Устройство для измерения ширины полосы проката

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия за счет применения датчиков положения боковой кромки без дискретного сканирования. Устройство состоит из блока 1 градуировки и датчиков 2 и 3 положения, предназначенных для оптической связи с противоположными кромками полосы проката, и корректирующего вычислительного блока 18, электрически связанного с блоком 1 и датчиком 2 и 3. Положение кромок полосы проката непрерывно измеряется датчиками 2 и 3, сигнал с выхода которых периодически корректируется в блоке 18 по сигналам от блока градуировки. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

C0LIHAËÈÑÒÈ×ЕСИИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1 (51)5 С 01 В 21/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

IlPH ГКНТ СССР

1, (21) 4607088/24-28 (22) 03. 10. 88 (46) 30.09.90. Бюл. Р 36 (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика" (72) В.В.Бурдун, Д.Муканов, Б.Р.Нусупбеков и Х.Ж.111айсултанов (53) 531.7(088.8) (56) Авторскбе свидетельство СССР

Ф 1472761, кл. Г 01 В 21/06, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ 11П1РИНй ПОЛОС11 ПРОКАТА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель

Изобретения — повышение точности и

2 быстродействия эа счет применения датчиков положения боковой кромки без дискретного сканирования. Устройство состоит иэ блока 1 градуировки и датчиков 2 и 3 положения, предназначенных для оптической связи с противоположными кромками полосы проката, и корректирующего вычислительного блока 18, электрически связанного с блоком 1 и датчиками 2 и 3. Положение кромок полосы проката непрерывно измеряется датчиками 2 и 3, сигнал с выхода которых периодически корректируется в блоке 18 по сигналам от блока градуировки. 2 э,п. ф-лы, 5 ил.

1596212

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения ширины листовых материалов.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия за счет применения датчиков положения боковой кромки беэ дискретного сканирования.

На Аиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 блок-схема блока обработки датчика положения кромки; на фиг. 3 — то же, блока обработки блока градуировки; на фиг. 4 — расположение фотоприемни- 1g ков относительно, измеряемой полосы проката; на Аиг. 5 — временные диаграммы работы блоков устройства.

Устройство состоит из блока 1 градуировки и двух одинаковых датчиков 2 20 и 3 положения, предназначенных для оптической связи с противоположными кромками полосы проката, блок 1 гра" дуировки состоит из оптически связанныx источника 4 оптического излу- 25 чения, расщепителя 5 и развертывающего блока 6 с датчиком 7 угловой скорости, оптически связанных приемной оптической системой 8, предназначенной для оптической 30

-связи с блоком 6 через полосу проката, и фотоприемного блока 9, состоящего из двух фотоэлементов, схемы 10 обработки, первый и второй вхо-. ды которого подключены к выходам Аотоприемного блока, а третий вход подключен к выходу датчика 7 и схемы 11 синхронизации, вход которой подключен к синхронизирующему выходу блока 6, а первый выход подключен к четверто- 4р му входу, схемы 10 ° Каждый из датчиков 2 и 3 состоит из оптически связанных источника 12 оптического излучения и передающей Оптической системы

13, оптически связанных приемной оптической системы 14, предназначенной для оптической связи с системой 13 через полосу проката, и фотоприемника 15, и блока 16 обработки, первый

ВхОд KGTopoI o пОдключен к ВыхОду AoTQ 5p приемника 15, а второй вход объеДинен с управляющим входом источника 12 и представляет собой модулирующий вход датчиков 2и 3. Устройство также состоит из модулятора 17, выход которого 5 подключен к модулирующим входам датчи-. ков 2 и 3, управляющему входу источника 4 и пятому входу схемы 10, вычислительного корректирующего блока 18, I первый и второй Входы которого подключены к выходам блоков 16, датчиков

2 и 3 соответственно, третий вход подключен к второму выходу схемы 11 синхронизации, а четвертый выход подключен к выходу схемы 10, и блока 19 индикации и управления, вход которого подключен к выходу блока 18, а первый, второй и третий выходы подключены к третьим входам блока 16, датчиков 2 и 3 и пятому входу блока 18.

Блок 16 обработки состоит из последовательно соединенных схемы 20 сглаживания, вход которой является входом блока 16, схемы 2 1 нормирования, синхронного детектора 22, опорный вход которого является вторым входом блока 16, и аналого-цифрового преобразователя 23, вход запуска которого является третьим входом блока

16, а выход является выходом блока 16.

