанных профилометров.

2. Установка по п. 1, характеризующаяся тем, что содержит датчик положения листового материала, напрямую соединенный с профилометрами.

Images