Патент на изобретение №2323054

(54) ФОТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ И КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области бесконтактных измерений размеров и контроля положения изделий с использованием волоконной оптики. Фотоэлектронное устройство для измерения линейных размеров и контроля положения изделий содержит волоконно-оптический преобразователь, состоящий из световодов прямоугольного сечения, входные торцы которых расположены на одной прямой вплотную друг к другу широкими сторонами, образуя входной зрачок, а выходные торцы расположены в виде прямоугольной матрицы, образуя выходной зрачок, источник света, установленный напротив волоконно-оптического преобразователя и перпендикулярно движению изделия, цифровую видеокамеру и компьютер для обработки цифрового видеоизображения. Технический результат: упрощение конструкции, повышение быстродействия и разрешающей способности. 4 ил.

Изобретение относится к области бесконтактных измерений размеров и контроля положения изделий с использованием волоконной оптики и может быть использовано в прокатном производстве, например, для измерения ширины и смещения движущегося проката относительно центральной линии агрегата.

Известно фотоэлектронное измерительное устройство, преобразующее положение светового луча в десятичный код, содержащее цифровое устройство с индикаторами и дешифраторами и оптико-электронный блок с сигнальными жгутами из световодов [а.с. СССР № 319837, кл. С01В 11/02, 1971].

Недостатком описанного устройства такого типа является последующее преобразование многоразрядного параллельного двоичного кода в десятичный код, что требует применения сложных цифровых устройств. С увеличением числа разрядов сложность дешифраторов возрастает чрезмерно быстро, что ухудшает параметры измерительной системы в целом.

За прототип принято фотоэлектронное устройство для измерения линейных размеров тел [а.с. СССР № 335533, кл. G01В 11/02, 1972], содержащее волоконно-оптический преобразователь, состоящий из световодов прямоугольного сечения, входные торцы которых расположены на одной прямой вплотную друг к другу широкими сторонами, образуя входной зрачок, а выходные торцы расположены в виде прямоугольной матрицы, образуя выходной зрачок.

Недостатком описанного устройства является последующая развертка преобразованного изображения, что требует применения генератора дискретной развертки с двумя группами управляемых ключей и блока программного управления. С увеличением числа световодов количество управляемых ключей и сложность блока программного управления возрастает чрезмерно быстро, что ведет к усложнению конструкции, ухудшает быстродействие и ограничивает повышение разрешающей способности устройства.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение быстродействия и разрешающей способности устройства.

Технический результат достигается тем, что фотоэлектронное устройство для измерения линейных размеров и контроля положения изделий, содержащее волоконно-оптический преобразователь, состоящий из световодов прямоугольного сечения, входные торцы которых расположены на одной прямой вплотную друг к другу широкими сторонами, образуя входной зрачок, а выходные торцы расположены в виде прямоугольной матрицы, образуя выходной зрачок, согласно изобретению, оно дополнительно содержит источник света, установленный напротив волоконно-оптического преобразователя и перпендикулярно движению изделия, цифровую видеокамеру и компьютер для обработки цифрового видеоизображения, при этом матрица выходных торцов световодов совместно с цифровой видеокамерой размещена в тубусе, выполненном из герметичного материала, при этом объектив видеокамеры расположен над прямоугольной матрицей и его ось перпендикулярна плоскости матрицы, а цифровая видеокамера соединена с компьютером для обработки цифрового видеоизображения.

Благодаря использованию источника света, световодов и цифровой видеокамеры решается проблема обзора ширины и положения движущегося изделия по всей ширине агрегата без потери точности измерения и разрешающей способности фотоэлектронного устройства. Применение цифровой видеокамеры для контроля положения и ширины движущегося изделия предполагает ее установку на определенном расстоянии от изделия для обеспечения обзора по всей ширине агрегата, при этом с увеличением ширины последнего точность измерения устройства падает. Использование светового потока от источника света позволяет точно спроецировать положение и ширину изделия на световоды входного зрачка. Применение цифровой видеокамеры совместно со световодами упрощает передачу изображения контролируемого участка агрегата в компьютер для обработки цифрового видеоизображения без потери разрешающей способности фотоэлектронного устройства и, следовательно, повышает точность измерения, при этом устраняется необходимость изменения расстояния между видеокамерой и изделием при изменении контролируемой ширины агрегата.

Благодаря использованию цифровой видеокамеры и компьютера для обработки цифрового видеоизображения значительно упрощается конструкция, повышается быстродействие фотоэлектронного устройства и, следовательно, улучшается эффективность контроля положения и качество измерения ширины при высоких скоростях транспортировки изделия.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная схема фотоэлектронного устройства для измерения линейных размеров и контроля положения изделий; на фиг.2 – входной зрачок; на фиг.3 – выходной зрачок; на фиг.4 – изображение выходного зрачка в компьютере для обработки цифрового видеоизображения в виде матрицы чисел.

