RU2419068C2 - Method of measuring thickness and device for realising said method - Google Patents
Method of measuring thickness and device for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2419068C2 RU2419068C2 RU2009126291/28A RU2009126291A RU2419068C2 RU 2419068 C2 RU2419068 C2 RU 2419068C2 RU 2009126291/28 A RU2009126291/28 A RU 2009126291/28A RU 2009126291 A RU2009126291 A RU 2009126291A RU 2419068 C2 RU2419068 C2 RU 2419068C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thickness
- photodetectors
- measuring
- light spots
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы для измерения геометрических размеров, в частности толщины стенки труб в трубосварочном производстве.The invention relates to measuring equipment and can be used to measure geometric dimensions, in particular the wall thickness of the pipes in pipe welding.
В настоящее время для контроля толщины в основном применяют рентгеновские и радиоизотопные толщиномеры. Основным недостатком этих устройств является зависимость результатов измерений от химического состава материала контролируемого изделия и увеличение ошибки пропорционально увеличению измеряемой толщины изделия.Currently, X-ray and radioisotope thickness gauges are mainly used for thickness control. The main disadvantage of these devices is the dependence of the measurement results on the chemical composition of the material of the controlled product and the increase in error is proportional to the increase in the measured thickness of the product.
Известны устройства и способы, применяемые для оптических триангуляционных измерений геометрических размеров. В этих решениях измерение геометрических размеров осуществляется с помощью оптических систем путем формирования световой метки на поверхности контролируемого изделия и приема отраженного (рассеянного) оптического сигнала в виде светового пятна многоэлементным линейным фотоприемником, расчета координат видеоимпульса, сформированного в видеосигнале на выходе фотоприемника отраженным оптическим сигналом, и расчета геометрических размеров относительно размера эталонного изделия, для которого предварительно получают координаты видеоимпульса.Known devices and methods used for optical triangulation measurements of geometric dimensions. In these solutions, the measurement of geometric dimensions is carried out using optical systems by forming a light mark on the surface of the controlled product and receiving a reflected (scattered) optical signal in the form of a light spot with a multi-element linear photodetector, calculating the coordinates of the video pulse generated in the video signal at the output of the photodetector by the reflected optical signal, and calculation of geometric dimensions relative to the size of the reference product, for which the coordinates oimpulsa.
Известен способ измерения толщины, раскрытый в описании к авторскому свидетельству СССР SU 1486776 «Устройство измерения линейных размеров» (G01B 11/02, опубл. 1989.06.15), согласно которому разделяют зондирующий пучок излучения на два непараллельных пучка, пересекают их друг с другом в точке, соответствующей положению поверхности эталонного изделия, измеряют расстояние между центрами двух световых пятен на фотоприемнике, соответствующих двум световым меткам от каждого пучка на поверхности контролируемого изделия, и вычисляют отклонение толщины от эталона по указанной формуле. Недостатком способа, раскрытого в авторском свидетельстве SU 1486776, являются невозможность контроля положения поверхности с противоположной стороны изделия. Недостатком является использование одного эталонного размера, что снижает достоверность результатов измерений. Принципы обработки выходных сигналов фотоприемника в описании к SU 1486776 не освещаются.A known method for measuring thickness is disclosed in the description of the USSR author's certificate SU 1486776 "Device for measuring linear dimensions" (G01B 11/02, publ. 1989.06.15), according to which the probe radiation beam is divided into two non-parallel beams, intersect them with each other in the point corresponding to the position of the surface of the reference product, measure the distance between the centers of two light spots on the photodetector, corresponding to two light marks from each beam on the surface of the controlled product, and calculate the deviation of the thickness from standard according to the specified formula. The disadvantage of the method disclosed in the copyright certificate SU 1486776, is the inability to control the position of the surface on the opposite side of the product. The disadvantage is the use of one reference size, which reduces the reliability of the measurement results. The principles of processing the output signals of the photodetector in the description of SU 1486776 are not covered.
Известен способ измерения толщины (патент США «Thickness measurement», US 4053234, G01B 11/00; G01N 21/48; 1977.10.11), согласно которому на одну из сторон изделия направляют пучок излучения, создавая световую метку. Измеряют положение изображения световой метки в виде светового пятна на линейном многоэлементном фотоприемнике, сравнивают это положение с эталоном, и получают отклонение толщины изделия, при этом положение второй стороны изделия считают известным и постоянным. Недостатками этого способа являются невозможность контроля положения поверхности с противоположной стороны изделия и использование одного эталонного размера, что снижает достоверность результатов измерений. Недостатком одной из форм способа является также то, что определяют координату только одной из границ видеоимпульса, сформированного на выходе фотоприемника, а ширину импульса полагают неизменной. Это может приводить к ошибкам при нарушении юстировок оптических систем.A known method of measuring thickness (US patent "Thickness measurement", US 4053234, G01B 11/00; G01N 21/48; 1977.10.11), according to which a beam of radiation is directed to one side of the product, creating a light mark. The position of the image of the light mark in the form of a light spot on a linear multi-element photodetector is measured, this position is compared with the standard, and the deviation of the thickness of the product is obtained, while the position of the second side of the product is considered known and constant. The disadvantages of this method are the inability to control the position of the surface on the opposite side of the product and the use of one reference size, which reduces the reliability of the measurement results. The disadvantage of one of the forms of the method is that they determine the coordinate of only one of the boundaries of the video pulse generated at the output of the photodetector, and the pulse width is assumed to be unchanged. This can lead to errors in violation of the alignment of optical systems.
Известен способ измерения толщины, заключающийся в направлении световых пучков на поверхности противоположных сторон контролируемого изделия, приеме излучения, рассеянного поверхностями, системой из двух линейных многоэлементных диодных фотоприемников, расположенных продольно вдоль одной линии последовательно один за другим, сканировании системы фотоприемников, определении максимальных значений сигналов, сформированных диодами при приеме рассеянного излучения, измерении временного интервала, зарегистрированного счетчиком, который запускается максимальным сигналом с первого линейного фотоприемника и останавливается максимальным сигналом со второго линейного фотоприемника, сопоставлении измеренного временного интервала геометрическому размеру (Патент США US 4077723, G01B 11/02; G01B 11/00, 1977.03.07). Недостатком известного способа является погрешность в измерении толщины из-за произвольных смешений и наклонов контролируемых поверхностей, изменения окружающей температуры и воздействий вибраций устройства, вызванных движением контролируемого изделия. Эти дестабилизирующие факторы приводят к систематическим ошибкам и требуют периодической компенсации. Недостатком является то, что фотоприемники сканируют не синхронно, а последовательно, что вносит дополнительную погрешность.A known method of measuring the thickness, consisting in the direction of light beams on the surface of the opposite sides of the controlled product, receiving radiation scattered by the surfaces, a system of two linear multi-element diode photodetectors, located longitudinally along one line sequentially one after another, scanning the photodetector system, determining the maximum signal values, formed by diodes when receiving scattered radiation, measuring the time interval recorded by the counter, which The first one is triggered by the maximum signal from the first linear photodetector and stopped by the maximum signal from the second linear photodetector, matching the measured time interval to the geometric size (US Patent US 4077723, G01B 11/02;
Известен наиболее близкий к предлагаемому изобретению способ измерения толщины, раскрытый в описании к патенту РФ RU 2242712 (G01B 11/03, G01B 11/06, опубл. 2004.12.20). Способ триангуляционного измерения толщины листовых изделий включает пошаговую подачу листового изделия в зону измерений и направление на листовое изделие с двух противоположных сторон с помощью источников излучения оптических блоков, лежащих на одной прямой. Через равные интервалы времени принимают на позиционно-чувствительные фотоприемники оптических блоков отраженные от листового изделия излучения и путем измерения координат световых пятен на позиционно-чувствительных фотоприемниках оптических блоков определяют расстояния от центров соответствующих оптических блоков до поверхности листового изделия, а толщину листового изделия вычисляют по указанной формуле. Недостатками способа являются ошибки измерения толщины при воздействии дестабилизирующих факторов в производственных условиях, например вибрации, смещений и наклонов контролируемого изделия. В этих случаях у считываемых с линейных фотоприемников видеосигналов, содержащих видеоимпульсы, сформированные световыми пятнами, изменяется не только ширина, форма, но и смещается вершина, что вносит ошибку в определение расположения световых пятен и, соответственно, в измерение толщины.Known closest to the proposed invention a method for measuring thickness, disclosed in the description of the patent of the Russian Federation RU 2242712 (G01B 11/03, G01B 11/06, publ. 2004.12.20). The method of triangulation measurement of the thickness of sheet products includes the step-by-step feeding of the sheet product into the measurement zone and the direction to the sheet product from two opposite sides using radiation sources of optical units lying on one straight line. At equal intervals of time, radiation reflected from the sheet product is received at the position-sensitive photodetectors of the optical units and by measuring the coordinates of the light spots on the position-sensitive photodetectors of the optical units, the distances from the centers of the respective optical units to the surface of the sheet are determined, and the thickness of the sheet is calculated using the above formula . The disadvantages of the method are errors in measuring the thickness under the influence of destabilizing factors in a production environment, for example, vibration, displacements and inclinations of a controlled product. In these cases, for video signals read from linear photodetectors containing video pulses generated by light spots, not only the width, shape, but the vertex also changes, which introduces an error in determining the location of light spots and, accordingly, in measuring the thickness.
