Ультразвуковой способ измерения диаметра круглых изделий

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения диаметра и координат центра цилиндрических объектов , например, движущихся лесоматериалов , в частности, древесных стволов и бревен. Цель изобретения-повышение точности измерения при неоднородной поверхности изделия. Цель достигается тем, что проводят эхо-локацию двумя независимыми друг от друга измерительными каналами, в каждом из них по трем направлениям при наличии одновременно шести эхо-сигналов производят измерение минимального времени распространения эхо-сигналов от поверхности изделия и с учетом измеренной скорости ультразвука рассчитывают диаметр круглых изделий. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5() s G 01 B 17/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ rKHT CCCP

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4619319/28 (22) 15.12.88 (46) 15.09.91. Бюл. bh 34 (71) Сибирский технологический институт (72) А.И.Васекин, В.А.Дорошенко, В.М.Зенченко, 0,В.Рыбочкин, M,В.Титович, И.В.Харитонов и С.В.Цитайшвили (53) 531.717 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 456138, кл. 6 01 В 17/02, 1975. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА КРУГЛЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения диаметра и

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения Диаметра и координат центра цилиндрических объектов, например, движущихся лесоматериалов, в частности древесных стволов и бревен.

Цель изобретения — повышение точности измерения диаметра при неоднородной поверхности изделия.

На фиг.1 представлена схема измерений предложенным способом; на фиг,2— устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство содержит контроллер 1, который осуществляет управление работой устройства и все вычислительные операции по определению диаметра иэделия, дисплей 2, задающий тактовый генератор 3, делитель 4 частоты и два блока 5. формирующих зонди„,5U,, 1677518 Al координат центра цилиндрических объектов, например, движущихся лесоматериалов, в частности, древесных стволов и бревен. Цель изобретения — повышение точности измерения при неоднородной поверхности иэделия, Цель достигается тем, что проводят эхо-локацию двумя независимыми друг от друга измерительными каналами, в каждом из них по трем направлениям при наличии одновременно шести зхо-сигналов производят измерение минимального времени распространения эхо-сигналов от поверхности изделия и с учетом измеренной скорости ультразвука рассчитывают диаметр круглых иэделий. 2 ил, рующую посылку и производящих выделение эхо-сигналов датчика 6. Датчик 6 состоит из двух одинаковых измерительных каналов и одного эталонного, Ультразвуковой преобразователь 7 связан с делителем

4 частоты. Неподвижная отражающая поверхность 8 составляет эталонный канал.

Три ультразвуковых преобразователя 9 составляют основной измерительный канал, а три аналогичных преобразователя 10 — дополнительный измерительный канал. Позицией 11 обозначен контролируемый обьект, Конвейер 12 обеспечивает возможность перемещения объекта в поперечном и продольном направлениях относительно оси датчика 6. Электронные коммутаторы 13 осуществляют подключение контроллера 1 к соответствующему высокодобротному полосовому фильтру 14.

Способ заключается в следующем.

1677518

55

3хо-локацию проводят двумя независимыми друг от друга измерительными каналами и по трем минимальным расстоянием от измерительного канала до объекта измерения и вычисляют диаметр и координаты 5 центра. Расстояния определяют по времени задержки эхо-сигналов одного эталонного и двух измерительных каналов. В эталонном канале определяют скорость распространения ультразвука на момент измерения. Оп- 10 ределение диаметра возможно лишь при получении эхо-сигналов всеми входящими в датчик ультразвуковыми преобразователями, иначе необходимо изменить положение объекта измерения относительно датчика 15

{при движении бревна по транспортеру это условие автоматически выполняется). Полученные диаметры от обоих измерительных каналов усредняют с целью уменьшения влияния на конечный результат наличия суч- 20 ков, сколов коры и наплывов. Анализируя координаты центра ряда измерений, можно дополнительно определить стрелу прогиба объекта измерения (бревна), которая для круглого лесоматериала является широко 25 распространенным пороком, выявление которого существенно влияет на качество выпускаемой продукции. Каждый измерительный канал датчика состоит из трех ультразвуковых преобразователей, расположенных 30 один в другом на прямой линии и фиксированном расстоянии "а" между собой. Ультразвуковые преобразователи одного канала работают каждый на своей частоте, три различных частоты выбраны таким образом, 35 чтобы ультразвуковые преобразователи принимали только свои отраженные от объекта измерения сигналы и не реагировали на другие, так как измерение возможно при наличии трех независимых друг от друга минимальных расстояний до объекта 11 измерения, Разность рабочих частот определяется также полосой пропускания устройства: чем шире полоса пропускания, тем больше частоты должны отличаться. В основном измерительном канале ультразвуковые преобразователи 9 расположены один от другого на расстоянии "а", например, крайний из них находится в начале декартовой системы координат, а другие расположены на оси абсцисс с координатами Х - à: Y:= о и Х = 2а; Y = О. Дополнительный измерительный канал расположен в основном со сдвигом на О,5а, координаты ультразвуковых преобразователей 10 соответственно Х=0,5а; Y=O,Õ=1,5а; Y" Ои

Х 2,5а, Y - О. Расстояние "а" зависит от диапазона возможных диаметров объекта измерения, Чтобыультразвуковйе преобразователи 9 основного и дополнительного измерительных каналов датчика, работающих на одной частоте, не окаэывалй влияния на работу друг друга, координаты их Х = 0; Y =

Ои Х=1,5а; Y-О, Х-а; У=О и Х =2,5а; У =

О,Х-2а; Y-Ои X=0,5а; Y=O. Размещение всех ультразвуковых преобразователей на оси абсцисс упрощает расчетные формулы, а также снимает ограничения на перемещение объекта 11 измерения относительно датчика. Эталонный канал состоит из ультразвукового преобразователя 7 и неподвижной отражающей поверхности 8, расположенной на фиксированном заранее известном расстоянии (L3), Контролируемый объект 11, в частности бревно, движется го конвейеру 12 в поперечном или продольном направлении относительно оси датчика 6. Контроллер 1 электронным коммутатором 13 подключает к ультразвуковому преобразователю 7 тактовую частоту с делителя 4, через определенное время контроллер 1 с помощью того же коммутатора 13 отключает от преобразователя 7 тактовую частоту и подключает. преобразователь 7 к высокодобротному полосовому фильтру 14, настроенному на выделение частоты зондирующих импульсов.

Ультразвуковые импульсы, излученные преобразователем 7, отражаются от неподвижной отражающей поверхности 8, находящейся на фиксированном и заранее известном расстоянии L,,÷åðåç некоторый промежуток времени гз, импульсы принимаются обратно преобразователем 7, контроллер 1 через фильтр 14 фиксирует это время и вычисляет скорость распространения ультразвука в среде С на данный момент по формуле

Определив скорость ультразвука С на момент измерения, контроллер 1 начинает выполнять программу по определению диаметра и координат центра обь кта. Контроллер 1, управляя электронными коммутаторами 13, подключает к ультразвуковым преобразователям обоих измерительных каналов сигналы различных частот, формируемых делителем 4, через определенный промежуток времени контроллер 1 заканчивает формирование зондирующей посылки, включает программный счетчик контрольного времени и одновременно коммутаторами 13 подключает ультразвуковые преобразователи обоих измерительных каналов к высокодобротным (с узкой полосой пропускания) полосовым фильтрам 14, настроенным на выделение частот, близких к частоте излучения соответствующего пре1677518

55 образователя. Если в течение контрольного времени (оно равно времени получения эхосигнала от поверхности конвейера 12) получены все шесть эхо-сигналов, то по измеренному времени задержки ri определяется минимальное расстояние Li от контролируемого обьекта 11 до соответствующего ультразвукового преобразователя

2L т С r г

1 э «

2 2 э (2) если эхо-сигналы получены не от всех преобразователей, через некоторое время контроллер 1 повторяет попытку получения всех шести эхо-сигналов (это время зависит от скорости работы конвейера 12). При удачном измерении контроллер 1 определяет диаметр и координаты центра объекта измерения по формулам

