Способ измерения объема падающей капли стекла и устройство для его осуществления

( 2) 05,10.1) 9587702) 08,11. 33) С 11 А46 15.01,Вюл. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Вильям Говард Ралн (С 1 А) (71) Оуэнс Иллинойс, ИНК ( С 1 Ю ) (53) 666,189.22 (088,8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 324224, кл. С 03 В 7/00, 1970. ( 54 ) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕЛ 1 А ПАГАЮЩЕЙ КАПЛИ СТЕКЛА И УСТРОЙСТВО лЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ измерения объема падающей капли стекла, вкгючающий измерение ее длины, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с цель с повышения точности измерения объема, длину капли измеряют путем вычисления скорости ее падения, после чего осуществляют сканирование падающей капли с определенной частотой, измеряют ее горизонтальные размерь; в поперечном сечении, вычисляют площадь поперечного сечения капли и умножают ее на приращение размера капли по высоте между моментами сканирования, а объем капли вычисляют как сумму вычисленных произ - ведений, причем частоту сканирования корректируют в зависимости от скорости падения капли.2. Устройство для измерения обье ма падающей капли, содержащее два Фотодатчика, установленных вдоль линии падения капли, о т л и ч а ющ е е с я тем, что оно снабжено двумя фотодиодными камерами, расположенными ниже двух Фотодатчиков по пути падения капли и установленными под углом друг к другу, блоком управления сбором данных, блоком измерения скорости падения и длины капли, двумя блоками измерения Формы капли, генератором синхронизирующих импульсов, элементом памяти, вь:.ислительной машиной и регистрирующим блоком, причем выходы первого Фотодатчика соединены с первыми входальч блока измерения скорости падения и длины капли и блока управления сбором данных, выходы второго Фотодатчика соединены с вторыми входами блока измерения скорости падения и длины кагли и блока управления сбором данных и первым входом генератора синхронизирующих импульсов, второй и :ретий входы которого соединены соответственно с первым выходом блока измерения скоростиВ пален.я и длины капли и с первым вы- со хо:ол блока управления сбором данн:.х, а выход - с третьим входом блока управления сбором данных, четвертый, пятый и шестой входы которого соединены соответственно с1.й герда:м выходом элемента памяти иФс герьыми выходами блоков измерения , Формы капли, пятый и шестой входы блока управления сбором данных соединены также с входами Фотодиодных ( ,) камер, которые подключены к первым выходам блоков измерения Формы капли, третьи входы блоков измерения () Формы капли соединены между собой и подключены к третьему входу генератора синхронизирующих импульсов ф 3 и к третьему входу блока измерения скорости падения идлины капли,вторые вь.ходы блоков изменения Формы капли годключены к первому и второму фв входам элемента памяти, второй выход которого соединен с первым входом регистрирующего блока и первым входом вычислительной л 1 ашины, второй выход блока измерения скорости падения и длины кагли соединен с вторым входом вычислительной машины, выход которой подключен к второму входу регистрирующего блока.30 Путем измерения времени между моментами начала срабатывания 8 и 9, соответствующими попаданию переднего края капли 1 на траекторию лазерных лучей, можно определить среднюю скорость переднего краякапли 1 при прохождении ею лазерных лучей (так как расстояние Х известно), Учитывая, что расстояние Х относительно мало, можно считать полученную скорость мгновенной, Скорость хвостового края капли можно определить таким же способом, измериввремя, необходимое для его прохождения мимо лазерных лучей 4 и 5. Затем 60 может быть измерено время, необходимое для прохождения всей капли мимо лазерного луча и отсюда определена длина капли (из уравненияУо+ 1/2 Я где Ув - пеРвоначаль 50 ними измерениями, в ре; ультате 1 его получается объем "споя" капли,для определения общего объема капли полученные объемы "слоев" суммируются.Камеры также используются для 5 получения изображения капли, с помощью которого определяется ее форма, Кроме того, иэображение капли используется для определения ее ориентации, т,е. наклона продоль ной оси капли по отношению к ее траектории.На фиг.1 представлено схематическое изображение системы измерений; на Фиг,2 - стеклянная капля, вид сверху; на фиг.3 - блок-схема устройства для измерения на фиг.4 - блок-схема устройства измерения скорости и длины капли;на фиг,5 - блок управления сбором дан 20 ных.Как видно из Фиг,1, капля расплавленного стекла 1 падает иэ подающего механизма 2 по траектории, ;обозначенной пунктирной линией 3. Два параллельных лазерных луча 4 и 5, излучаемых лазерами б и 7 соответственно, направлены таким образом, что пересекают линию 3, Расстояние между лазерными лучами 4 и 5 обоэначсно отрезком Х, После пересечения с линией 3 лазерные лучи 4 и 5 попадают в Фотодатчики 8 и 9 соответственно. При попадании лучей 4 и 5 в датчики 8 и 9 на выходе последних генерируется сигнал "0", при отсутств,.и лазерных лучей - сигнал "1", Когда капля 1 попадает на траекторию лазерных лучей 4 и 5, датчики 8 и 9 нахогятся в состоянии кода "1". После того, 40 как капля 1 пройдет достаточное расстояние, чтобы не препятствовать попаданию лазерных лучей в Фотодатчики 8 и 9, последние вырабатывают сигнал, соответствующий коду "0". 45 ная скорость капли 1; а - ускорениесилы тяжести,- время прохождениявсей капли через лазерный луч 5;длина капли),При дальнейшем падении капля попадает в поле зрения двух фотодиоднь.х камер 10 и 11, расположенных подуглом друг к другу. Камеры находятся на расстоянии У (измерено вдольлинии 3) от лазерного луча 5 и расположены под углом 90 С друг к другу.Камерь 10 и 11 включают в себя горизонтальный набор на 768 фотодиодов,Обе камеры 10 и 11 имеют цифровойвь:ход, т.е, каждый из фотодиодовнабора может иметь на выходе сигнал"1" или "0" в зависимости от того,попадает ли на каждый из диодовсвет от капли 1 или нет. Порог срабатывания набора фотодиодов регулируется, так что различие между светом, исходящим от капли, и при ееотсутстьии может быть обнаружено,При падении капли 1 набор Фотодиодов подвергается сканированию черезочень маленькие интервалы времени,Скорость сканирования такова, чтокаждое развертывание осуществляется горизонтально поперек всей ширины капли 1. В поле зрения каждойиэ камер входит полная гротяженность поперечного сечения капли1 и еще небольшая часть этой длины.Каждому фотодиоду соответствуетопределенная ширина, т.е, если каждая из камер 10 и 11 имеет полезрения ширинои 768 мм, каждому диоду соответствует 1 мч. Производятсяпоследовательные развертывания, соответствующие равным приращениямрасстояния, пройденного каплей 1(например, каждое развертываниеосуществляется после прохождениякапгей расстояния в 1 мм). В данномслучае камерами производится 512развертываний, начиная с моментафиксирования датчиком 9 прохождения капли 1. Сканирование производится через интервалы, достаточныедля того, чтобы вся длина капли 1попала в поле зрения камер 10 и 11.Путем соединения последовательныхразвертываний, осуществляемых камерами, можно определить Форму падающей капли 1.Камерами 10 и 11 осуществляетсяпоследовательное развертывание "слоев", или сечений, капли 1 при еепадении, Измерения, полученные впроцессе развертывания, могут бытьиспользованы для определения площади поперечного сечения, соответствующего каждому развертыванию.Поперечное сечение капли 1 имееткруглую или близкую к круглой Форму (например, эллиптическую с большой и малой осями, отличающимисяне более чем на 15). Если попереч г, ЪЪГ30 После каждого развертывания данные, собранные в блоке измерения деления Формы капли 19 и 20, посту - пают в элемент памяти 24, Когда в элемент памятк заложены все данные, в блок управления сбором данных 13 поступает сигнал сброса счетчика, показанный линией 26, Блок 13 в свою очередь вырабатывает сигнал, поступающий в блокк 19 и 20, где он производит сброс счетчиков данных, содержащихся в этих цепях. Этот сигнал на одной из лкний 27. Из элемента памяти 24 ичФармация поступает в регистрирующее устройство 25, где изображения от обеих камер 50б 0б 5 памяти 24 соединен с регистрирующ 1 м устройством 25 и вычиспктельной машиной 16. 13 ыход вычислительной машины 16 также соединен с регистрируемым устройством 25,Работа устройства начинается с 5момента, когда датчик 8 зарегистрирует переднии край капли 1.Сигнал сброса от датчика 8 поступаетв блок управления сбором данных13 и последнР 1 й также вь 1 рабатывает 1 Осигнал сброса. После этого блоки12, 19 И 20 ГатОВЫ К ПрИЕМу ГсаНН 11 Ха генератор 18 синхронизирующкхимпульсов очкщается. Блок 12 измерения скорости и длины капли апрелеляет временнь 1 е кнтервалы между Фиксированием различных частей капли 1и датчиками 8 и 9. Сигналы, соответствующие этим временным интерваЛаМ, ЗатЕМ ПОСЫЛаЮтСЯ В ВЫс 1 ИСПКТЕЛЬ -ную машину 16, где Определяетсявходная и выходная скорости :. ДлР 1 накапли 1.Сигнал входной скороститакже посылается в генератор 18синхронизирующих импульсов. Б МОмент Фиксирования датчикам 9 1.