Задачей предлагаемых изобретений является создание способа измерения толщины и устройства для его осуществления, позволяющих повысить точность измерения толщины при наличии дестабилизирующих факторов производственного процесса, позволяющих измерять толщину контролируемых изделий без замедления производственного процесса.The objective of the invention is the creation of a method of measuring thickness and a device for its implementation, which allows to increase the accuracy of thickness measurement in the presence of destabilizing factors of the production process, which allows to measure the thickness of the controlled products without slowing down the production process.
Указанная задача решается тем, что способ измерения толщины, заключающийся в том, что перемещают контролируемое изделие в зоне измерений устройства для измерения толщины, при этом с помощью двух узких пучков излучения, направленных соосно навстречу друг другу, создают на противоположных сторонах контролируемого изделия две световые метки, а на двух линейных оптически связанных с контролируемым изделием позиционно-чувствительных многоэлементных фотоприемниках создают изображения световых меток в виде световых пятен, фотоприемники одновременно сканируют, измеряют координаты световых пятен на фотоприемниках, по измеренным координатам световых пятен рассчитывают значение толщины, дополнительно характеризуется тем, что пучки излучения направляют перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого изделия, предварительно, в режиме калибрования устройства для измерения толщины, задают диапазон измерений толщины, измеряя координаты световых пятен, соответствующих эталонам максимального и минимального значения измеряемой толщины, а затем, в режиме измерения толщины, измеряют координаты световых пятен, проводя интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на каждом фотоприемнике.This problem is solved in that the method of measuring the thickness, namely, that the controlled product is moved in the measurement zone of the device for measuring the thickness, while using two narrow beams of radiation directed coaxially towards each other, two light marks are created on opposite sides of the controlled product and on two linear optically coupled positionally sensitive multi-element photodetectors that are optically connected with the controlled product, they create images of light marks in the form of light spots, photodetectors simultaneously scan, measure the coordinates of the light spots on the photodetectors, calculate the thickness value from the measured coordinates of the light spots, it is additionally characterized by the fact that the radiation beams are directed perpendicular to the plane of movement of the controlled product, previously, in the calibration mode of the device for measuring thickness, specify the range of thickness measurements by measuring the coordinates light spots corresponding to the standards of the maximum and minimum values of the measured thickness, and then, in the mode of measuring thicknesses In other words, they measure the coordinates of light spots by conducting an integral assessment of the location and size of light spots on each photodetector.
Уточненная форма предлагаемого способа, являющаяся его развитием и дополнительно решающая указанную задачу, дополнительно характеризуется тем, что интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках осуществляют как вычисление суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов, полученных при сканировании фотоприемников, а толщину Т определяют из уравнения калибровочной прямой:The improved form of the proposed method, which is its development and additionally solves the indicated problem, is additionally characterized by the fact that the integrated assessment of the location and size of light spots on the photodetectors is carried out as a calculation of the sum of the numbers of elements corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses obtained by scanning photodetectors, and the thickness T determined from the equation of the calibration line:
где 
Σ=Σ1+Σ2,Σ = Σ 1 + Σ 2 ,
где Σ1 - сумма номеров элементов N1, N2, соответствующих начальной 01 и конечной 02 границам видеоимпульса с одного фотоприемника, Σ2 - сумма номеров элементов N3, N4, соответствующих начальной 03 и конечной 04 границам видеоимпульса с другого фотоприемника:where Σ 1 is the sum of the numbers of elements N 1 , N 2 corresponding to the initial 0 1 and
Σ1=N1(01)+N2(02),Σ 1 = N 1 (0 1 ) + N 2 (0 2 ),
Σ2=N3(03)+N4(04),Σ 2 = N 3 (0 3 ) + N 4 (0 4 ),
k - угловой коэффициент калибровочной прямой, равный:k is the angular coefficient of the calibration line, equal to:
где T1 и Т2 - эталонные толщины, соответствующие границам диапазона измерений, а Σ(T1) и Σ(Т2) - суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов с фотоприемников для эталонов толщины T1 и Т2;where T 1 and T 2 are the reference thicknesses corresponding to the boundaries of the measurement range, and Σ (T 1 ) and Σ (T 2 ) are the sums of the numbers of elements corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses from the photodetectors for the standards of thickness T 1 and T 2 ;
b - смещение калибровочной прямой, равное:b is the offset of the calibration line equal to:
b=T1-kΣ(T1)=T2-kΣ(T2).b = T 1 -kΣ (T 1 ) = T 2 -kΣ (T 2 ).
Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что пучки излучения направляют перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого изделия; в том, что предварительно, в режиме калибрования устройства для измерения толщины, задают диапазон измерений толщины, измеряя координаты световых пятен, соответствующих эталонам максимального и минимального значения измеряемой толщины; и в том, что затем, в режиме измерения толщины, измеряют координаты световых пятен, проводя интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на каждом фотоприемнике.Distinctive features of the proposed method are that the radiation beams are directed perpendicular to the plane of movement of the controlled product; in that previously, in the calibration mode of the device for measuring the thickness, a range of thickness measurements is set by measuring the coordinates of the light spots corresponding to the standards of the maximum and minimum values of the measured thickness; and the fact that then, in the thickness measurement mode, the coordinates of the light spots are measured, making an integral assessment of the location and size of the light spots on each photodetector.
Дополнительные отличительные признаки уточненной формы предлагаемого способа заключаются в том, что интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках осуществляют как вычисление суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов, полученных при сканировании фотоприемников, а толщину Т определяют из уравнения калибровочной прямой:Additional distinctive features of the refined form of the proposed method are that the integrated assessment of the location and size of light spots on the photodetectors is carried out as a calculation of the sum of the element numbers corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses obtained by scanning the photodetectors, and the thickness T is determined from the equation of the calibration line:
где 
Σ=Σ1+Σ2,Σ = Σ 1 + Σ 2 ,
где Σ1 - сумма номеров элементов N1, N2, соответствующих начальной 01 и конечной 02 границам видеоимпульса с одного фотоприемника, Σ2 - сумма номеров элементов N3, N4, соответствующих начальной 03 и конечной 04 границам видеоимпульса с другого фотоприемника:where Σ 1 is the sum of the numbers of elements N 1 , N 2 corresponding to the initial 0 1 and
Σ1=N1(01)+N2(02),Σ 1 = N 1 (0 1 ) + N 2 (0 2 ),
Σ2=N3(03)+N4(04),Σ 2 = N 3 (0 3 ) + N 4 (0 4 ),
k - угловой коэффициент калибровочной прямой, равный:k is the angular coefficient of the calibration line, equal to:
где T1 и Т2 - эталонные толщины, соответствующие границам диапазона измерений, а Σ(T1) и Σ(Т2) - суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов с фотоприемников для эталонов толщины T1 и Т2;where T 1 and T 2 are the reference thicknesses corresponding to the boundaries of the measurement range, and Σ (T 1 ) and Σ (T 2 ) are the sums of the numbers of elements corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses from the photodetectors for the standards of thickness T 1 and T 2 ;
b - смещение калибровочной прямой, равное:b is the offset of the calibration line equal to:
b=T1-kΣ(T1)=T2-kΣ(T2).b = T 1 -kΣ (T 1 ) = T 2 -kΣ (T 2 ).
