Устройство для измерения поперечных размеров проката

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 21 Я 5 ОБРЕТЕНИЯ САН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССРМ 911156. кл, б 01 В 21/12, 1979,Авторское свидетельство СССРМ 1397711, кл. 6 01 В 7/04, 1987.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ ПРОКАТА(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)) Ы 1783299 А 1 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 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 ЭВУ 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.), на 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;- два световода, установленные с другой стороны контролируемого изделия, два 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 - при 5 годен только для измерения габаритныхразмеров измеряемого профиля, но не формы профиля (например, рельса).Цель изобретения - создание такого устройства, которое позволит осуществить ав 10 томатические измерения поперечногосечения движущегося горячего проката любого профиля.Изобретение иллюстрируется следующим примером,15 На фиг,1 изображена принципиальнаясхема устройства; на фиг,2 - принципиальная схема углоизмерительного модуля; нафиг.3 - диаграмма работы устройства; нафиг.4 - схема взаимного расположения ана 20 литической и измерительной систем координат.На вертикальной панели 1(фиг.1) расположено отверстие 2 для прохода измеряемого проката 3. На панели 1 установлен25 лазер 4, отражающее зеркало 5 и призматический зеркальный модулятор с электродвигателем б. По радиальнб-круговой схемена панели установлены зеркала 7 и 8, натыльной стороне панели 1 установлены уг 30 лоизмерительные оптико-электронные модули 914, ориентированные в измерительнойсистеме координат ОХУ - 15. Углоизмерительные модули смещены, вдоль продольной оси проката, относйтельно плоскости35 развертки луча, Вдоль контура измеряемогопрофиля стрелками 1620 показаны во временной последовательности образованиярасчетные участки измерительных траекторий лазерного пятна, Угол поворота 21 ла 40 зерного луча за период разверткиинформационной строки разбит на 3 сектора - 22, 23 и 24, характеризующиеся особенностями проекции пятна на измеряемыйконтур: сектора 22 и 24 связаны с проекций45 отраженного луча от зеркал 7 и 8, сектор 23связан с прямым проектированием луча наизмеряемый контур, Выходы модулей включены на 1-е входы блоков аналого-цифровых% щ = агст 9 - , 5преобразователей (АЦП) 25, на 2-е входы которых включены выходы генератора тактовых импульсов 26, Выходы АЦП включены на входы ЭВМ 27.На фиг.2 цилиндрическая линза 28 про ектирует в фокальную плоскость, на рамку 29, штриховое изображение 30 лазерного пятна,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 01; и 02 ь 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 этомрегистрация 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 выходоввсех мо"- дулей. Эта информация поступает на вход ЭВМ, На этом заканчивается цикл круговогоизмерения проката.5 Обработка измерительной информации,Начало информационной строки - траектории совпадает с началом участка 16.1, По результатам измерения модулей14 и 13 вычисляют ординаты штриховых изображений лазерного пятна в )-й момент времени;где - сторона рамки параллельная образующей цилиндрической линзы;Я, - угол образованный .диагональю и нормалью к стороне рамки 29;У - ордината штрихового иэображения (32);1 - 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 частьлевой 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, а далее - модулями 9 и 14. Переход луча в последнюю (третью угловую зону) приводит к подсветке проката лучом отраженным от зеркала 8 на участке 19,У 1 а = -.Ои 1щХ Оз+Оа 22, Вычисляют переменные составляющие углов визирования;У 1 За 1 з =агсщ35У 140141 = агсц3, Составляют и решают систему урав-нений:У - У 1 З = К 1 З (Х - Х 1 З):45 У - У 14 = К 141 (Х - Х 14)ГДЕ Х 1 З, У 1 З, Х 14, Ум - координаты заднихузловых точек линз модулей 13 и 14.50 К 1 з = 19 (ащ,)+а 1 з)К 14 = 19 (С 14(о)+Й 143)а 1 з(о),а 14(о) - углы установки оптическихосей модулей в системе координатОХ иУи (15).4. По результатам последовательной вовремени обработки информации строят траекторию луча и подвергают ее анализу на предмет выделения участка профиля связанного 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 О тд,Ось ОХА строят как нормаль к оси ОХ проведенную через участок контура, характеризующийся изгибом траектории на краюДУ нижней полки, используя признак 40.бХ5. На базе оси ОХА строят теоретический профиль проката и сдвигая его вдоль оси ОХА (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 времен и) расположен ы време нн ые 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.Ось ОУА строится по результатам сглаживания измерений основания нижней полки проката. Ось ОХА 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 ОУА. 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 теоретическогоконтура вдоль оси ОУА с дискретностью,равной предельной ошибке измерений,допоявления невязки, равной или меньшей5 допустимой,Если достигнута одна позиция оценкиневязки, при сдвиге обеспечивающая пол учение допустимой невязки, то считают, чтопрокат не имеет брака,10Формула изобретения 1. Устройство для измерения поперечных размеров проката, содержащее источ ник света и зеркало, установленные своэможностью 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 проходапроката, предназначенной для взаимного расположения и крепления элементов устройства, углоизмерительными модулями.аналого-цифровыми преобразователями, ге 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 геометрическогоцентра 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 навход 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 по мех от излучения проката. лазер выполненультрафиолетовым.1783299 И Корректор М.Максимишинец еда и ГКНТ ССС Заказ Воставитель А.Коленкоехред М.Моргентал 4505 Тираж ПодписноеИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина