Устройство для измерения поперечных размеров проката

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение информативности. В сечении технологической линии (прокатного стана), связанном с контрольной операцией, установлена вертикальная панель, имеющая отверстие для прохода измеряемого проката. На панели установлен излучатель (лазер), устройство для развертки лазерного луча в плоскости измерения профиля проката, зеркала 7, 8, обеспечивающие подсветку отраженным лучом теневой части профиля проката. Относительно области расположения центра измеряемого профиля, по радиально-круговой схеме, установлены оптико-электрон

союз советских социАлистических

РЕСПУ6ЛИК госудАРстВенное пАтентное

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4833545/28 (22) 02,04.90 (46) 23.12.92. Бюл. ¹ 47 (75) А.Д. Кол енко (56) Авторское свидетельство СССР

N 911156. кл, 6 01 В 21/12, 1979, Авторское свидетельство СССР

¹ 1397711, кл. G 01 В 7/04, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ f10ПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ПРОКАТА (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения — повышение. Ы 1783299 А1 (я)5 G 01 В 21/02 информативности. В сечении технологической линии (прокатного стана), связанном с контрольной операцией. установлена вертикальная панель, имеющая отверстие для прохода измеряемого проката. На панели установлен излучатель (лазер), устройство для развертки лазерного луча в плоскости измерения профиля проката, зеркала 7, 8, обеспечивающие подсветку отраженным лучом теневой части профиля проката, Относительно области расположения центра измеряемого профиля, по радиально-круго-. вой схеме, установлены оптико-электрон1783299

10

20

40 ные углоизмерительные модули 9, 14, при этом так, что поля зрения двух смежных модулей перекрываются в заданной зоне измерения профиля, Выходы модулей 9, 14 через аналого-цифровые преобразователи 25 включены на входы 3ВМ 27, Для обеспечения измерений горячего проката используется лаУстройство относится в основном к металлургии и может быть использовано для автоматического бесконтактного измерения профиля поперечного сечения сложнопрофильного движущегося холодного и горячего проката на металлургических заводах (для измерения уголка, двутавровой балки, швеллера, рельса и т.д.), нэ кабельных заводах, заводах производящих протекторную ленту, вообще на всех производствах, применяющих прокатную технологию.

Известно фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра изделий (1), содержащее последовательно установленные источники света. оптическую систему, предназначенную для переноса иэображения в плоскость анализа, дискретную линейку фотоприемников. Основной недостаток аналога — пригодность его только для измерения сечения проката круглой формы.

Известно устройство (2) для измерения размеров шестигранного профиля, содержащее поворотный механизм, связанный с ним датчик угла поворота и измеритель размеров, Основные недостатки аналога — в нем реализованы механический и контактный принципы проведения измерений, ограничивающие производительность измерений, температуру измеряемого объекта и номенклатуру измеряемых профилей.

Известен способ (3) измерения диаметров цилиндрических объектов заключающийся в том, что объект сканируют пучком света и определяют диаметр по углу перекрытия пучка объектом и расстоянию от оси поворота пучка до точек касания пучком объекта. Основной недостаток аналога — пригоден только для измерения объекта имеющего круглое поперечное сечение.

Известно устройство для контроля формы изделия (4). Устройство рассматривается в качестве прототипа и содержит: — источник света и вращающееся зеркало, установленные с одной стороны контролируемого иэделия; — двэ световода. установленные с другой стороны контролируемого изделия, двэ фозер 4, измеряющий в ультрафиолетовом спектре, где помехи, создаваемые излучением проката, минимальны, Период измерения профиля значительно меньше периода поперечных колебаний движущегося проката, что исключает влияние движения проката на результаты измерений. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. топриемника, соединенные с соответствующими световодами; — измеритель временных интервалов, Основные недостатки прототипа — пригоден только для измерения габаритных размеров измеряемого профиля, но не формы профиля (например, рельса).

Цель изобретения — создание такого устройства, которое позволит осуществить автоматические измерения поперечного сечения движущегося горячего проката любого профиля.