Схема 10 обработки состоит из двух идентичных цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных согласующего каскада 24, узкополосного усилителя 25, синхронного детектора 26 и (усилителя) Аормирователя 27 видоимпульсов, входы цепей являются первым и вторым входами схемы 10, опорные входы детекторов 26 объединены и являются пятым входом схемы 10, Аормирователей 28 и 29 импульсов, входы которых подключены к выходу первой цепи, Аормирователей

30 и 31 импульсов, входы которых подключены к выходу второй цепи, опорные входы формирователей 28 — 31 импульсов объединены и являются чет" вертым входом схемы 10, интеграторов

32 и 33, первые: входы которых объединены и являются третьим Входом схемы 10, вторые входы подключены к выходам формирователей 28 и 30 соответственно, а третьи входы подключены к выходам формирователей 29 и 31 со- . ответственно и аналого-цифрового преобразователя 34, входы которого подключены к выходам интеграторов 32 и

33 соответственно, а выход является выходом схемы 10.

Устройство работает следующим образом.

Оптические системы 13 датчиков 2 и 3 формируют оптическое модулированное излучение источников 12 таким образом, что сечения световых пучков в плоскости полосы проката представ1596212

5 ляют собой узкие прямоугольники, размещаемые перпендикулярно боковым кромкам (фиг. 4а). Часть светового потока пучка, не перекрываемая полосой, 5 попадает на соответствующий фотоприемник 15, преобразуется блоком 16 в цифровой код, величина которого отображает положение боковой кромки проката относительно светового пучка соответствующего датчика 2 или 3.

Настройка датчиков 2 и 3 производится таким образом, чтобы в отсутствие полосы проката код на выходах датчиков 2 и 3 был равен нулевому значению, 15 а при полном перекрытии полосой световых пучков на выходах датчиков 2 и 3 было одинаковое положительное значение кодового сигнала.

Если выбрать определенную систему координат Х, У и 7, то координаты боковых кромок проката будут определяться выражениями

« о " Вик(Х у + 1 бык где Х,, Х вЂ” координаты боковых кромок проката в выбранной системе отсчета;

Х,Х вЂ” константы, зависящие от

Ое Я выбора начала отсчета и 3р базового расстояния между датчиками 2 и 3;

Ы,N „„ — значения выходного кода

Вик( блоков 16 обработки сигналов датчиков 2 и 3 со- 35 ответственно;

k — постоянный коэффициент, определяемый конфигурацией сечения светового пучка в плоскости проката, 40 а также процедурой настройки датчиков 2 и 3;

1,,1 — коэффициенты для датчиков

2 и 3, определяемые интенсивностью источника 12 45 оптического излучения, равномерностью светового потока по сечению пучка, чувствительностью фотоприемника 15, а также 50 стабильностью чувствительности канала блока 16.

Получая синхронные значения И ь,,, и И „„ (синхронность обеспечивается импульсами с выходов блоков 19 инди- 55 кации и управления), находим нирину полосы проката по уравнениям (1) б где L — ширина полосы проката.

В (2) значения констант Х, Х

Э og

kt легко определяются экспериментально, например, путем градуировки устройства, однако проведение измерений ширины полосы проката по формуле 2 при использовании только датчиков 2 и 3 невозможно из-за дрейфа интенсивности источника 12, дрейфа чувствительности фотоприемника 15 и канала преобразования блока 16, а также из-за изменений прозрачности оптического тракта, из-за загрязнения поверхностей оптических деталей в процессе эксплуатации. Пусть эти дрейфовые нестабильности приводят к изменению начальных коэффициентов 1 =1-=1 ч о на величины 31 и al z соответственно, 1 т.е.

1, =1 +al

1 =1 о++a1 ° Г3)

Ясно, что дрейфовые честабильности

d1, и a l приведут к изменению значеа велич п у 85 фьЯ <

И.ЙИ вь<х ь ° бых т aNya>x <, и бабьи = N saw<+aN аь кю (4) ъ )) где М „„,,N,„ — значения кодового сигнала на выходе блоков 16 датчиков

2 и 3 соответст» . венно.

