Бесконтактный измеритель толщины листового стекла
Владельцы патента RU 2429447:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ГОУ ВПО "СГГА") (RU)
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины листового стекла. Бесконтактный измеритель толщины листового стекла содержит задающий генератор, подающий импульсы на вход коммутатора, от которого разделенные импульсы подаются на лазерные диоды. Сигнал от трех приемников оптического излучения поступает в блок обработки фотоэлектрического сигнала, а затем - в усилитель. Из усилителя сигнал, пропорциональный величине толщины, подается на измерительный прибор. Излучение от первого лазерного диода падает под малым углом на верхнюю поверхность листового стекла, преломляется и попадает на второй приемник оптического излучения. Одновременно под таким же углом излучение от первого лазерного диода попадает на первый приемник оптического излучения, установленный перед листовым стеклом. Излучение от второго лазерного диода падает перпендикулярно к поверхности листового стекла и попадает на третий приемник оптического излучения, установленный после листового стекла. Технический результат - упрощение конструкции и повышение точности. 2 ил.
Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для бесконтактного измерения толщины листового стекла.
Известен бесконтактный измеритель толщины листового стекла, содержащий оптическую систему, состоящую из: источника света, многогранного вращающегося зеркала, направляющего поток света через фокусирующую линзу на контролируемое стекло, двух фотоэлектрических преобразователей, установленных в потоке света, прошедшего через стекло, и электронного регистратора сигналов, подключенного входами к фотоэлектрическим преобразователям и выполненного в виде регистратора интервала времени между сигналами фотоэлектрических преобразователей [1].
Однако данное устройство обладает низкой точностью измерения толщины листового стекла из-за имеющихся поверхностных или внутренних дефектов стекла, рассеивающих свет; возникают погрешности измерения, связанные с «размытостью» светового потока и его модуляцией по интенсивности в зависимости от характера дефекта. А также устройство имеет сложную конструкцию.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является бесконтактный измеритель толщины листового стекла, состоящий из:
источника света, блока сканирования светового луча, выполненного в виде зеркального барабана, закрепленного на валу электродвигателя; оптической системы непрозрачного фильтра с окнами; фотоэлектрических преобразователей и оптико-электронного блока, выполненного в виде линзы, в фокусе которой расположен третий фотоэлектрический преобразователь [2].
Недостатком известного измерителя толщины листового стекла является низкая точность: из-за непрозрачного фильтра и сканера луч света преломляется неточно. Он также имеет сложную конструкцию.
Задачей настоящего изобретения является создание оптоэлектронного бесконтактного измерителя толщины стекла, т.е. упрощение конструкции устройства и повышение точности.
Бесконтактный измеритель толщины листового стекла содержит задающий генератор, подающий импульсы на вход коммутатора, от которого разделенные импульсы подаются на лазерные диоды, три приемника оптического излучения, сигнал с которых поступает в блок обработки фотоэлектрического сигнала, а затем - в усилитель, из которого сигнал, пропорциональный величине толщины, подается на измерительный прибор, согласно изобретению в нем лазерные диоды и три приемника оптического излучения установлены таким образом, что излучение от первого лазерного диода, падающее под малым углом на верхнюю поверхность листового стекла, преломляется и попадает на второй приемник оптического излучения, одновременно под таким же углом излучение от первого лазерного диода попадает на первый приемник оптического излучения, установленный перед листовым стеклом, а излучение от второго лазерного диода падает перпендикулярно к поверхности листового стекла и попадает на третий приемник оптического излучения, установленный после листового стекла.
На фиг.1 представлена принципиальная схема оптоэлектронного бесконтактного измерителя толщины листового стекла.
Измеритель содержит задающий генератор (источник импульсного питания) 1, коммутаторы (триггеры) 2, лазерные диоды ЛД1 (3) и ЛД2 (4), светоделительную призму 5, измеряемое листовое стекло 6, приемники оптического излучения 7, 8 и 9, блока обработки фотоэлектрического сигнала 10, усилитель 11 и измерительный прибор 12.