Повышение точности измерения толщины при наличии дестабилизирующих факторов производственного процесса достигается благодаря предварительному, в режиме калибрования устройства для измерения толщины, заданию диапазона измерений толщины, с измерением координат световых пятен, соответствующих эталонам максимального и минимального значения измеряемой толщины, поскольку это повышает достоверность результатов измерений толщины контролируемого изделия и позволяет использовать алгоритм для вычисления толщины по формуле с двумя заданными параметрами, и благодаря последующему, в режиме измерения толщины, измерению координат световых пятен с проведением по алгоритму интегральной оценки расположения и размеров световых пятен на каждом фотоприемнике. Интегральная оценка позволяет определять характерную толщину на заданном участке длины контролируемого изделия, сглаживая влияние локальных отклонений толщины. Это достигается требуемым выбором числа замеров "С" в зависимости от скорости перемещения изделия в зоне измерений и частоты сканирования фотоприемников.Improving the accuracy of thickness measurement in the presence of destabilizing factors of the production process is achieved by preliminary, in the calibration mode of the device for measuring the thickness, setting the range of thickness measurements, with the measurement of coordinates of light spots corresponding to the standards of the maximum and minimum values of the measured thickness, since this increases the reliability of the measurement results of the thickness of the controlled products and allows you to use the algorithm to calculate the thickness according to the formula with two preset parameters, and thanks to the subsequent, in the mode of measuring the thickness, measuring the coordinates of light spots using an algorithm for integral estimation of the location and size of light spots on each photodetector. Integral assessment allows you to determine the characteristic thickness on a given section of the length of the controlled product, smoothing out the influence of local thickness deviations. This is achieved by the required choice of the number of measurements "C" depending on the speed of the product in the measurement zone and the scanning frequency of the photodetectors.
Также повышение точности достигается благодаря направлению пучков излучения перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого изделия, так как это исключает смещения световых меток относительно друг друга в плоскости перемещения контролируемого изделия; кроме того, такое направление пучков излучения упрощает вычисление толщины, так как не требует внесения поправок на угол падения пучков излучения.Also, increasing accuracy is achieved due to the direction of the radiation beams perpendicular to the plane of movement of the controlled product, as this eliminates the displacement of light marks relative to each other in the plane of movement of the controlled product; in addition, this direction of the radiation beams simplifies the calculation of the thickness, since it does not require amendments to the angle of incidence of the radiation beams.
В уточненной форме предлагаемый способ обеспечивает повышение точности измерения толщины благодаря тому, что интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках осуществляют как вычисление суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов, полученных при сканировании фотоприемников, а толщину Т определяют из уравнения калибровочной прямой:In a refined form, the proposed method provides an increase in the accuracy of thickness measurement due to the fact that the integrated assessment of the location and size of light spots on the photodetectors is carried out as a calculation of the sum of the element numbers corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses obtained by scanning the photodetectors, and the thickness T is determined from the equation of the calibration line :
где
Σ=Σ1+Σ2,Σ = Σ 1 + Σ 2 ,
где Σ1 - сумма номеров элементов N1, N2, соответствующих начальной 01 и конечной 02 границам видеоимпульса с одного фотоприемника, Σ2 - сумма номеров элементов N3, N4, соответствующих начальной 03 и конечной 04 границам видеоимпульса с другого фотоприемника:where Σ 1 is the sum of the numbers of elements N 1 , N 2 corresponding to the initial 0 1 and
Σ1=N1(01)+N2(02),Σ 1 = N 1 (0 1 ) + N 2 (0 2 ),
Σ2=N3(03)+N4(04),Σ 2 = N 3 (0 3 ) + N 4 (0 4 ),
k - угловой коэффициент калибровочной прямой, равный:k is the angular coefficient of the calibration line, equal to:
где T1 и Т2 - эталонные толщины, соответствующие границам диапазона измерений, a Σ(T1) и Σ(Т2) - суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов с фотоприемников для эталонов толщины T1 и Т2;where T 1 and T 2 are the reference thicknesses corresponding to the boundaries of the measurement range, and Σ (T 1 ) and Σ (T 2 ) are the sums of the numbers of elements corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses from the photodetectors for the standards of thickness T 1 and T 2 ;
b - смещение калибровочной прямой, равное:b is the offset of the calibration line equal to:
b=T1-kΣ(T1)=T2-kΣ(T2).b = T 1 -kΣ (T 1 ) = T 2 -kΣ (T 2 ).
Преимуществом этого алгоритма является то, что в формулу для вычисления толщины не входят в явном виде расстояние между источниками пучков излучения и расстояния от каждого источника пучка излучения до соответствующей поверхности контролируемого изделия. Определение расположения и размеров световых пятен по координатам границ (начала и конца) импульса позволяет при интегральной оценке заменить множество операций деленияThe advantage of this algorithm is that the formula for calculating the thickness does not explicitly include the distance between the sources of the radiation beams and the distances from each source of the radiation beam to the corresponding surface of the controlled product. Determining the location and size of light spots by the coordinates of the boundaries (beginning and end) of the pulse allows the integral assessment to replace many division operations
Nцентр=(Nначало+Nконец)/2N center = (N start + N end ) / 2
для каждого замера суммированиемfor each measurement by summing
Nинтегр=Nначало+Nконец,N integr = N start + N end ,
по числу замеров "С" с последующим делением на "С", что повышает быстродействие измерений. Другим преимуществом является использование статистической оценки (в том числе и в режиме калибрования). Статистическая оценка предполагает, в частности, исключение из набора значений измеренной величины минимального и максимального значений как наименее достоверных, случайных.by the number of measurements "C" followed by dividing by "C", which increases the speed of measurements. Another advantage is the use of statistical evaluation (including in calibration mode). Statistical evaluation assumes, in particular, the exclusion from the set of values of the measured value of the minimum and maximum values as the least reliable, random.