С учетом (3) и (4) выражение (2) принимает вид

1о .1 Ьь вы ) о 1а

Обозначим значение ширины полосы проката, полученное по формуле (2), через Ьд„„, тогда (6)

Как видно иэ (5) истинное значение ширины полосы проката будет отличаться от Ь д„ на величину систематической погрешности, меняющейся с постоянной времени порядка секунд и и =Ь-Ьдпк=1с(д,И ц, +81< Nвь,,д„z) (7)

Исключение систематической погреш- . ности производится в вычислительном корректирующем блоке 18 путем введения корректирующих поправочных коэффициентом Р, и Р к значениям И,„, л и N g„„ êîäîâûõ сигналов, полученных на выходах блоков 16 обработки сигна159 лов датчиков 2 и 3 н соответствии с формулой, получаемой на основе анализа выражения (5)

Д1

L=(Х,+ ()+k f(t+ )t(5,„,+(1"

+ - ) g

61q (8)

1 86()(1 о

Значения поправочных коэффициентов Р, и Р определяются после нахождения значений )1 в,,„, и К в„„ блоком 1 градуировки по формулам, полученным из (4), (5) (8), 4 )

N ми Л Ив (кt Ф

P =- — — = 1+ — -- Р=; — — — =1+ — —.

1 2;J вью "0 в6 (х .О (9)

Выражение (8) с учетом обозначений (9) принимает вид

Нахо)кдение значений Р, и P осуществляется при каждом измерительном цикле блока 1 градуировки. Измерение значений М „„, и N ectx z для определения коэфАициентов Р, и Р< по формулам (9) происходит следующим образом.

Выходное синусоьщальное напряжение модулятора 17 модулирует интенсивность оптического излучения источника 4. Модулированный световой луч расщепляется расщепителем 5 на два световых луча, которые после прохождения развертывающего блока 6 совершают поперечные сканирующие перемещения по отношению к полосе проката в пределах измерительной зоны, при этом траектории световых пятен на прокатываемой движущейся полосе 35 от этих лучей будут наклонены под некоторым углом, зависящим от скорости движения полосы, к направлению движения полосы, В момент входа лучей в измерительную зону развертывающий блок 6 генерирует опорные импульсы, которые поступают на схему 11 синхронизации и служат для обработки сигналов, полу.чаемых от блока 9.

Обозначим точки, в которых пересекают плоскость проката первый и второй лучи в момент прихода опорного импульса, через 1.)„ и D соответственно (Аиг. 4). Совершая поперечные сканирующие перемещения, лучи входят в измерительную зону и перемещаются в областях А „и А

При этом на блоке 9, в апертуре которого находятся изображения облас(12)

Ф при нахождении среднего иэ (11) и (12)

tt

Л

С, (J i+ 4 (ф+ Vo< 1

Ц,= — 2 — — = — — — — — — f u3(lt (13)

2 2 2 и

Ct

55 r где ф,, Ц„, - значения углового положения первой боковой кромки полосьц (1)„ и (— угловые положения пер6212 ти кромок полосы проката (фиг.4б), выходной сигнал отсутствует (Аиг. 5б и в), поскольку лучи проходят эа пре5 делами полосы проката и не отражаются от ее поверхности (Аиг. 4в).

Пусть первый и второй лучи достигают первых боковых кромко проката в точках Р, и Р (фиг. 4г) и соответственно (Аиг. 5б и в). Перемещаясь далее, они попадают на поверхность полосы, отражаются от поверхности полосы и регистрируются фотоэлементами блока 9, перемещаясь в областях В и В . В некоторой точке К первый луч и точке К второй луч выйдут из поля зрения (части плоскости, в которой находится прокатываемая полоса, ограниченной угловой апертурой блока 9)

20 фотоэлементов блока 9 и в областях С

1 и С выходного фотосигнала не будет.

B точке К „ первый луч и точке К второй луч снова попадут в поле зрения, но уже других фотоэлементов бло25 ка 9 (области D и П ). Когда лучи достигнут в точках 7 и У вторых кромок прокатываемой полосы, выходные сигналы на выходе блока 9 пропадут (области Г, и Г ), так как лучи будут

Зр перемещаться вне полосы.

Схема 10 обработки производит измерение временных интервалов, содержащих информацию о положениях первой и второй боковых кромок полосы, т.е. з ач ниях 1и|,(и N s6it,i Выявление необходимой инАормации производится следующим образом.

Поскольку второй и первый лучи развертываются одним устройством с жест4 кими постоянными связями, то мгновенные значения угловых скоростей их перемещения одинаковы и,=и =М

Поэтому угловое положение первой боковой кромки будет при измерении

45 перв пч лучо )(CT (+ ФЛ1р (11) о при измерении вторым лучом

5Р (,= 4„- "" о

159б212

10 ваго и второго лучей соответственна в мамент прихода опорного импульса.

1!,1 (!

