Искатель кромок листового проката

Полезная модель относится к измерительным устройствам, а именно к средствам для определения пространственных координат кромок листового проката. Техническое решение предназначено преимущественно для поиска четырехугольных листов металла в зоне ультразвукового контроля (УЗK).
Автоматизированные производственные процессы обработки листового проката и контроля его качества требуют определения наличия, количества и расположения объектов контроля (OK) в рабочей зоне технологической линии, что осуществляется на основе измеренных пространственных координат кромок листового проката. В частности, при проведении УЗK определяют координаты прямоугольной области сканирования листа, в пределах которой перемещают ультразвуковые преобразователи (УЗП). Для листов правильной формы с обрезными краями координаты четырех точек границ области сканирования соответствуют четырем углам OK. Если лист является необрезным или искривлен, то область сканирования ограничивают прямоугольником, вписанным в габаритные размеры листа сложной формы для исключения выхода УЗП за границы OK и предотвращения ложных срабатываний.
Из патентного документа RU 2298180 С2 от 27.04.2007 известно устройство для УЗK, содержащее искатель кромок листового проката. Известное техническое решение включает в себя механические датчики положения продольных кромок контролируемого листа с механизмами перемещения, блоки оптических датчиков поиска продольных кромок контролируемого листа, снабженные приводами с малым ходом относительно поперечного размера листа, стационарные оптические датчики для обнаружения листа и оптические датчики поиска поперечных кромок листа. Стационарные оптические датчики для обнаружения листа фиксируют появление листа перед установкой и включают систему оптических датчиков поиска поперечных кромок листа. Автоматическая система, получив сигналы от датчиков, определяет форму передней поперечной кромки листа. Затем включаются блоки оптических датчиков для определения положения правой и левой продольных кромок листа. Из-за ограниченного хода приводов датчиков поиска продольных кромок контролируемого листа известный искатель имеет узкие рабочие зоны, разделенные слепой областью, из-за чего охват OK по всей его ширине не возможен. По данной причине известное устройство не способно обнаружить листовой прокат, имеющий размер, существенно отличающийся от заданного, или который расположен произвольным образом.
Решаемой технической проблемой является обнаружение в рабочей зоне листового проката различного размера и/или локации.
Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в расширении рабочей зоны искателя, в которой могут быть обнаружены кромки листового проката.
Технический результат достигается благодаря тому, что искатель кромок листового проката содержит датчик кромки листа, линейный силовой привод, осциллятор, устройство управления, обработчик измерительной информации и станину. Причем датчик кромки листа электрически соединен с обработчиком измерительной информации и кинематически связан со станиной через силовой привод, соединенный в свою очередь с устройством управления и с осциллятором для придания датчику периодического колебательного движения.
В частном случае осуществления полезной модели искатель содержит дополнительный линейный силовой привод, связанный со станиной, датчиком кромки листа и устройством управления. При этом силовые приводы пространственно ориентированы из условия возможности перемещения датчика во взаимно перпендикулярных направлениях.
В другом частном случае амплитуда колебаний датчика кромки листа выбрана из условия превышения ширины рабочей зоны для размещения листового проката.
В частном случае искатель содержит датчики кромки листа, а осциллятор связан с групповым силовым приводом для обеспечения возможности синхронно-синфазного движения всех указанных датчиков.
В частном случае искатель характеризуется тем, что число датчиков выбрано из условия (1).
Где:
N - число датчиков;
W - ширина рабочей зоны;
А - амплитуда поперечного сканирования;
L - расстояние между соседними датчиками.
Также в частном случае искатель содержит линейку датчиков кромки листа, при этом все датчики жестко связаны между собой и равномерно распределены на одной прямой.
В частном случае амплитуда колебаний каждого датчика кромки листа выбрана из условия (2).
,
где А - амплитуда поперечного сканирования;
W - ширина рабочей зоны;
N - число датчиков.
В еще одном частном случае осциллятор выполнен гармоническим.
Сущность устройства поясняется следующими чертежами и схемами, на которых в качестве примера показан предпочтительный вариант конструкции искателя кромок листового проката.
Фиг. 1: искатель кромок листового проката (вид спереди и в плане).
Фиг. 2: электрокинематическая схема искателя кромок.
Фиг. 3-4: поперечное перемещение датчиков кромки в процессе измерения (вид спереди).
Фиг. 5: траектории движения датчиков кромки (вид в плане).
Фиг. 6: вычисленная область сканирования листа при УЗK.
Фиг. 7: листовой прокат различного размера и локации в рабочей зоне.
Показанный на фиг. 1 искатель кромок листового проката входит в состав установки для УЗK металлопродукции и состоит из сборочных единиц, включая пять датчиков 1 кромки листа, подвес 2, портальную балку 3, пару кареток 4, две опоры 5 с колесными тележками 6, снабженными электромоторами 7. Также искатель содержит блок управления 8, осциллятор 9 и вычислительное устройство 10.