L3+ l3 — 2Я -2а

2L2 =L1 =L3 х— (4)

v =v(a+a„) -х (5)

Эти формулы являются результатом решения системы трехуравнений: г+Yг(+R) . (X а) + Y =(-г+Rх) (6) (X — 2a) + Y2 = ((.3+ R х)г

Уравнения составлены исходя из того, что диаграмму направленности ультразвуковых преобразователей в зоне измерения можно считать круговой (реально она равна приблизительно 50 ), Определив время задержки от ультразвуковых преобразователей основного и дополнительного измерительных каналов до объекта, определяют минимальные расстояния основного

L<, бг, 1„з и дополнительного L>, Lz 1з

1 1, 1 каналов, Полученные расстояния L1, 1г, 1з,, L3 являются радиусами окружно1 1 1 стей касательных к объекту измерения. Поскольку касательная к окружности перпендикулярна ее радиусу, проведенному к точке касания, значит полученные радиусы Ы г, Гз, L>, L2 1з находятся на

1 одной прямой с искомым радиусом R> объекта. Если построить дополнительные окружности с прежними центрами и радиусами (! 1 + Rx), (L2 + Rx) (L3 + Rx), то эти окружности пересекутся в одной точке, которая является искомым центром окружности объекта (для дополнительного канала аналогично). В расчетах принято, что крайний левый преобразователь находится в начале декартовой системы координат, а все преобразователи расположены на оси абсцисс. Из 1-го уравления системы (6) находят

Х и подставляют это значение ва 2- и 3-е уравнения; (L1+Rx Y а +Y (, 1Рх) ((Li + Ях — Y — 2н)2 + Y =- (L + Й,,,)2 .

Из первогогуравнения полученной системы находят Y и подставляют во 2-е уравнение. Произведя преобразования, получают

2а — (Ь1+ Rx) + 2(L2 + Rx) — (Q < Rx) =

=0 .,Производя преобразование, получают расчетную формулу(3) для диаметра объекта

D», Формулы (4) и (5) получены также совместным решением системы уравнений (б). По этим же формулам (3), (4). (5) ведется расчет и для дополнительного измерительного канала, но предварительно осуществляется сдвиг системы координат по оси абсцисс на величину а/2 для того, чтобы координаты центра обьекта принадлежали одной системе координат. Для обьекта с ровной поверхностью, координаты центра и диаметр, полученные QT обоих измерительных каналов, совпадают, для таких объектов достаточно одного канала, а для объектов с неровной поверхностью (для бревен — сучки, сколы коры, наплывы) еще и дополнительныйй.

Контроллер по программе производит усреднение результатов от обоих измерительных каналов, Окончательная величина диаметра — есть среднеарифметическое диаметров, полученных от измерительных каналов, Эта мера позволяе повысить точность определения диаметра и снизить влияние на конечный оезультат для круглого лесоматериала наличия сучков, сколов коры, наплывов. Полученные значения поступают в дисплей 2 и устройство управления технологическим оборудованием (УУТГ1).

Формула изобретения

Ультразвуковой способ измерения диаметра круглых изделий, заключающийся в том, что измеряют скорость распространения ультразвука в среде размещения изделия. проводят эхо-локацию изделия одним каналом в трех наирав, ниях под различными углами, определяют минимальное время распространения эхо-сигналов от поверхности изделия и, у итывая скорость ультразвука, определяют диаметр круглых изделий, отличающийся тем, что, с целью повышснич точнос-,и измерения при неоднородной поверхности изделия, одновременно с основным ироводчт зхо-локацию по трем напр-.D".åHèÿì дополнительным иэ1677518 определяют диаметр изделия в дополнительном измерительном канале, основную и дополнительную ахо-локвцию проводят на разных частотах в каждом канале, а за диаметр контролируемого изделия принимают среднеарифметическое значение диаметров, рассчитанных в основном и дополнительном измерительных каналах, 1

1677518

Составитель Т.Головкина

Редактор Л.Пчолинская Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор О,Ципле

Заказ 3106 Тираж МВ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина, 101