Определение (., и (",1 ясно из графика на фиг. 5ã. Совершенно аналогично для углового положения второй боковой кромки при измерении первым лучом ! и у = g + J u)dt, (14) при измерении вторым лучом

П77

"2 (p - I (х)(1, (15)

О. при нахождении среднего пэ (14) и (15) n<

1! —" =-!8 — — + 1 J wdt, (16) (6 (1 4 в

2 2 2л„ (, где (, (, (17 — значения углового положения второй боковой кромки полосы, определение (. и л(." ясно из фиг,5д. г

06r+ Vof

Положим что значение †--- — равно

2 нулю, соответствующий луч пересекает плоскость полосы в точке 0 начала( координатной оси ОХ (фиг. 4а), а ось развертывающего устройства проходит через точку аси OY с координатой, ранной Т. В такам случае л

t л (.

17,=- — ) wdt; t7 =- j Eudt. (17) (2 <.?

Соответственно ширина полосы проката будет

n<" п.7

"1 ()

L=7(ctg> I u! dt+ct8> f w dt) . (18)

1 1 (1 (," I

Сравнение выражения (18) с ныражением (2) дает уравнения для нахождения

HcKoMbIx значений N вых и

1) !!

1 11

TctG2 J () dt=X o<+g)eN п

1 "

Tet@2 ) со (1С=Х +k Nв (,х„<. (19) п8 (.

Параметры Т, Х, Х kgb., определяются при проведений операции начальной настройки устройства, а также по известным размерам его конструкции °

Таким образом, схема 10 обработки производит измерение угловых положений ц), и (J) боковых кромок полосы в соответствии с формулами (17) и передает эти значения в вычислительной корректирующий блок 18, в котором па формулам (19, и (9) вычисляются значения папраначных коэффициентов Р1 и Р> и да окончания следук)щего иэме5 рительнаго цикла блока 1 градуировки найденные значения P и Р остаются неизменными и используются для корректировки значений ширины полосы, находимых па показаниям па показаниям

10 датчиков 2 и 3 по формуле (10).

Формула изобретения

1. Устройство для измерения ши15 рины паласы проката, содержащее дна датчика положения кромки полосы проката, карый иэ которых состоит из источника излучения и фотоприемника, предназначенного для оптической сня20 зи с соответствующей кромкой полосы проката, и блок управления, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, она снабжено блоком градуиравки, 25 выполненным в виде оптически связанных источника излучения, расщепителя и развертывающего блока с датчиком угловой скорости, и оптически связанных приемной оптической системы, gp предназначенной для оптической связи с развертывающим блоком через полосу проката, и фатаприемнога блока, схемы обработки блока градуиранки, первые дна входа которой подключены к выходам фотоприемного блока, третий вход подключен к выходу датчика угловой скорости, и схемы синхронизации, вход которой подключен к синхронизирующему выходу развертывающего блока, 40 а первый выход подключен к четвертому входу схемы обработки блока градуиравки, вычислительным корректирующим блоком, информационные входы которого подключены к ныхадам датчиков положе45 ния кромки полосы проката и выходу схемы обработки блока градуировки, а синхраниэирующий вход подключен к второму выходу схемы синхронизации, каждый датчик положения кромки поло5р сы проката снабжен оптической системой формирования узкой световой поло сы, оптически связанной с источником излучения, и блоком обработки сигналов датчика, вход которого подключен к вы55 ходу фотоприемника, а выход является выходом датчика, блок управления выполнен с тремя выходами, подключенными к управляющим входам блоков обработки сигналов датчиков и нычислительнога

1596212

12 корректирующего блока соответственно.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно снабжено модулятором, источники блока гра- дуировки и датчиков положения кромки

i полосы проката выполнены с модулирующими входами, подключенными к выл ходу модулятора, а схема обработки

16 блока градуировки и блоки обработки сигналов датчика выполнены с опорными входами, подключенными к выходу модулятора.

За Устройство по по 2у,о т л. и 15 ч а ю щ е е с я тем, что схема обработки блока градуировки выполнена в виде двух цепей, каждая из которых состоит из последовательно соединенных синхронного детектора и формирова-20 теля видеоимпульсов, входы цепей являются первым и вторым входами схемы обработки соответственно,I опорные входы синхронных детекторов объединены и являются опорным входом схемы обработки, первого и второго формирователей импульсов, входы которых подключены к выходу первой цепи, третьего и четвертого формирователей импульсов, входы .которых подключены к выходу второй цепи, опорные входы формирователей объединены и являются четвертым входом схемы обработки, двух интеграторов,, первые входы которых объединены и являются третьим входом схемы обработки, вторые входы подключены к выходам первого и третьего формирователя соответственно, а третьи входы подключены к выходам второго и четвертого формирователей соответственно, и аналого-цифрового преобразователя, входы которого подключены к выходам интеграторов соответственно, а выход является выходом схемы обработки.

2i2