SE425126B - Forfarande for indikering av ett foremals nervaro i en metzon och anordning for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

8105051-0 2 I samma dokument beskrivs vidare en anordning där två sän- dar-mottagarpar alstrar tvâ varandra korsande strålningsbanor och mätobjektet förflyttas i sitt tvärsnittsplan så att det bryter först den ena och sedan den andra strålningsbanan utanför deras gemensamma korsningspunkt. Den uppmätta diametern beräknas med hjälp av den på frammatningshastigheten beroende avbrottstiden hos båda strålningsbanorna. I svenska patentskriften 388.272 beskrivs en mätanordning för föremål med trapetsformigt tvärsnitt, såsom brädor, där ävenledes ett sändar-mottagarpar används som alstrar varandra korsande strålningsbanor, varvid ett element i nämnda par eventuellt kan vara dubblerat, exempelvis en mottagare knuten till tvâ sändare.

Alla tidigare kända metoder och konstruktioner uppvisar emellertid en eller flera av följande nackdelar: - upplösningsförmågan är inskränkt genom mottagarnas fak- tiska inbördes avstånd, varvid vidare ett större antal mottagare (som behövs vid deras mindre inbördes avstånd) gör konstruktionen dyr, enär mottagarna är mycket dyrare än sändarna; - rörliga delar såsom roterande speglar och liknande be- gagnas som alltid ger problem på grund av stort temperaturberoen- de, slitage, känslighet för vibrationer och mestadels även nedsatt livslängd; 7 - komponenter med mycket stora krav på precision (såsom speglar och linser för fokusering och/eller parallcllriktning cl- ler avlänkning av ljuset) krävs vilka är relativt dyra utan att härvid kunna vara helt perfekta; - komponenter med mycket begränsad livslängd jämfört med systemets övriga delar måste användas, exempelvis laser; - mätobjektet måste förflyttas tvärs mot sin längdriktning, vilket medför problem eftersom det är svårt att få t.ex. en stock att ligga still på transportören vid en sådan förflyttning, och dessutom måste för uppmätning av föremålets diametrar utmed hela längden ett flertal mätanordningar anbringas utmed föremålets längd i flera mätplan.

Föreliggande uppfinning har till uppgift att åstadkomma ett förfarande och en anordning av ifrågavarande slag som ger bättre upplösningsförmåga än vad mottagarnas inbördes avstånd är, kräver ett mindre antal dyra mottagare än billiga sändare, uppvisar inga rörliga och/eller precisionstillverkade optiska eller andra delar, och medger diameteruppmätning enligt mätföre~ 3 8105051-o målets hela längd genom att detta på i och för sig känt sätt för- flyttas i sin längdriktning förbi on enda mätanordning.

Uppfinningen kännetecknas av de särdrag som framgår av närslutna patentkrav 1 och 4, varvid i de övriga kraven anförs fördelaktiga detaljutföringssätt.

Uppfinningen kommer nu att förklaras mera i detalj med hjälp av utföringsexempel enligt närslutna schematiska ritningar, i vilka fig. 1 är en frontvy av en första utföringsform av anord- ningen enligt uppfinningen, fig. 2 visar mera i detalj strålgång- en i en del av anordningen enligt fig. 1, fig. 3 visar schema- tiskt två utföringsformer av mottagaren, och fig. 4 visar strål- gången hos dessa två mottagarformer, fig. 5 och 6 visar två sätt att anordna motstående sändar- och mottagarrader, och fig. 7 och 8 visar två sätt hur dessa rader kan avslutas, medan fig. 9 visar fyra utföringssätt för mätramar enligt föreliggande uppfinning.

Enligt fig. 1 uppbärs på en bärare 25, exempelvis en trans- portör, ett mätföremål 10 som i det visade exemplet är en timmer- stock. På vardera sida om bäraren 25 är såväl ett flertal strål- ningssändare 11a, 11b, ..., som ett flertal strålningsmottagare 12a, 12b,,,,, anordnade. Mottagarna är anordnade på förbestämda inbör- des avstånd E och mellan varje tvâ intilliggande mottagare är på mindre inbördes avstånd Q ett flertal sändare anordnade. Det finns således ett större antal sändare än mottagare. Avståndet mellan en mottagare och intilliggande sändare är 0,5d.

I det visade exemplet är sändarna och mottagarna anordnade i raka rader §, §, en av raderna på varje sida om bäraren 25. Ra- derna Q, Q ligger på ett inbördes avstånd 3 och mellan dem befin- ner sig mätzonen §. Raderna Q, Q utsträcker sig i själva verket ända till ställena Q, Q, vilket för överskådlighet inte visas i ritningen.

Genom mitten av mätföremålet 10 löper en referenslinje 3 som i det visade exemplet ligger på lika avstånd O,5a från båda raderna ê, §. Referenslinjen kan emellertid också ligga närmare den ena raden än den andra, bara den inte ligger alldeles intill en av raderna. I praktiken har det visat sig att referenslinjen 3 bäst placeras i ett område EL som har en utsträck- ning 0,67a, samt är lika avlägset (0,17a) från båda raderna g, §.

Förbinder man med raka strålningsbanor, "strålar“, alla sän- darna på en sida om mätföremålet med alla mottagarna på den mot- 8105051-0 satta sidan, och omvänt, så erhålles ett nätverk av strålar med ett relativt stort antal skärningspunkter såsom à mellan två (el- ler eventuellt flera) strålar. Lägen för dessa skärningspunkter är oföränderliga, enär de är givna av mätanordningens geometri och de kan således en gång för alla inges i en tillordnad elektro- nikanordning 20. Varje skärningspunkt är entydigt definierad av strå- lar som där korsar varandra.Skärningspunkten §¿ t.ex. är definie- rad genom strålarna 121 och 131. Varje strålningsbann resp. strå- le är i sin tur definierad genom sina båda ändpunkter, dvs en viss sändare och en viss mottagare. Nämnda två strålar 121, 131 är så- ledes definierade av sändar-mottagarparen 11q-12a och 11f-12v.

Varje sändare är anordnad att vid aktivering utsända ett divergent strålningsknippe såsom knippet 110 som omfattar alla från respektive sändare utgående strålar såsom 111-113. Sändarna är vidare anordnade att via var sin ledning såsom 13a aktiveras och deaktiveras (dvs tändas och åter släckas), en och en i sekvens med hjälp av en för detta ändamål i och för sig känd anordning 21 som med fördel utgör en del av elektronikanordningen 20.

Mottagarna är via ledningar såsom 14a ävenledes anslutna till elektronikenheten 20 för avsökning resp. utfrågning i den takt som sändarna aktiveras. Härvid utfrågas mottagarna företrä- desvis inte en efter en, utan grupp efter grupp, varje grupp omfattande flera - exempelvis 3 - mottagare (dvs att för varje sändare utfrågas tre mottagare på motsatt sida).

När det således i elektronikenheten 20 exempelvis regist- reras att när sändaren 11f är tänd, mottagaren 12v är aktiverad, och när sändaren 11p är tänd, mottagaren 12a är aktiverad (vilket med avseende på den i allmänhet mycket höga sekvensfrekvens sker praktiskt taget samtidigt), dras den slutsatsen, att skärnings- punkten §¿ ligger fritt.

När ett mätföremål såsom stocken 10 är infört i mätanord- ningen, så intar det platsen där flera skärningspunkter såsom §¿ ligger, men dit på grund av avskärmning ingen, eller på sin höjd inte alla normalt där mötande strålar kan nå fram. Utsändande av varje stråle indikeras av anordningen 21 alltid, och när en viss mottagare inte samtidigt indikerar aktivering, dras den slutsat- sen att ifrågavarande stråle respektive strålpar (när två motta- gare inte reagerar) inte obehindrat kunde åstadkommas. I fallet med skärningspunkten g¿ är situationen således den, att när anord- ningen 21 anger att sändaren 11d har tänts, så kommer ingen signal från mottagaren 12x, och när sändaren 11h har tänts, kommer ingen 5 ' 8105051-0 signal från mottagaren 12v, och följaktligen dras den slutsatsen, att skärningspunktens §¿ läge intas av mätobjektet.

Ur betraktande av fig. 1 framgår, att det som faktiskt upp- mätts är avsnittet gl, avskärmningssträckan, på referenslinjen 3 mellan punkterna §¿ och ¶¿ vilka representerar två på referenslin- jen B närmast varandra belägna icke avskärmade skärningspunkter.

I fig. 1 har med streckade linjer vidare inritats ett platt- formigt föremål 10' och ett föremål 10" med linsformigt tvärsnitt.

Det är uppenbart att hos dessa två föremål avskärmningssträckan R' exakt motsvarar deras utsträckning utmed referenslinjen 3. Samti- digt framgår det ur fig. 1, att hos ett föremål med åtminstone när- melsevis cirkulärt tvärsnitt, som fallet är med stocken 10, av- skärmningssträckan ål svarar med för alla praktiska ändamål till- räcklig noggrannhet mot detta föremåls med referenslinjen g samman- fallande diameter. Föremålens 10, 10', 10" tvärsnittsform är in- skrivbar i en cirkel med diametern gl mellan punkterna E¿ och 2¿. resp. den är störst utmed referenslinjen §.

Om däremot ett mätföremâl 10” har annat tvärsnitt, exempel- vis ett kvadratiskt sådant, som det med streckade linjer visas i fig. 2,kanavskärmningssträckan gl mellan punkterna ¶¿' och 2¿' bli t.o.m. avsevärt längre än föremålets utsträckning utmed refe- renslinjen 3. Hos sådana föremål erhålles således ingen pålitlig dimensionsindikation, men givetvis en närvaroindikation. Härvid kan elektronikenheten 20 programmeras för att endast iaktta avskärm- ningssträckor gl uppåt från ett visst minimivärde, dvs indikera en- dast föremål från och med en viss storhetsgrad, och helt uraktlåta mindre föremål såsom exempelvis ett splitter 10a e.d.

I fig. 2 visas mera i detalj den del av anordningen enligt fig. 1 som ligger mellan mottagarna 12a, 12c och 12v, 12x. Antalet sändare 11a, 11b ... mellan varje två mottagare är större än vad för överskâdlighet visades i fig. 1. I praktiken kan mellan två mottaga- re med ett inbördes avstånd t.ex. g;40 mm ligga t.ex. 16 st sändare, dvs att värdet Q är omkring 2,5 mm. Sändarna mellan två mottagare plus en av mottagarna hopföres med fördel till en enda modul, såsom modul g, och på varje sida om mätföremålet anordnas vid användning i sågverksindustrin t.ex. 17 eller 18 sådana moduler med 16 motta- gare plus 1 sändare vardera.

Ett triangelformigt område med hörn i 12b, 11v och 11r utvär- deras respektive ”övervakas" av de i fig. 2 visade sändar-ochnwtta- garorgañen.

Som utsänd och mottagen strålning används med fördel infra- rött ljus, varigenom bl.a. störningar genom omgivningsbelysningen undvikes. Sändarna är då infraröda lysdioder och mottagarna är för infrarött ljus känsliga fotodioder. 8105051-0 p 6 Enligt ett fördelaktigt utföringssätt av uppfinningen an- vänds i stället för enkla mottagare multipelmottagare, exempelvis dubbel- eller trippelmottagare, varigenom anordningens upplös- ningsförmâga ökas. Ytterligare ökning av upplösningsförmâgan upp- nås när som mottagare används endimensionella lägeskänsliga de- tektorer ("one-dimensional position sensitive detectors“) vilka ger kontinuerlig information om en ljuspunkts vandring på detek- torytan. Sådana detektorer, saluförda t.ex. av bolaget Hamatsu Corporation under beteckningen S 1352, innefattar två signalelekt- roder, en vid varje ände av detektorytan, och den av ljuspunkten alstrade elströmmen uppdelas i relation till ljuspunktens avstånd till vardera_signalelektrod.

I fig. 3a visas schematiskt en enkel mottagare 12 med ett enda mottagarelement 120, och i fig. 3b en dubbelmottagare 12' med tvâ mottagarelement 120', 120" som är anordnade på ett inbördes avstånd 0,5d (dvs samma avstånd som mellan en mottagare och den näst intill belägna sändaren, se i fig. 1 hos mottagaren 12x).