Изобретение иллюстрируется следующим примером, На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг,2 — принципиальная схема углоизмерительного модуля; на фиг.3 — диаграмма работы устройства; на фиг.4 — схема взаимного расположения аналитической и измерительной систем координат.

На вертикальной панели 1(фиг.1) расположено отверстие 2 для прохода измеряемого проката 3. На панели 1 установлен лазер 4, отражающее зеркало 5 и призматический зеркальный модулятор с электродвигателем б. По радиальнб- круговой схеме на панели установлены зеркала 7 и 8, на тыльной стороне панели 1 установлены углоизмерительные оптико-электронные модули 9...14, ориентированные в измерительной системе координат ОХУ вЂ” 15. Углоизмерительные модули смещены, вдоль продольной оси проката, относйтельно плоскости развертки луча. Вдоль контура измеряемого профиля стрелками 16...20 показаны во временной последовательности образования расчетные участки измерительных траекторий лазерного пятна, Угол поворота 21 лазерного луча за период развертки информационной строки разбит на 3 сектора — 22, 23 и 24, характеризующиеся особенностями проекции пятна на измеряемый контур: сектора 22 и 24 связаны с проекций отраженного луча от зеркал 7 и 8, сектор 23 связан с прямым проектированием луча на измеряемый контур. Выходы модулей включены на 1-е входы блоков аналого-цифровых

1783299 (! (0 ) 1

1ф 01 + 02 2) 0 1

У1

Щ = arctgf

5 преобразователей (АЦП) 25, на 2-е входы которых включены выходы генератора тактовых импульсов 26, Выходы АЦП включены нэ входы ЭВМ 27.

На фиг.2 цилиндрическая линза 28 про- 5 ектирует в фокальную плоскость, на рамку

29, штриховое изображение 30 лазерного пятна, I

Рамка 29 разделена диагональю 31, образующей равные по площади две свето-" приемные площадки треугольной формы, эа которыми расположены фотоприемники с линейной световой характеристикой, вырабатывающие напряжения 0я и Uzi, отношение которых пропорционально ординате 1 штрихового изображения 32. Угол засечки лазерного пятна на контуре измеряемого проката (его переменную составляющую) определяют по данным модуля из соотношений: 2 при этом регистрация траектории обеспечивается модулями 11 и 12. Описанный процесс вращения лазерного пятна и измерения иллюстрируется на фиг.3.

Дальнейшее вращение луча, отраженного от зеркала 8, приводит к подсветке проката на участке 20, что регистрируется модулями 10 и 11. В течение периода измерений генератор тактовых импульсов 26 подает на входы АЦП импульсы синхронного . считывания информации с выходов всех модулей. Эта информация поступает на вход

ЭВМ. На этом заканчивается цикл кругового измерения проката.

Обработка измерительной информации, Начало информационной строки — траектории совпадает с началом участка 16.

1, По результатам измерения модулей

14 и 13 вычисляют ординаты штриховых изображений лазерного пятна в I-й момент времени; где I — сторона рамки параллельная образующей цилиндрической линзы;

А — угол образованный .диагональю и нормалью к стороне рамки 29;

Yi — ордината штрихового иэображения (32);

f — фокусное расстояние линзы модуля; а; — угол засечки (его переменная составляющая), Устройство работает следующим образом.

Всв узлы устройства включены в сеть электропитания, Лазерный луч, генерируемый лазером 4, отразившись от зеркала 5, приводится во вращение призматическим модулятором 6 в направлении. показанном стрелкой 21.

Начало вращения луча приводит к тому, что луч. отразившись от зеркала 7, в своем движении подсвечивает наружную часть левой полки, образуя на ней траекторию 16, что регистрируется модулями 14 и 13, В конце хода луча по зеркалу 7 происходит подсветка внутренней нижней части правой полки, при этом образуется траектории 17, которая регистрируется модулями 12 и 13, Дальнейшее вращение луча приводит к не- посредственной подсветке проката на участке 18, при этом траектория регистрируется сначала модулями 9 и 10, э далее — модулями

9 и 14. Переход луча в последнюю (третью угловую зону) приводит к подсветке проката лучом отраженным от зеркала 8 на участке 19, 1И = —

I Lbi 1

tgtg Uai + Ua(2

2. Вычисляют переменные составляющие углов визирования;

У<з а з = arctg

Yi4i

Q14i = BrCtg

3. Составляют и решают систему урав- нений:

Y Y)g = К з; (X Х1з);

У вЂ” Y14 = K14i (Х Х14) где Х13. У13, Х)4, Ум — координаты задних узловых точек линз модулей 13 и 14.