Среднего края капли 1 под действиемсигнала начала цикла блок 13 у 11 рав -пения сбором данных вь:рабат,:ваетсигнал начала сканирования, поступающий в блоки измеренкя деланияФормы капли 19 к 20, Затем бпакР.19 и 20 начинают получать скгальот камер 10 и 11. Б процесса падения капли 1 камерами 10 к "1 п 11 окз -водится сканирование, а б;1 оки 39и 20 Определяют В 3 крину и положениекраев к центра капли 1 для каждогоразвертывания, Сканирование произ -водится через равные расстояния,пройденные каплей 1. Скоростьюсканирования управляет генератор18 синхронизирующих кмпупьсав,После того, как камеры 10 и 11 произведут сканирование в 512 раз,блок управления сбором данньх прекращает вырабатывать сигнал началасканирования. Следующий цикл начкнается при получении сигналов сброса и начала цикла,но .производятся на экране. Зы 1 ксли - тельная машина 16 использует инфармацкю, накопленную в элементе памяти2 с 1, для определения объема и весакагли 1. Затем эта инФормация посылается в регистркрующее устройство25,Иа фиг,4 показан блок измеренияскорости к длина капли 12, Первоначальна датчик 8 вырабатывает сигнал,соответствующий коду "1" при пересеченкк каплей 1 траектории лазерногопуча 4. Быход датчика 8 через линию28 связан с блоком управления 13сбором данных, а также с входом схемы И 29 и инвертаром 30. Когда навыходе датчкка 8 сигнал соответствует коду "0", то на выходе блокауправленкя 13 скгнал сброса такжесоответствует коду "1".Выход сбросасоединен с кнвезткрованньм входаммупьтивибратара 31, Вход Й мультивибратора 31 связан с вхосдам схемы32. Первоначально на выходемультивкбратора 31 сигнал "1", поэтому при поступленки сигнала сбро -а "1", "1" вырабатывается на выходе схемы И 32. Выход схемы и 32связан с входам 1 схем И 2.,33 к 34.Таким образа.с 1 схемы И 29, 33 к 34находя:ся В рабочем состоянии, когдаНс 1 В 11 ХОИЕ СхсМ 11 И 3 с.13:,ход да.ика 9 сОедкнен с Вхадаси, схем . 33 и 34 и с ВхсДОм: инВеРТО 11 а 35. Выход инвер:ара 35 соеДИнн с Вхо ом схемь: И 29 и с Входомс 11 нсхро 3 изац 1:к мупьт 11 вкбратара 31,Так 11 м Образом, синхронизацк 1 Я мульт;вкбратора осуществляется в моменткз нения сигнала на выходе инвертсрс 1 а 1 0 нс 1 1что имеет место.,когда хвостовой кран капли 1 пооходи; мима да:чика 9. Когда на входсинхронизации мультивкбратора 31поступает "1" на его выходе, очищенном при гаступленки сигналасброса "0", генерируется сигнал "0,Эта В свою ОчезеДЬ приВОДит к пОЯВ -нению на выходе схемы И 32 скгнала,соответствующего коду "0", Такимобразам, выход схемы И 32 соответствует коду "1" между моментом,когда датчик 8 впервые заФиксировал появление капли 1, и моментом,когда датчик 9 в последний раз заФиксироваг. каглю 1.Выход схемы И 29 соответствует1, когда на выходе датчика 8 и на выходе датчика 9 "0" ( считая, что на выходе схемы И 32 "1"), Эта соответствует времени между моментамк фиксирования переднего края капли 1 каждым из датчиков 8 и 9. Выход схемь: И 33 соответствует "1", когда выход датчика 8 соответствует "О" и выход датчика 9 - "1". Это соответствует времени между момен Г ГЛИ3Т О-",3:.". . 1 ГПосле завершения каждого развертывания сигнал выполнения сканиро - вания "1" посылается в линии, которые связаны с входом схемы ИЛК 55, Выход схемы КЛИ 55 связан с входом И 54. Таким образом, ныход схемы И54 переходит в состоян 1 е 1 ,когда на выходе " мультивибратора 52 "1" (т,е, после получения сигнала начала цикла), и вырабатывается сигнал выполнения сканирования, Выход схемы И 54 соединен с элементом памяти 24, поэтому при появлении "1" на выходе схемы И 54 элемент памяти 24 получает данные из элементов измерения формы капли 19 и 20, После завершения сбора данных элементов памяти 24 на вход схемы И 56 поступает "1", Выход , мультивибратора 47, связанный с другим входом схемы И 56, находится в состоянии "1" на протяжении всего времени сбора информации. Таким образом, выход схемы И 56 измсняется с "0" на "1" после того, какданные каждого развертывания поступают в элемент памяти 24, Выходысхемы И 56 является линия 27, снязанная с элементами измерения формы капли 19 и 20,Процесс управления схемой фиг,5заключается в том, что при появлении сигналон начала сканированиякамеры 10 и 11 начинают произнодить 10 последовательные развертывания.После завершения каждого развертыванияполученные данные поступают в элемент 24. После завершения сбораданных элемента памяти 24 н блоки 15 измерения формы капли посылаетсясигнал, подготавливая их к измерениям следующего развертывания. Затемгенерируется следующий сигнал начала сканирования, и процесс повторяется. Выход ;, мультивибратора 49 связан с входом инвертора 57, Выход иннертора связан с инвертированнымвходом сброса мультивибратсра 47.каз 11237/59 Тираж 4 б 9 Подписное илиал ППП "Патент ИИПИ 10 б Р 027 иг,5 жгород, ул, Проектна