I fig. 4a visas hur vid en enkel mottagare 12 uppnås en upplösningsförmåga av 0,5d på mätaxellinjen g, medan ur fig. 4b framgår att med en dubbelmottagare 12' uppnås pâ samma ställe en dubbelt så stor upplösningsförmâga, nämligen 0,25d. Vid det ovan anförda praktiska värdet d = 2,5 mm och vid linjeformiga strålar uppnås'sâledes med en enkel mottagare en upplösningsförmåga bättre än 1,4 mm och med en dubbelmottagare bättre än 0,7 mm.

I fig. 5 och 6 visas två alternativa sätt att placera mot- stående sändar- och mottagarmoduler. Sättet enligt fig. 6 ger bätt- re täckning av givet mätområde med samma antal mottagare. k I fig. 7 och 8 visas två alternativa sätt för avslutning av sändar- och mottagarraderna Q, §, dvs hur hos dessa sändar- och mottagarrader ändzonerna, dvs slutmodulerna, kan utformas. I de en- skilda avsnitten i fig. 7 och 8, varje representerande en modul g, är deras längd E samt antal E sändare angivna. I utföringssättet enligt fig. 7 är ändmodulen gl en halv-modul, och i fig. 8.är änd- modulen gi en "tom modul", dvs endast ett mottagarpar på vanligt avstånd E.

Sändar- och mottagarraderna è, E utgörs i praktiken av ra- ka långsträckta bärare, mätramper, i vilka modnlerna med sändarna och mottagarna samt deras matarledningar är anordnade, och vilka är hopförda till mätramar. Med beaktande av de tidigare anförda 8105051-0 värdena, som anses lämpliga vid användning i sågverksindustrin, är således en ramp, i normalfallet innefattande 17 moduler eller 18 moduler med 16 sändare plus en mottagare vardera, ungefär 65- 70 cm lång. I I fig. 9 visas fyra olika utföringssätt av sådana mätra- mar. I fig. 9a visas den enklaste utföringsformen med tvâ ramper êß §'som är avsedda för mätning i en mätriktning och som svarar mot fig. 1. Det är uppenbart att ramperna gl och gl också kan va- ra anordnade i annat än vertikalt läge, exempelvis horisontellt eller lutande. I fig. 9b visas en första utföringsform för mät- ning i tvâ riktningar. Ramperna gl och gl har kompletterats med ytterligare två ramper gg: och §§l till en mätram med fyra funk- tionella sidor. Utföringsformen enligt fig. 90 är ävenledes av- sedd för mätning i två mätriktningar och skiljer sig från formen enligt fig. 9b endast därigenom att mätramen innefattande ramper- na èï, ëï, êëï, gåï är vriden med 450. Utföringsformen enligt fig. 9d är avsedd för mätning i tre mätriktningar och kan uppfat- tas som en hopslagning av utföringsformerna enligt fig. 9a och 9c.

Skälet för konstruktion av mätanordningar med flera mätriktningar är, att med en mätriktning endast mätföremålets utsträckning ut- med referenslinjen 3 (som är parallell med motsvarande ramper) kan fastställas, medan tvärsnittets utsträckning t.ex. vinkel- rätt mot referenslinjen och/eller tvärsnittskonturen ej kan fastställas. Anordningarna med flera mätriktningar lämpar sig exempelvis till att fastställa en stocks ovalitet och/eller kro- kighet etc.

Vid föremål med varierande tvärsnitt - såsom stockar vilka som bekant avsmalnar från rotändan till toppändan - upprepas mät- ningen i flera tvärsnittsplan genom att mätföremàlet på känt sätt frammatas i sin längdriktning genom mätanordningen t.ex. med en hastighet av 1 m/sek. Enligt en föredragen utföringsform av upp- finningen kan härvid tillämpas en metod med selektiv svepamplitud på följande sättz- Stocken frammatas på konventionellt sätt °°h den första mät' ningen lämnar förutom ett diametervärde även tvâ absolutlägen längs raderna Q och Q svarande mot diameterns tvâ ändpunkter. Vid nästa mätning och vid de därpå följande mätningarna avsöks endast två mind- re intervall, vardera innehållande ett av"de två senast erhållna abso- lutlägena. I stället för att alltid "svepa" utmed hela raderna g och E '..-... 8105051-0 s_ "sveps" endast utmed två mindrê intervall, varvid resterande områden, där inget mätresultat kan väntas, utelämnas. Fördelen med detta förfarande är att s.k. diagonalfel, förorsakat av ob- jektets frammatningsrörelse under mätningen, minskas. Medan man i sâgverkspraktiken normalt kan uppnå omkring 40 kompletta svep per sekund, kan med metoden med selektiv svepamplitud ända upp till omkring 100 svep per sekund uppnås.