Известно устройство (Авторское свидетельство СССР SU 1486776 «Устройство измерения линейных размеров», G01B 11/02, опубл. 1989.06.15), содержащее проекционную систему с разделителем светового пучка, эквивалентную двум проекционным системам с непараллельными пучками, и приемную систему, установленные по одну сторону от контролируемого изделия. Недостатком устройства, раскрытого в SU 1486776, является невозможность контроля положения противоположной стороны изделия. Кроме того, недостатком устройства по SU 1486776 является сложность используемой светоделительной системы. В описании к SU 1486776 не упоминается важность сохранения постоянного взаимного положения деталей устройства.A device is known (USSR Author's Certificate SU 1486776 "A device for measuring linear dimensions",
Известно устройство для измерения толщины (патент США «Thickness measurement», US 4053234, G01B 11/00; G01N 21/48; 1977.10.11). Устройство содержит источник, направляющий световой луч на поверхность контролируемого изделия, и линейку фотодиодов, расположенную перпендикулярно к направлению отраженного луча. Смещение поверхности в нормальном направлении определяется по координате светового пятна на линейке фотодиодов. Недостатком устройства является то, что направление светового пучка необязательно перпендикулярно к плоскости перемещения контролируемого изделия. Это значит, что при изменении толщины изделия смещается в плоскости перемещения изделия и световая метка, т.е. нарушается равномерность распределения точек замера по направлению перемещения изделия. Это устройство не обеспечивает оптического контроля второй стороны изделия.A device for measuring thickness is known (US patent "Thickness measurement", US 4053234,
Прототипом предлагаемого устройства является устройство для триангуляционного измерения толщины листовых изделий (RU 2242712, G01B 11/03, G01B 11/06, опубл. 2004.12.20). Указанное устройство-прототип содержит, в частности, неподвижный стол с рабочей поверхностью и зоной измерений, продольный привод, обеспечивающий пошаговую подачу листового изделия в зону измерений неподвижного стола, два оптических блока, размещенных в зоне измерений неподвижного стола по разные стороны от листового изделия и содержащих каждый источник излучения и позиционно-чувствительный фотоприемник, расположенный с возможностью оптической связанности с листовым изделием в зоне измерений, причем оптические оси источников излучения оптических блоков лежат на одной прямой. Также устройство-прототип содержит блок обработки и управления, входы которого подключены к выходам позиционно-чувствительных фотоприемников оптических блоков, а один из выходов соединен со входом продольного привода. Наличие в прототипе поперечного привода не является существенным для достижения результата, обеспечиваемого предлагаемым устройством.The prototype of the proposed device is a device for triangulation measurement of the thickness of sheet products (RU 2242712,
Недостатком указанного прототипа является отсутствие жесткого закрепления взаимного положения всех деталей устройства-прототипа, необходимых для создания световых меток на фотоприемниках, что приводит к ошибкам измерения толщины при воздействии дестабилизирующих факторов в производственных условиях, например вибрации, смещений и наклонов контролируемого изделия. В этих случаях у считываемых с линейных фотоприемников видеосигналов, содержащих видеоимпульсы, сформированные световыми пятнами, изменяется не только ширина, форма, но и смещается вершина, что вносит ошибку в определение расположения световых пятен и, соответственно, в измерение толщины. Недостатком является зависимость продольного привода от выходного сигнала блока обработки и управления, так как это усложняет конструкцию.The disadvantage of this prototype is the lack of rigid fixing of the relative position of all the parts of the prototype device necessary for creating light marks on photodetectors, which leads to errors in thickness measurement under the influence of destabilizing factors in production conditions, for example, vibration, displacements and tilts of the controlled product. In these cases, for video signals read from linear photodetectors containing video pulses generated by light spots, not only the width, shape, but the vertex also changes, which introduces an error in determining the location of light spots and, accordingly, in measuring the thickness. The disadvantage is the dependence of the longitudinal drive on the output signal of the processing and control unit, since this complicates the design.
Указанная выше задача предлагаемых изобретений решается тем, что в устройстве для измерения толщины, содержащем корпус, зону измерений, привод, обеспечивающий перемещение контролируемого изделия в зоне измерений, также содержащем пару узконаправленных источников излучения, размещенных по разные стороны от контролируемого изделия и создающих пучки излучения, направленные в зону измерений соосно навстречу друг другу, пару оптических систем (объективов), размещенных по разные стороны от контролируемого изделия, и пару линейных позиционно-чувствительных многоэлементных фотоприемников, расположенных с возможностью оптической связанности с контролируемым изделием в зоне измерений, и также содержащем блок обработки и управления, входы которого подключены к выходам фотоприемников, источники излучения ориентированы таким образом, что пучки излучения являются перпендикулярными плоскости перемещения контролируемого изделия, источники излучения, фотоприемники и оптические системы жестко зафиксированы на общем основании, привод выполнен с возможностью непрерывного перемещения контролируемого изделия; блок обработки и управления содержит синхрогенератор, подключенный к входам фотоприемников, задатчик режимов с возможностью выбора режима измерения толщины или режима калибрования устройства для измерения толщины, вычислитель результатов измерений, подключенный к выходам задатчика режимов и синхрогенератора, блок интегральной оценки расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках, подключенный к выходам фотоприемников и синхрогенератора и к входам вычислителя результатов измерений, табло отображения результатов измерений, подключенное к выходам вычислителя результатов измерений.The above objective of the proposed inventions is solved in that in a device for measuring thickness, comprising a housing, a measurement zone, a drive providing movement of the controlled product in the measurement zone, also containing a pair of narrowly directed radiation sources placed on opposite sides of the controlled product and creating radiation beams, directed into the measurement zone coaxially towards each other, a pair of optical systems (lenses) placed on opposite sides of the product being monitored, and a pair of linear positions o-sensitive multi-element photodetectors located optically coupled to the controlled product in the measurement zone, and also containing a processing and control unit whose inputs are connected to the outputs of the photodetectors, the radiation sources are oriented so that the radiation beams are perpendicular to the plane of movement of the controlled product, sources radiation, photodetectors and optical systems are rigidly fixed on a common base, the drive is made with the possibility of continuous displacements controlled products; the processing and control unit contains a sync generator connected to the inputs of the photodetectors, a mode dial with the option of selecting a thickness measurement mode or a calibration mode of a device for measuring thickness, a measurement computer connected to the outputs of the mode dial and a sync generator, an integral unit for evaluating the location and size of light spots on the photodetectors connected to the outputs of photodetectors and a synchro-generator and to the inputs of the calculator of measurement results, a scoreboard displaying the results is measured d, connected to the output of the calculator measurement results.
В уточненной форме предлагаемого устройства указанная задача дополнительно решается тем, что блок интегральной оценки расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках выполнен в виде блока вычисления суммы номеров элементов фотоприемников, который своими видеовходами соединен с выходами фотоприемников, своим тактовым входом соединен с выходом сигнала «считывание» синхрогенератора, своим входом сброса соединен с выходом сигнала «сброс» синхрогенератора, своей группой информационных выходов соединен с соответствующей группой информационных входов вычислителя результатов измерений, при этом вычислитель результатов измерений соединен другой своей группой информационных входов с задатчиком режимов, кроме этого вычислитель результатов измерений соединен с выходом сигнала «сброс» синхрогенератора и с выходом сигнала «вывод-накопление» синхрогенератора своими соответствующими входами, а своей группой информационных выходов соединен с табло отображения результатов измерений.In the refined form of the proposed device, this task is additionally solved by the fact that the unit for the integrated assessment of the location and size of light spots on the photodetectors is made in the form of a unit for calculating the sum of the numbers of the photodetector elements, which is connected by its video inputs to the outputs of the photodetectors, with its clock input connected to the output of the “read” signal synchro-generator, with its reset input connected to the output of the “reset” signal of the synchro-generator, with its group of information outputs connected to the corresponding group oh information inputs of the measuring results calculator, while the measuring results calculator is connected by its other group of information inputs to the mode dial, in addition, the measuring results calculator is connected to the output of the “reset” signal of the sync generator and to the output of the signal “output-accumulation” of the sync generator with its corresponding inputs, and its group of information outputs is connected to the display panel of the measurement results.
Отличительные признаки предлагаемого устройства заключаются в том, что источники излучения ориентированы таким образом, что пучки излучения являются перпендикулярными плоскости перемещения контролируемого изделия, источники излучения, фотоприемники и оптические системы жестко зафиксированы на общем основании, привод выполнен с возможностью непрерывного перемещения контролируемого изделия, блок обработки и управления содержит синхрогенератор, подключенный к входам фотоприемников, задатчик режимов с возможностью выбора режима измерения толщины или режима калибрования устройства для измерения толщины, вычислитель результатов измерений, подключенный к выходам задатчика режимов и синхрогенератора, блок интегральной оценки расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках, подключенный к выходам фотоприемников и синхрогенератора и к входам вычислителя результатов измерений, табло отображения результатов измерений, подключенное к выходам вычислителя результатов измерений.Distinctive features of the proposed device are that the radiation sources are oriented in such a way that the radiation beams are perpendicular to the plane of movement of the controlled product, the radiation sources, photodetectors and optical systems are rigidly fixed on a common base, the drive is made with the possibility of continuous movement of the controlled product, the processing unit and The control contains a sync generator connected to the inputs of the photodetectors, a mode dial with the ability to select a mode from measuring thickness or calibration mode of a device for measuring thickness, a measurement results calculator connected to the outputs of the mode dial and a sync generator, an integrated assessment unit for the location and size of light spots on the photodetectors, connected to the outputs of the photodetectors and a sync generator and to the inputs of the measurement results calculator, a measurement display panel connected to the outputs of the calculator of the measurement results.
Дополнительные отличительные признаки уточненной формы предлагаемого устройства заключаются в том, что блок интегральной оценки расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках выполнен в виде блока вычисления суммы номеров элементов фотоприемников, который своими видеовходами соединен с выходами фотоприемников, своим тактовым входом соединен с выходом сигнала «считывание» синхрогенератора, своим входом сброса соединен с выходом сигнала «сброс» синхрогенератора, своей группой информационных выходов соединен с соответствующей группой информационных входов вычислителя результатов измерений, при этом вычислитель результатов измерений соединен другой своей группой информационных входов с задатчиком режимов, кроме этого, вычислитель результатов измерений соединен с выходом сигнала «сброс» синхрогенератора и с выходом сигнала «вывод-накопление» синхрогенератора своими соответствующими входами, а своей группой информационных выходов соединен с табло отображения результатов измерений.Additional distinctive features of the improved form of the proposed device are that the unit for the integrated assessment of the location and size of light spots on the photodetectors is made in the form of a unit for calculating the sum of the numbers of the elements of the photodetectors, which is connected by its video inputs to the outputs of the photodetectors, with its clock input connected to the output of the read signal clock generator, with its reset input connected to the output of the signal "reset" of the clock, its group of information outputs connected to the corresponding a measuring group of information inputs of the measuring results calculator, while the measuring results calculator is connected by its other group of information inputs to the mode dial, in addition, the measuring results calculator is connected to the output of the “reset” signal of the sync generator and to the output of the signal “output-accumulation” of the sync generator with its corresponding inputs , and its group of information outputs is connected to the display panel of the measurement results.
При наклонах и смещениях контролируемой поверхности вследствие воздействия таких дестабилизирующих факторов, как вибрация, происходит изменение ширины и асимметричное изменение формы видеоимпульса, что приводит к ошибкам в определении его энергетического центра и к ошибкам в измерении толщины. При перпендикулярном падении световых пучков - ошибки минимальны. Исключается влияние вибрации корпуса устройства на точность измерений благодаря жесткой фиксации элементов оптической части устройства на общем основании. Исключается влияние наклонов и колебаний контролируемой поверхности на точность измерения толщины. Возможность привода осуществлять непрерывное перемещение контролируемого изделия позволяет проводить измерение толщины без приостановки производственного процесса. Наличие в блоке обработки и управления синхрогенератора, подключенного к входам фотоприемников, задатчика режимов с возможностью выбора режима измерения толщины или режима калибрования устройства для измерения толщины, вычислителя результатов измерений, подключенного к выходам задатчика режимов и синхрогенератора, а также наличие блока интегральной оценки расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках, подключенного к выходам фотоприемников и синхрогенератора и к входам вычислителя результатов измерений, и табло отображения результатов измерений, подключенного к выходам вычислителя результатов измерений, позволяет направлять пучки излучения перпендикулярно плоскости перемещения контролируемого изделия, задавать предварительно, в режиме калибрования устройства для измерения толщины, диапазон измерений толщины, измеряя координаты световых пятен, соответствующих эталонам максимального и минимального значения измеряемой толщины, а затем, в режиме измерения толщины, измерять координаты световых пятен, проводя интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на каждом фотоприемнике. В частной форме выполнения предлагаемое устройство дополнительно решает задачу предлагаемой группы изобретений, поскольку позволяет проводить интегральную оценку расположения и размеров световых пятен на фотоприемниках как вычисление суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов, полученных при сканировании фотоприемников, а толщину Т определять из вышеприведенного уравнения калибровочной прямой.When the surface is tilted and displaced due to the influence of such destabilizing factors as vibration, a change in width and an asymmetric change in the shape of the video pulse occur, which leads to errors in determining its energy center and errors in measuring thickness. With perpendicular incidence of light beams - errors are minimal. The influence of vibration of the device housing on the accuracy of measurements is eliminated due to the rigid fixation of the elements of the optical part of the device on a common basis. The influence of slopes and vibrations of the controlled surface on the accuracy of thickness measurement is excluded. The ability of the drive to continuously move the controlled product allows you to measure thickness without stopping the production process. The presence in the processing and control unit of the sync generator connected to the inputs of the photodetectors, a mode dial with the possibility of choosing the thickness measurement mode or the calibration mode of the device for measuring thickness, a calculator of measurement results connected to the outputs of the mode dial and the sync generator, as well as the presence of an integral unit for the location and size estimation light spots on the photodetectors connected to the outputs of the photodetectors and the synchro-generator and to the inputs of the calculator of the measurement results, and the display panel By measuring the results of measurements connected to the outputs of the calculator of measurement results, it is possible to direct the radiation beams perpendicular to the plane of movement of the controlled product, to preset, in the calibration mode of the device for measuring thickness, the thickness measurement range, measuring the coordinates of light spots corresponding to the standards of the maximum and minimum values of the measured thickness, and then, in the thickness measurement mode, measure the coordinates of the light spots, conducting an integral assessment of the location and size Spots of light spots on each photodetector. In a particular embodiment, the proposed device additionally solves the problem of the proposed group of inventions, since it allows an integrated assessment of the location and size of light spots on photodetectors to calculate the sum of element numbers corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses obtained by scanning photodetectors, and determine the thickness T from the above equation gauge line.
К описанию прилагаются следующие девять чертежей, поясняющих предложенные изобретения:The description is accompanied by the following nine drawings explaining the proposed invention:
фиг.1 - положение устройства при измерении толщины;figure 1 - position of the device when measuring thickness;
фиг.2 - положение устройства при калибровке.figure 2 - position of the device during calibration.
фиг.3 - функциональная схема устройства для измерения толщины;figure 3 is a functional diagram of a device for measuring thickness;
фиг.4 - структурная схема блока вычисления суммы номеров элементов фотоприемников;figure 4 is a structural diagram of a unit for calculating the sum of the numbers of elements of the photodetectors;
фиг.5 - структурная схема вычислителя результатов измерений;5 is a structural diagram of a calculator of measurement results;
фиг.6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства для измерения толщины;6 is a timing diagram explaining the operation of the device for measuring thickness;
фиг.7 - алгоритм расчета толщины;7 is a thickness calculation algorithm;
фиг.8 - алгоритм измерения и вычисления суммы номеров элементов;Fig - algorithm for measuring and calculating the sum of the numbers of elements;
фиг.9 - алгоритм калибрования устройства для измерения толщины.Fig.9 is a calibration algorithm of a device for measuring thickness.
Примеры осуществления изобретений приводятся ниже.Examples of the invention are given below.
Вначале приводится пример выполнения предлагаемого устройства для удобства изложения примера предлагаемого способа.First, an example of the proposed device for the convenience of presenting an example of the proposed method.