K13i = tg (а з()+а э )

K14i = tg (Q14(p)+Q14l) а1з(о),ain(o) — углы установки оптических осей модулей в системе координат

ОХ иУи (15).

4. По результатам последовательной во времени обработки информации строят траекторию луча и подвергают ее анализу на предмет выделения участка профиля свя1783299 занного с основанием нижней полки. Беря

1-ую и 2-ую координатные производные находят участок траектории, на котором 2-ая производная близка к нулю. Этот участок используют для составления уравнения оси ОУд, Ось ОХА строят как нормаль к оси ОХ проведенную через участок контура, характеризующийся изгибом траектории на краю б2У нижней полки, используя признак 40. бХ

5. На базе оси ОХА строят теоретический профиль проката и сдвигая его вдоль оси OXA (направление 35) с шагом не более обусловленной величины допустимой ошибки изготовления проката, проводят анализ максимальной невязки, При наличии невязки менее допустимой величины прокат считают отвечающим ТУ, На фиг.3 изображена диаграмма измерений, на ней вдоль оси абсцисс (оси времени) расположены временные интервалы измерений отдельных участков измеряемого контура. вдоль оси ординат показана разметка каналов измерения (модулей). Здесь приведена оцифровка модулей по фиг.1.

На фиг.1 видно, например, что участок

16 контура измеряется по результатам засечки лазерного пятна модулями 13 и 14.

На фиг.4 показана схема пересчета результатов измерения контура 33 иэ измерительной системы координат 15 в аналитическую систему координат 16.

Ocb ОУА строится по результатам сглаживания измерений основания нижней полки проката. Ось OXA строится по результатам анализа 1-ой и 2-ой производной траектории у кромки базисной полки проката, а именно— находится 1-ая производная траектории по абсолютной величине, отличающаяся на единицу от углового коэффициента оси ОУд.

Составляют уравнение оси.

Производят пересчет контура 33 в систему координат ОХдУд. В этой системе координат строят теоретический контур проката 34 и вычисляют невязки в контрольных сечениях, например, в сечении 35. Проводят периодический сдвиг теоретического контура вдоль оси OYA t: дискретностью, равной предельной ошибке измерений,до появления невязки, равной или меньшей

5 допустимой, Если достигнута одна позиция оценки невязки, при сдвиге обеспечивающая пол учение допустимой невязки, то считают, что прокат не имеет брака, 10

Формула изобретения

1. Устройство для измерения поперечных размеров проката, содержащее источ15 ник света и зеркало, установленные с воэможностью вращения, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения информативности измерения сложного профиля типа рельса или двутавровой балки, оно

20 снабжено панелью с отверстием для прохода проката, предназначенной для взаимного расположения и крепления элементов устройства, углоизмерительн ыми модулями. аналого-цифровыми преобразователями, ге25 нератором тактовых импульсов и вычислительным блоком с узлом отображения. зеркалами подсветки, частотными селекторами, теплопоглощающими фильтрами, источник света выполнен в виде лазера, лазер и

30 зеркало установлены с одной стороны, а зеркала подсветки — с другой стороны отверстия панели, углоизмерительные модули устанавливаются на периферии измеряемого контура так, что их оптические оси направлены на

35 участок расположения геометрического центра этого контура; а смежные модули расположены так, что их поля зрения перекрыты, выходы модулей через аналого-циф-, ровые преобразователи включены на блок

40 вычисления, выход которого включен на вход узла отображения.

2. Устройство по п,1. о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения влияния по45 мех от излучения проката. лазер выполнен ультрафиолетовым.

1783299

4иг2

Чя

Саста вител ь А. Колен ко

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Ìàêñèìèøèíåö

Редактор

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

Заказ 4505 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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