Sättet och anordningen enligt uppfinningen medför flera fördelar. Inga rörliga delar behövs och det är känt att rörliga delar är ömtâliga vad driftstörningar på grund av smutspartiklar etc anbelangar och att de oftast har en kortare livslängd än stationära delar. Ett i förhållande till sändare avsevärt mindre antal mottagare krävs, varvid anordningens upplösningsförmåga be- ror på sändarnas, icke mottagarnas, inbördes avstånd Q, och är alltid bättre än detta avstånd (0,5d, 0,25d). En sändare i form av infraröd lysdiod är i regel.ca. tio gånger billigare än mot- svarande mottagare i form av en infraröd fotodiod. Såväl sändarna (lysdioder) som mottagarna (fotodioder) kan utgöras av i handeln tillgängliga komponenter, exempelvis sändarna av lysdioder TIL 48 från bolaget Texas Instruments och dubbelmottagare av dubbelfoto- dioder FIL-S2D från bolaget United Detector Technology Inc.

Anordningen enligt uppfinningen kan alltefter konkreta krav på upplösningsförmågan, mätomrâdet etc lätt varieras genom att ram- perna bestyckas på olika sätt.

Vid användning av metoden med selektiv svepamplitud begagnas med fördel som "intelligent elektronik" en eller flera mikrodatorer typ "3088" från b0la9êfi "Int8l", eller liknande apparater.

Med hjälp av information om mätföremålets frammatning, dvs förflyttning förbi resp. genom mätramen (sådan.information kan lätt erhållas på känt sätt, t.ex. medelst en till transportören knuten pulsgivare), kan i en sådan elektronik även mätföremålets längd och totalvolym fastställas.

Claims (10)

810505ï-Û P a t e n t k r a v

1. Förfarande för indikering av ett föremåls närvaro i en mätzon och i förekommande fall även utsträckning utmed en i mätzonen belägen referenslinje, med hjälp av ett flertal strälningssändare och ett flertal strålningsmottagare anordnade så att strålningsbanor- na mellan sändarna och mottagarna kan korsa varandra i mätzonen, var- vid indikeringsresultatet fastställs i en elektronikanordning på grund- val av enstaka strålningsbanonravskärmning genom föremålet, k ä n n e - t e c k n a t a v att sändarna och mottagarna, som bägge på åtminsto- ne två motsatta sidor flankerar mätzonen, med mottagarna i mindre antal än sändarna, successivt aktiveras och deaktiveras genom att sändarna tänds och släcks en efter en och varje tänd sändare utsänder sin strål- ning utmed divergerande banor mot flera mottagare på motsatt sida, och mottagarna aktiveras och deaktiveras,dvs utfrâgas i takt med sändarnas aktivering och deaktivering i grupp efter grupp, varje grupp innefat- tande en eller flera mottagare, varvid varje aktiverad mottagare mottar utmed konvergerande banor strålning från flera sändare på motsatt sida, varigenom i mätzonen åstadkommas ett nät av strålningsbanor som korsar varandra i korsningspunkter med oföränderliga, i elektronikenheten in- programmerade lägen, att i elektronikenheten på grundval av nämnda akti- veringsr och deaktiveringsprocedur faställs vilka strålningsbanor som är avbrutna och vilka som är opåverkade av föremålet, varvid avbrott av alla genom en given kørsningspunkt passerande stràlningsbanor tydes som denna punkts avskärmning genom föremålet, att föremålets utsträck- ning utmed referenslinjen fastställs med på tvärsnittsformen beroende noggrannhet i elektronikenheten på grundval av inbördes avståndet mel- lan två icke avskärmade korsningspunkter som på referenslinjen från var sin sida avgränsar en sträcka med avskärmade korsningspunkter;och mät- ningen upprepas i förekommande fall i ett flertal tvärsnitt genom att föremälet på i och för sig känt sätt förflyttas vinkelrätt mot tvärsnit- tens plan förbi de stationärt anordnade sändarna och mottagarna.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c.k - n a t a v att mätningen på i och för sig känt sätt utförs ut- med flera referenslinjer som innesluter en vald vinkel med varand- ra, exempelvis 90°.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2 vid diametermät- 8105051-0 1” ning, k ä n n e t e c k n a t a v att medhledning av en mätning faställs i elektronikenheten utsträckningen av följande mätning på samma mätföremål (svepamplituden) till ett värde mindre än den maxi- malt möjliga svepamplituden.

4. Anordning för indikering av ett föremåls (10) närvaro i en mätzon (E) och föremålets utsträckning utmed en referenslinje (R) genom förfarandet enligt något eller några av föregående pa- tentkrav, innefattande dels ett flertal strålningssändare (11) an- ordnade på en sida om föremålet och ett flertal strålningsmottaga- re (12) anordnade på motsatt sida om föremålet, varvid sändarna och mottagarna är så placerade att strålningsbanor (111) dem emellan kan korsa varandra, dels en elektronikanordning (20) som är anord- nad att framtaga mätresultatet på grundval av enstaka strålnings- banors avskärmning genom mätföremålet, k ä n n e t e c k n a d a v att på åtminstone två motsatta sidor om en bärare (25) för föremålet är på oföränderliga avstånd (0,5a) från föremålet, dels ett antal (b) mottagare anordnade på förbestämda inbördes avstånd (c), dels mellan åtminstone ett par intill varandra belägna motta- gare är åtminstone två sändare placerade på mindre inbördes av- stånd (d), varvid sändarna är anordnade att en efter en kunna ak- tiveras och härvid var och en utmed divergerande strålningsbanor sända strålning till flera nnttagare på motsatt sida, och därefter åter deaktiveras, mottagarna är anordnade att successivt kunna ut- frågas i takt med sändarnas aktivering och härvid utmed konvergeran- de strålningsbanor motta strålning från flera sändare på motsatt sida, och att elektronikanordningen är förprogrammerbar med lägena för alla korsningspunkter (P1, P2) mellan strâlningsbanorna i mätzonen (E) samt att med ledning från avbrutna strålningsbanor fastställa vilka korsningspunkter som är avskärmade av mätföremâ- let och på grundval av denna information fastställa föremålets ut- sträckning utmed referenslinjen.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d a v att sändarna och mottagarna på varje sida är anordnade i en rad (A, B) som ligger i föremålets uppmätta tvärsnittsplan samt är parallell med referenslinjen vilken i sin tur passerar genom mitten av mätföremålsbäraren, och att bägge nämnda rader ligger pâ lika avstånd (å) från referenslinjen.

6. Anordning enligt patentkrav 4 eller 5, k ä n n e - t e c k n a d a v att för ökning av upplösningsförmågan åtmins- tone några mottagare är utförda som multipelmottagare (12').

7. Anordning enligt något av patentkraven 4-6, k ä n n e - 81050514) 11 t e c k n a d a v att sändarna och mottagarna på en sida är lägesförskjutna relativt sändarna och mottagarna på den motsatta sidan, exempelvis med halva inbördes avståndet (c/2) mellan mottagarna.

8. Anordning enligt något eller nâgra av patentkraven 4 - 7, k ä n n e t e c k n a d a v att antalet sändare och/eller mot- tagare pâ en sida är större än på den andra sidan.

9. Anordning enligt något eller några av patentkraven 4 - 8, k ä n n e t e c k n a d a v att för att undvika mätresultatför- sämring i randzoneq antalet sändare mellan ett yttersta mottagar- par på åtminstone en sida om föremålet är mindre än normalt mellan ett mottagarpar och har ett av värdena 0 (noll) eller 0,5 N, där N anger det normala antalet sändare mellan ett mottagarpar.

10. Anordning enligt något eller nâgra av patentkraven 4 - 9, k ä n n e t e c k n a d a v att sändarna mellan två mottagare plus en mottagare är hopförda till en modul (M) som bildar en med andra moduler hopbyggbar enhet.