Измеритель работает следующим образом:
Импульсы генератора 1 с частотой 8-10 кГц подаются на вход коммутатора 2. Разделенные импульсы подаются на лазерные диоды ЛД1 (3) (измерительный) и ЛД2 (4) (компенсационный). Поток излучения измерительного лазерного диода ЛД1 подается на фотодиод ПОИ1 (7) и через измеряемое листовое стекло 6 подается на идентичный фотодиод ПОИ2 (8). Излучение компенсационного лазерного диода ЛД2, проходя через измеряемое листовое стекло, тоже попадает на идентичный фотодиод ПОИ3 (9).
Далее эти сигналы поступают в блок обработки фотоэлектрического сигнала БОФС 10, где реализуется отношение сигналов ПОИ1 и ПОИ2 и сравнение сигналов ПОИ3, а затем подается в усилитель 11. Сигнал, пропорциональный величине толщины, подается на измерительный прибор ИП 12.
Сущность метода заключается в следующем (Фиг.2).
Принципиальная электрическая схема Фиг.2 состоит из: К - коммутатор; R1 - переменное сопротивление для регулировки тока ЛД1; R2 - переменное сопротивление для регулировки тока ЛД2; R3 - шунтирующая нагрузка на ПОИ1; R4 - шунтирующая нагрузка на ПОИ2; R5 - шунтирующая нагрузка на ПОИ3; БОФС - блок обработки фотоэлектрического сигнала.
Пусть из ЛД1 идет изучение, например, под углом α (α≈35°) (одновременно под таким же углом попадает на ПОИ1), пройдя расстояние AD и преломляясь, попадает на ПОИ2. AD - расстояние прохождения потока излучения, падающего на верхнюю поверхность измеряемого листового стекла под малым углом α (α=i); поток излучения из ЛД2 падает перпендикулярно к поверхности листового стекла и попадает на ПОИ3. EF - расстояние прохождения потока излучения, падающего перпендикулярно на верхнюю поверхность листового стекла. Для нахождения толщины Н листового стекла рассмотрим
ΔACD:|AC|=|CD|/tgi, или |AC|=Н и |CD|=d
Из ΔBCD можно определить d:|СD|·tgr, или, учитывая, что |CD|=d и |СВ|=h, d=h·tgr. Тогда Н=h·tgr/tgi.
Поскольку углы r и i малы, отношение тангенсов этих углов можно заменить отношением их синусов, т.е.
tgr/tgi≈sinr/sini
Следовательно,
H=hsinr/sini
Отсюда видно, что толщина Н прямо пропорциональна h·sinr, т.е. угол r изменяется в зависимости от толщины листового стекла. Регистрируя ПОИ2 на сколько меняется угол r, определим Н.
А для регистрации дефектов, загрязнений, цвета и т.д. использован оптрон ЛД2 ПОИ3 как опорный. В качестве ПОИ можно использовать фотодиод ФД-24К.
Предлагаемое изобретение позволяет упростить конструкцию устройства за счет исключения блока сканирования светового луча, выполненного в виде зеркального барабана, закрепленного на валу электродвигателя, функцию которого попеременно выполняют задающий генератор, лазерные диоды, фотодиоды и резисторы.
Данный прибор необходим для бесконтактного измерения толщины листового стекла в ходе технологического процесса отливки стекла в лист (прокатка в лист).
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №376656 кл. G01В 1938, 1971 г. - аналог.
2. Авторское свидетельство СССР №920369 кл. G01В 11 06, 1982 г. - прототип.
Бесконтактный измеритель толщины листового стекла, содержащий задающий генератор, подающий импульсы на вход коммутатора, от которого разделенные импульсы подаются на лазерные диоды, три приемника оптического излучения, сигнал с которых поступает в блок обработки фотоэлектрического сигнала, а затем - в усилитель, из которого сигнал, пропорциональный величине толщины, подается на измерительный прибор, отличающийся тем, что лазерные диоды и три приемника оптического излучения установлены таким образом, что излучение от первого лазерного диода, падающее под малым углом на верхнюю поверхность листового стекла, преломляется и попадает на второй приемник оптического излучения, одновременно под таким же углом излучение от первого лазерного диода попадает на первый приемник оптического излучения, установленный перед листовым стеклом, а излучение от второго лазерного диода падает перпендикулярно к поверхности листового стекла и попадает на третий приемник оптического излучения, установленный после листового стекла.