Устройство измерения толщины (см. фиг.1 и фиг.2) содержит жесткий корпус 1 в виде скобы. Пространство между верхней 2 и нижней 3 лапами скобы является зоной измерений 4 устройства. Корпус 1 установлен на направляющие 5 с возможностью перемещения вдоль направляющих. Наличие направляющих связано с конкретными условиями применения этого конкретного устройства, а именно непрерывными циклами производства труб из металлических листов. Использование направляющих поясняется в изложении примера способа измерения толщины. Привод, обеспечивающий плоское перемещение контролируемых изделий в зоне измерений 4, упрощенно изображен в виде валов 6. В данном случае привод составляет конструктивно самостоятельную часть устройства измерения толщины и одновременно служит частью производственного конвейера. По разные стороны от зоны измерений в корпусе 1 размещены два фотоэлектрических модуля 7 и 8. Также в корпусе помещается блок обработки и управления 9.The thickness measuring device (see FIG. 1 and FIG. 2) comprises a
Фотоэлектрические модули 7, 8 содержат источники 10, 11 узконаправленного излучения - светодиоды 12, 13 с формирующей оптикой 14, 15 (см. фиг.3), расположенные таким образом, что они способны создавать пучки излучения 16 и 17, направленные соосно навстречу друг другу и перпендикулярно к горизонтальной плоскости, которая определяется расположением валов 6. Также фотоэлектрические модули 7, 8 содержат линейные позиционно-чувствительные многоэлементные фотоприемники (далее для краткости «фотоприемники») 18, 19, элементами которых являются ПЗС (приборы с зарядовой связью), объективы 20, 21 и зеркала 22, 23. Объективы 20, 21 и зеркала 22, 23 расположены с возможностью, в случае нахождения металлического листа 24 в зоне измерений 4 в плоскости, определяемой расположением валов 6, обеспечить оптическую связь каждого из фотоприемников 18, 19 с соответствующей ему точкой 25 или 26 падения соответствующего пучка излучения 16 или 17 на лист 24. Компоненты 10-15 и 18-23 фотоэлектрических модулей 7, 8 жестко зафиксированы относительно общего основания - корпуса 1. Также в этой реализации предлагаемого устройства фотоэлектрические модули 7, 8 содержат усилители 27, 28, подключенные своими входами к видеовыходам 29, 30 фотоприемников 18, 19 соответственно. Компоненты 10, 12, 14 составляют передающий канал, а компоненты 18, 20, 22, 27 - приемный канал фотоэлектрического модуля 7. Компоненты 11, 13, 15 составляют передающий канал, а компоненты 19, 21, 23, 28 - приемный канал фотоэлектрического модуля 8.
Блок обработки и управления 9 содержит синхрогенератор 31, блок вычисления суммы номеров элементов фотоприемников (далее для краткости «блок вычисления суммы») 32, вычислитель результатов измерений (далее для краткости «вычислитель») 33, задатчик режимов 34, кнопку записи 35 и цифровое табло отображения результатов измерений (далее для краткости «табло») 36. Отдельные блоки обозначены цифрами увеличенного размера. Цифры на чертежах, выполненные контурной линией, являются частью изображения, а не обозначением позиций.The processing and
Синхрогенератор 31 предназначен для формирования тактовых импульсов напряжения Ф1-Ф4, управляющих работой фотоприемников 18 и 19, а также импульсов (сигналов), управляющих работой блока вычисления суммы 32 и вычислителя 33. Схемные реализации тактовых диаграмм работы фотоприемников на ПЗС известны (например, см. Прес Ф.П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М. Радио и связь. 1991. Стр.189-203).The
Выходы (видеовыходы) 29 и 30 фотоприемников 18 и 19 через усилители 27, 28 соединены с соответствующими входами блока обработки и управления, а именно с видеовходами 37, 38 блока вычисления суммы 32. Также блок вычисления суммы 32 соединен своим тактовым входом 39 с выходом сигнала Ф2 «считывание» 40 синхрогенератора 31, а своим входом сброса 41 соединен с выходом сигнала «сброс» 42 синхрогенератора 31. Своей группой информационных выходов (43-1, 43-2, …43-q) блок вычисления суммы 32 соединен с соответствующей группой информационных входов (44-1, 44-2, …44-n) вычислителя 33, n≥q+1. Другая группа информационных входов (45-1, 45-2, …45-m) вычислителя 33 соединена с задатчиком режимов 34, а также с кнопкой «ввод» 35. Вход 46 вычислителя 33 соединен через точку 47 с выходом сигнала «сброс» 42 синхрогенератора 31. Вход 44-n вычислителя 33 соединен с выходом сигнала «вывод-накопление» 48 синхрогенератора 31. Группа информационных выходов (49-1, 49-2, …49-р) вычислителя 33 соединена с цифровым табло 36. Идентичные друг другу выходы 50 и 51 синхрогенератора 31 соединены с входами 52 и 53 фотоприемников 18 и 19 соответственно.The outputs (video outputs) 29 and 30 of the
Блок вычисления суммы 32 предназначен для вычисления суммы Σ1 номеров элементов N1 и N3, соответствующих начальной 01 и конечной 02 границам видеоимпульсов (фиг.6, Б), полученных при сканировании фотоприемника 18, а также суммы Σ2 номеров элементов N3 и N4, соответствующих границам 03 и 04 видеоимпульса(фиг.6, И) с фотоприемника 19. Блок вычисления суммы 32 включает (см. фиг.4) идентичные однопороговые компараторы 54, 55, счетчик 56 числа элементов фотоприемников, четыре идентичных формирователя 57, 58, 59, 60 (строение формирователей поясняется схемой формирователя 57), идентичные регистры 61, 62, 63, 64, идентичные накапливающие сумматоры 65, 66 и накапливающий сумматор 67. Порядок подключения и заданные направления передачи сигналов поясняются стрелками на фиг.4. Элементы, не входящие в состав блока вычисления суммы 32, представлены на фиг.4 прямоугольниками из штриховых линий.The unit for calculating the
Вычислитель 33 (см. фиг.3 и фиг.5) предназначен для расчета углового коэффициента «k», величины смещения «b» калибровочной прямойThe calculator 33 (see figure 3 and figure 5) is designed to calculate the angular coefficient "k", the offset value "b" of the calibration line
и для проведения текущих измерений по предлагаемому способу. Вычислитель может быть выполнен на основе микроконтроллера, например, 8ХС196КС (см. Embedded microcontrollers. Intel. 1994. Стр.8-79) или других аналогичных. Параллельный интерфейс вычислителя реализован через группы информационных входов (44-1, 44-2, …44-n), (45-1, 45-2, …45-m), а вывод через группу информационных выходов (49-1, 49-2, …49-р). В данной реализации m=4, р=3.and for conducting current measurements on the proposed method. The calculator can be made on the basis of a microcontroller, for example, 8XC196KS (see Embedded microcontrollers. Intel. 1994. Page 8-79) or other similar ones. The parallel interface of the calculator is implemented through groups of information inputs (44-1, 44-2, ... 44-n), (45-1, 45-2, ... 45-m), and output through a group of information outputs (49-1, 49 -2, ... 49-p). In this implementation, m = 4, p = 3.
Задатчик режимов 34 содержит наборное поле 68 из четырех переключателей галетного типа (68-1, 68-2, 68-3, 68-4), каждый из которых имеет 10 положений от 0 до 9 и кодирует установленное число в двоично-десятичный код (см. фиг.5). Три из четырех переключателей предназначены для ввода исходных данных, а один - для установки режима работы устройства для измерения толщины. Например, в положении, представленном на фиг.5, на задатчике режимов 34 установлен режим 3 (ввод первого эталона толщины или контроль?) и значение толщины первого эталона:The
Т(1)=0,97 мм.T (1) = 0.97 mm.
Кнопка «ввод» 35 предназначена для управления режимом считывания информации с задатчика режимов 34 через ячейку памяти вычислителя.The "enter"
Цифровое табло 36 включает 12-разрядный регистр сдвига 69 дешифраторов 70-1, 70-2, 70-3 для преобразования в каждом из трех десятичных разрядов двоично-десятичного кода в десятичное число на элементах индикации (71-1, 71-2, 71-3) и логических элементах управления 72, 73 (в данной реализации р=3).