Фотоэлектронное устройство для измерения линейных размеров и контроля положения изделий (фиг.1) включает в себя волоконно-оптический преобразователь 1, состоящий из световодов прямоугольного сечения 2, входные торцы которых расположены на одной прямой вплотную друг к другу широкими сторонами, образуя входной зрачок 3, а выходные торцы расположены в виде прямоугольной матрицы, образуя выходной зрачок 4, источника света 5, установленный напротив волоконно-оптического преобразователя и перпендикулярно движению изделия 6, цифровую видеокамеру 7 и компьютер для обработки цифрового видеоизображения 8. Матрица выходных торцов световодов совместно с цифровой видеокамерой размещена в тубусе 9, выполненном из герметичного материала, при этом объектив цифровой видеокамеры 10 расположен над прямоугольной матрицей и его ось перпендикулярна плоскости матрицы. Цифровая видеокамера соединена с компьютером для обработки цифрового видеоизображения.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника света 5 направлен на волоконно-оптический преобразователь 7. При отсутствии изделия 6 в контролируемой зоне все световоды 2 входного зрачка 3 засвечены. Изделие 6 приходит в зону измерения и занимает положение, указанное на чертеже (фиг.2), перекрывая световой поток от источника света 5. При этом часть световодов 2 входного зрачка 3 волоконно-оптического преобразователя 1 остается засвеченной, что отображается на выходном зрачке 4 (фиг.3) и передается в компьютер для обработки цифрового видеоизображения 8 посредством цифровой видеокамеры 7, выполняющей сканирование и оцифровку изображения матрицы световодов. Выходной зрачок 4 и объектив цифровой видеокамеры 10 расположены в тубусе 9, выполненном из герметичного материала, например пластика, для предотвращения попадания внешнего излучения на выходной зрачок 4. Изображение выходного зрачка 4, оцифрованное с помощью цифровой видеокамеры 7 и поступившее в компьютер для обработки цифрового видеоизображения 8, представляется в виде матрицы чисел размерностью n×m (фиг.4). Каждый элемент (число) числовой матрицы представляет собой яркость соответствующего пикселя изображения (n×m – разрешение цифровой видеокамеры). Световоды 2, на которые не попал световой поток от источника света 5, выделяются в числовой матрице более низкой яркостью (меньшими числами) по сравнению с засвеченными световодами. Таким образом, обрабатывая числовую матрицу можно сделать заключение о ширине и смещении движущего проката от центральной линии технологического агрегата.

Значение ширины изделия определяется по формуле

где Шизд – ширина изделия, м;

Kсу – количество световодов устройства;

Ксл – количество световодов, засвеченных слева;

Ксп – количество световодов, засвеченных справа;

Шс – ширина узкой стороны прямоугольного световода, м.

Значение смещения изделия от центральной линии агрегата определяется по формуле:

где Ссмещ – смещения изделия от центральной линии технологического агрегата, м.

Пример.

Пусть Kсу = 600, Ксл = 250, Ксп = 150, Шс = 0,001 м. По формуле (1) Шизд = (600-250-150)·0,001 м = 0,2 м. По формуле (2) Ссмещ = (250-150)·0,001 м = 0,1 м.

Таким образом, из приведенного выше примера видно, что чем меньше ширина узкой стороны прямоугольного световода, тем выше разрешающая способность и точность измерения фотоэлектронного устройства.

Формула изобретения

Фотоэлектронное устройство для измерения линейных размеров и контроля положения изделий, например для измерения ширины и смещения движущегося проката относительно центральной линии агрегата, содержащее волоконно-оптический преобразователь, состоящий из световодов прямоугольного сечения, входные торцы которых расположены на одной прямой вплотную друг к другу широкими сторонами, образуя входной зрачок, а выходные торцы расположены в виде прямоугольной матрицы, образуя выходной зрачок, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит источник света, установленный напротив волоконно-оптического преобразователя и перпендикулярно движению изделия, цифровую видеокамеру и компьютер для обработки цифрового видеоизображения, при этом матрица выходных торцов световодов совместно с цифровой видеокамерой размещена в тубусе, выполненном из герметичного материала, при этом объектив цифровой видеокамеры расположен над прямоугольной матрицей и его ось перпендикулярна плоскости матрицы, а цифровая видеокамера соединена с компьютером для обработки цифрового видеоизображения.

РИСУНКИ