Работает устройство измерения толщины следующим образом. Импульс «сброс» (фиг.6, А), сформированный в конце цикла «вывод-накопление» синхронизатором 31, обнуляет в блоке вычисления суммы 32 счетчик 56 числа элементов фотоприемников и регистры 61, 62, 63, 64 (фиг.4). По импульсу «сброс» в вычислителе 33 настраивается группа входов (44-1, 44-2, …44-n) на прием параллельного кода суммы Σ номеров элементов, группа входов (45-1, 45-2, …45-m) - на чтение информации с задатчика режимов 34, а группа выходов (49-1, 49-2, …49-р) на вывод результатов измерений к цифровому табло 36. Режим работы устройства для измерения толщины читается с задатчика режимов 34 при нажатой кнопке 35, и считанное в ячейку памяти ОЗУ число определяет режим измерения толщины, калибрования или контроля.The device for measuring thickness is as follows. The reset pulse (Fig. 6, A), formed at the end of the output-accumulation cycle by the
В следующем цикле «вывод-накопление» (фиг.6, Б и фиг.6, И) видеосигналы, считанные с фотоприемников 18, 19 (фиг.3) и содержащие информацию о положении видеоимпульсов от световых меток 25, 26 на поверхностях контролируемого изделия 24 (фиг.3), через согласующие усилители 27, 28 поступают на компараторы 54, 55 в блоке вычисления суммы номеров элементов 32 (фиг.4). В компараторах 54, 55 видеосигналы сравниваются с пороговым напряжением Uпор. По результатам сравнения формируются импульсы (фиг.6, Г и фиг.6, К), соответствующие положению видеоимпульсов. По переднему фронту видеоимпульса 01 (фиг.6, Б) формируется управляющий импульс (фиг.4, Д), который устанавливает формирователь (D-триггер) 57 в единичное состояние при поступлении на его тактовый вход очередного импульса Ф2 (фиг.6, В) и разрешает запись в регистр 61 номера элемента N1 (фиг.6, Е), соответствующего положению границы видеоимпульса 01 (фиг.6, Б).In the next "output-accumulation" cycle (Fig.6, B and Fig.6, I), the video signals read from the photodetectors 18, 19 (Fig.3) and containing information about the position of the video pulses from the light marks 25, 26 on the surfaces of the controlled product 24 (FIG. 3), through matching
Аналогичным образом по заднему фронту видеоимпульса 02 (фиг.6, Б) при сравнении с пороговым напряжением Uпор формируется импульс, который по отрицательному перепаду напряжения с инверсного выхода компаратора 54 управляет записью числа N2 в регистр 62. Запись чисел N3 и N4 производится в регистры 63, 64 аналогично по импульсам записи формирователей 59, 60 (фиг.4, Л и фиг.4, Н). Записанные в регистры 61, 62, 63, 64 номера (N1-N4) элементов линейных приемников, содержащие информацию о положении видеоимпульсов от световых меток, поступают в сумматоры 65 (Σ1=N1+N2) и 66 (Σ2=N3+N4). Интегральная оценка положения видеоимпульсов на линейных приемниках, состоящая в расчетеSimilarly, on the trailing edge of the video pulse 0 2 (Fig. 6, B), when compared with the threshold voltage U then , a pulse is formed that, by the negative voltage drop from the inverse output of the
Σ=Σ1+Σ2=(N1+N2)+(N3+N4),Σ = Σ 1 + Σ 2 = (N 1 + N 2 ) + (N 3 + N 4 ),
производится в сумматоре 67 в конце каждого цикла «вывод-накопление» по положительному перепаду видеосигнала. Вычислитель 33 через входы [44-1]÷[44-(n-1)], см. фиг.5, читает сумму Σ, см. фиг.6, П, и производит расчет толщины (фиг.6, Р) в соответствии с соотношениемproduced in the
приведенным на фиг.7. Результат расчета выдается на цифровое табло 36 (фиг.6, С) через выходы (49-1, 49-2, 49-3), см. фиг.5, последовательным двоично-десятичным кодом.shown in Fig.7. The calculation result is issued on a digital display 36 (Fig.6, C) through the outputs (49-1, 49-2, 49-3), see Fig.5, a serial binary-decimal code.
Способ измерения толщины с помощью вышеописанного устройства реализуется в последовательности действий, изложенной ниже.The method of measuring thickness using the above device is implemented in the sequence of actions described below.
Предварительно, с целью калибрования устройства измерения толщины, его корпус 1 по направляющим 5 сдвигают в горизонтальном направлении, указанном стрелкой 74, при этом зона измерений 4 освобождается от контролируемого изделия 24 (фиг.2). Это связано с тем, что стальной лист 24 находится на производственном конвейере и предлагаемый способ не должен препятствовать производственным процессам. На технологическое приспособление 75 помещают последовательно один Т(1), затем другой Т(2) эталон толщины 76. На задатчике режимов 34 (фиг.3) устанавливают режим калибрования (первый галетный переключатель 68-1 задатчика 34 в положении «1»). С помощью двух узких пучков излучения 16 и 17 (фиг.3), направленных соосно по вертикали навстречу друг другу, создают на противоположных сторонах эталона 76 две световые метки 77, 78, а на двух линейных оптически связанных с эталоном 76 позиционно-чувствительных многоэлементных фотоприемниках 18 и 19 (на фиг.2 не показаны) создают изображения световых меток 77, 78 в виде световых пятен, фотоприемники одновременно сканируют, измеряют координаты световых пятен на фотоприемниках, то есть сопоставляют эталонным значениям толщины.Previously, in order to calibrate the thickness measuring device, its
Кнопкой «ввод» 35 инициируют в вычислителе 33 подпрограмму алгоритма калибрования, приведенную на фиг.7 и фиг.9. Данные о толщине первого Т(1) и второго Т(2) эталонов, набранные на переключателях (68-2, 68-3, 68-4), последовательно через входы (45-2, 45-3, 45-4) вводят в вычислитель 33 нажатием кнопки «ввод» 35. На фиг.5 на наборном поле 68 задатчика 34 установлена толщина первого эталона, в данном случае 0,97 мм, которую вводят в вычислитель 33 в режиме «2» при нажатии кнопки 35. Путем исполнения в вычислителе 33 алгоритма калибрования, представленного схемой фиг.9, рассчитывают угловой коэффициент «k» и смещение «b» калибровочной прямойButton "enter" 35 initiate in the calculator 33 the subroutine of the calibration algorithm shown in Fig.7 and Fig.9. The thickness data of the first T (1) and second T (2) standards, typed on the switches (68-2, 68-3, 68-4), are sequentially input through the inputs (45-2, 45-3, 45-4) to the calculator 33 by pressing the “enter”
Т=kΣ+b.T = kΣ + b.
После проведения калибрования корпус 1 по направляющим 5 устанавливают в положение для измерения толщины, как это показано на фиг.1. На наборном поле 68 задатчика 34 выбирают режим измерения толщины (первый галетный переключатель 68-1 задатчика 34 в положении «0»). Перемещают металлический лист 24 в зоне измерений 4 в горизонтальной плоскости с помощью валов 6 (фиг.1), при этом с помощью двух узких пучков излучения 16 и 17, направленных вертикально соосно навстречу друг другу, создают на противоположных сторонах листа 24 две световые метки 25 и 26, а на двух линейных оптически связанных с листом 24 позиционно-чувствительных многоэлементных фотоприемниках 18 и 19 создают изображения световых меток 25, 26 в виде световых пятен 79, 80 (фиг.3). С помощью блока обработки и управления, состав и порядок работы которого описан выше, одновременно сканируют фотоприемники 18, 19 и выполняют расчет толщины по алгоритму, приведенному на фиг.7, в соответствии с соотношениемAfter calibration, the
где
Σ=(1Σ1+1Σ2+2Σ1+2Σ2+…+CΣ1+CΣ2)/C,Σ = ( 1 Σ 1 + 1 Σ 2 + 2 Σ 1 + 2 Σ 2 + ... + C Σ 1 + C Σ 2 ) / C,
где gΣ1 - сумма номеров элементов gN1, gN2, соответствующих начальной g01 и конечной g02 границам видеоимпульса с одного фотоприемника, gΣ2 - сумма номеров элементов gN3, gN4, соответствующих начальной g03 и конечной g04 границам видеоимпульса с другого фотоприемника для g-го замера:where g Σ 1 is the sum of element numbers g N 1 , g N 2 corresponding to the initial g 0 1 and final g 0 2 the boundaries of the video pulse from one photodetector, g Σ 2 is the sum of element numbers g N 3 , g N 4 corresponding to the initial g 0 3 and final g 0 4 the boundaries of the video pulse from another photodetector for the g-th measurement:
gΣ1=gN1(g01)+gN2(g02), g Σ 1 = g N 1 ( g 0 1 ) + g N 2 ( g 0 2 ),
gΣ2=gN3(g03)+gN4(g04), g Σ 2 = g N 3 ( g 0 3 ) + g N 4 ( g 0 4 ),
g=1, 2, …, C.g = 1, 2, ..., C.
Подпрограмма статистической интегральной оценки приведена на фиг.8.The subroutine of the statistical integrated assessment is shown in Fig. 8.
Под статистической оценкой
Таким образом, в каждый момент времени на табло отображается характерная толщина изделия на участке листа заданной длины.Thus, at each moment of time, the characteristic thickness of the product on the sheet section of a given length is displayed on the board.
Предлагаемые изобретения могут быть использованы, в частности, в трубосварочном производстве для контроля соответствия толщины металлического листа допустимому интервалу.The proposed invention can be used, in particular, in pipe welding to control the compliance of the thickness of the metal sheet with an acceptable interval.
Claims (4)
где
∑=∑1+∑2,
где ∑1 - сумма номеров элементов N1, N2, соответствующих начальной 01 и конечной 02 границам видеоимпульса с одного фотоприемника, ∑2 - сумма номеров элементов N3, N4, соответствующих начальной 03 и конечной 04 границам видеоимпульса с другого фотоприемника:
∑1=N1(01)+N2(02),
∑2=N3(03)+N4(04),
k - угловой коэффициент калибровочной прямой, равный:
где T1 и Т2 - эталонные толщины, соответствующие границам диапазона измерений, a ∑(T1) и ∑(Т2) - суммы номеров элементов, соответствующих начальной и конечной границам видеоимпульсов с фотоприемников для эталонов толщины T1 и Т2;
b - смещение калибровочной прямой, равное:
b=T1-k∑(T1)=T2-k∑(T2).2. The method of measuring the thickness according to claim 1, characterized in that the integrated assessment of the location and size of the light spots on the photodetectors is carried out as a calculation of the sum of the numbers of elements corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses obtained by scanning the photodetectors, and the thickness T is determined from the equation of the calibration line
Where
∑ = ∑ 1 + ∑ 2 ,
where ∑ 1 is the sum of the numbers of elements N 1 , N 2 corresponding to the initial 0 1 and end 0 2 boundaries of the video pulse from one photodetector, ∑ 2 is the sum of the numbers of elements N 3 , N 4 corresponding to the initial 0 3 and final 0 4 boundaries of the video pulse with another photodetector:
∑ 1 = N 1 (0 1 ) + N 2 (0 2 ),
∑ 2 = N 3 (0 3 ) + N 4 (0 4 ),
k is the angular coefficient of the calibration line, equal to:
where T 1 and T 2 are the reference thicknesses corresponding to the boundaries of the measurement range, a ∑ (T 1 ) and ∑ (T 2 ) are the sums of the numbers of elements corresponding to the initial and final boundaries of the video pulses from the photodetectors for the standards of thickness T 1 and T 2 ;
b is the offset of the calibration line equal to:
b = T 1 -k∑ (T 1 ) = T 2 -k∑ (T 2 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126291/28A RU2419068C2 (en) | 2009-07-08 | 2009-07-08 | Method of measuring thickness and device for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009126291/28A RU2419068C2 (en) | 2009-07-08 | 2009-07-08 | Method of measuring thickness and device for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009126291A RU2009126291A (en) | 2011-01-20 |
| RU2419068C2 true RU2419068C2 (en) | 2011-05-20 |
Family
ID=44733862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009126291/28A RU2419068C2 (en) | 2009-07-08 | 2009-07-08 | Method of measuring thickness and device for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2419068C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508524C2 (en) * | 2011-11-30 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК) | Photoelectric method of measuring linear displacements of small-size objects in sensors with multi-element radiation receivers and device realising said method |
| CN105806205A (en) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 武汉华星光电技术有限公司 | Method for measuring membrane thicknesses of light resistors |
| RU2596557C1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-09-10 | Публичное акционерное общество "Северский трубный завод" | Method of stabilising position of metal strip in measurement area |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2698495C2 (en) * | 2017-12-20 | 2019-08-28 | Публичное акционерное общество "Северский трубный завод" (ПАО "СТЗ") | Method of calibrating laser thickness gauge |
| CN113685468B (en) * | 2021-09-07 | 2023-03-28 | 北京建筑大学 | Detection apparatus for remaining thickness of brake lining |
| CN117685919B (en) * | 2024-02-01 | 2024-05-07 | 山东新美达科技材料有限公司 | Color-coated sheet coating thickness detection device |
-
2009
- 2009-07-08 RU RU2009126291/28A patent/RU2419068C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508524C2 (en) * | 2011-11-30 | 2014-02-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет геодезии и картографии" (МИИГАиК) | Photoelectric method of measuring linear displacements of small-size objects in sensors with multi-element radiation receivers and device realising said method |
| RU2596557C1 (en) * | 2015-05-05 | 2016-09-10 | Публичное акционерное общество "Северский трубный завод" | Method of stabilising position of metal strip in measurement area |
| CN105806205A (en) * | 2016-03-16 | 2016-07-27 | 武汉华星光电技术有限公司 | Method for measuring membrane thicknesses of light resistors |
| CN105806205B (en) * | 2016-03-16 | 2018-11-23 | 武汉华星光电技术有限公司 | The method for measuring photoresist film thickness |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009126291A (en) | 2011-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2419068C2 (en) | Method of measuring thickness and device for realising said method | |
| US4902902A (en) | Apparatus for determining the thickness of material | |
| CN107121095B (en) | A kind of method and device of precise measurement super-large curvature radius | |
| TWI420081B (en) | Distance measuring system and distance measuring method | |
| JP6046929B2 (en) | Optical measuring device | |
| CN106767565A (en) | One kind is used for brake block steel back plate plane degree automatic detection device and detection method | |
| CN209027481U (en) | A kind of intelligent checking system based on laser three-D profile measurer | |
| CN106813600B (en) | Non-contact discontinuous plane flatness measuring system | |
| CN102778460A (en) | Method for detecting internal flaw of substrate | |
| CN112525081A (en) | Measuring method based on laser displacement | |
| JP2008292296A (en) | Method for measuring film thickness of transparency film and its apparatus | |
| KR20160102244A (en) | Non-imaging coherent line scanner systems and methods for optical inspection | |
| CN111735401A (en) | High-precision thickness measurement method and device for large-size object | |
| KR20080111653A (en) | 3d measuring apparatus for camera using measurment probe of origin correction | |
| KR20180053119A (en) | 3-dimensional shape measurment apparatus and method thereof | |
| CN204101001U (en) | A kind of belt steel thickness measuring equipment | |
| US10502559B2 (en) | Method and apparatus for measuring errors of movable platform in multiple degrees of freedom | |
| KR100195136B1 (en) | Device for measuring height of object | |
| CN108972156A (en) | A kind of Straightness Error for Machine Tool Slide Guide measurement method | |
| CN109186503A (en) | Straightness error measuring system based on four sides taper right angle isosceles reflecting prism | |
| CN115183683A (en) | Keyboard shell automatic detection equipment and use method thereof | |
| JP7319083B2 (en) | optical displacement meter | |
| KR101255194B1 (en) | Distance measuring method and device | |
| JP2005326324A (en) | Apparatus surface roughness measuring device and method | |
| CN207301331U (en) | A kind of trigonometry laser range sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110709 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140627 |
|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20141030 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150709 |