Датчики 1 служат для детектирования кромок листа. В качестве датчиков 1 применяют оптические дальномеры или бесконтактные индуктивные устройства, известные, в частности, из RU 146270 U1 от 10.10.2014, или контактные механические датчики слежения с прижимными рабочими элементами. Все датчики 1 имеют одинаковый тип и характеристики. Подвес 2 выполнен в виде жесткой пластины, являющейся несущим элементом для датчиков 1. Портальная балка 3 и опоры 5 совместно образуют станину искателя, ширина пролета которой достаточна для нахождения под ней OK. Станина выполнена с возможностью продольного перемещения относительно OK по рельсам 11 посредством колесных тележек 6 с электромоторами 7 в качестве линейного силового привода датчиков 1. Длина рельсов 11 достаточна для перемещения искателя вдоль всей рабочей зоны. При перемещении OK по рольгангу станина искателя неподвижна относительно пола цеха, тележки 6 в этом случае не требуются. Альтернативно станина может быть выполнена в виде несущего каркаса или основания. Каретки 4 снабжены роликами и моторизированы. Данные каретки предназначены для линейного силового привода датчиков 1 с целью их поперечного перемещения относительно OK. Вместо кареток 4 возможно использование в конструкции линейных подшипников или актуаторов как законченных исполнительных устройств. Блок управления 8 выполнен в виде электронного устройства с логическими элементами. Осциллятор 9 представляет собой отдельный электронный блок на основе кристалла кварца или электромеханическое устройство, характеризуется регулируемой частотой собственных гармонических колебаний. В альтернативном варианте конструкции осциллятор 9 выполнен как функциональный узел блока управления 8. Вычислительное устройство 10 является компьютерным обработчиком измерительной информации.
Все перечисленные элементы искателя кромок листового проката взаимно соединены сборочными операциями и находятся в функционально-конструктивном единстве. Составные части искателя соединены со станиной устройства напрямую или через несущие элементы.
Датчики 1 установлены по одной линии и равномерно распределены в пространстве на этой прямой, перпендикулярной продольной оси OK. Датчики 1 жестко сопряжены посредством пластины подвеса 2, к нижней стороне которой они прикреплены. Указанная пластина соединена с каретками 4 через несущие элементы конструкции подвеса 2. Каретки 4 установлены на верхней поверхности портальной балки 3 с возможностью перемещения вдоль этой балки как по направляющей, перпендикулярно продольной оси OK. Таким образом, датчики 1 кинематически связаны с портальной балкой 3 через силовой привод поперечного перемещения. Балка 3 соединена с тележками 6 через опоры 5. Блок управления 8, осциллятор 9 и вычислительное устройство 10 механически соединены с балкой 3. Оси роликов кареток 4 и колес тележек 6 лежат в параллельных плоскостях под взаимным углом 90°, благодаря чему обеспечивается возможность перемещения датчиков 1 во взаимно перпендикулярных направлениях.
Выходы датчиков 1 электрически соединены с информационным входом вычислительного устройства 10 (фиг. 2). Управляющие входы электромоторов 7 тележек 6 напрямую соединены с соответствующим выходом блока управления 8, а управляющие входы двигателей кареток 4 связаны с блоком управления 8 через электронный осциллятор 9. При выполнении осциллятора в виде электромеханического устройства электрическая связь кареток 4 с блоком управления 8 отсутствует, так как при этом каретки 4 приводит в движение непосредственно электромеханический осциллятор.
Искатель кромок листового проката работает в автоматическом режиме следующим образом.
В рабочей зоне технологической линии раскладывают единицы листового проката. Листы 12 кладут поверх вспомогательной подставки 13, находящейся на ровном полу производственного помещения (фиг. 3).
После этого регулируют собственную частоту осциллятора 9 исходя из минимально возможного продольного размера OK.
Затем автоматика начинает определять наличие, количество и расположение листов 12.
Блок управления 8 подает питание на электромоторы 7 и придает тележкам 6 и всему устройству поступательное движение вдоль OK по рельсовому пути, на котором стоит искатель кромок. Одновременно с этим блок управления 8 запускает осциллятор 9, под действием которого каретки 4 с подвесом 2 совершают возвратно-поступательные движения относительно портальной балки 3 поперек OK (фиг. 3 и 4). В результате сложения сил, одновременно действующих по поперечной координатной оси X и продольной оси Y, по которым пространственно ориентированы исполнительные элементы силовых электроприводов, датчики 1 совершают в плане волновые движения с синусоидальными траекториями сканирования А, В, С, D и Е относительно неподвижного листа 12 (фиг. 5), покрывающими зону контроля с равномерностью, достаточной для определения наличия, количества и расположения OK в рабочей зоне технологической линии. При необходимости осциллятор 9 позволяет задавать траектории сканирования в виде пилы, меандра или иной подходящей для целей контроля формы. В точках прохода датчиков 1 над границами листа 12 измерительный сигнал, поступающий на вход вычислительного устройства 10, изменяется на пороговую величину, что позволяет детектировать продольные и поперечные кромки листа 12 и по массиву координат данных точек вычислять аппроксимированный контур листа 12, например, соединяя точки прямыми отрезками. По координатам краев листов 12 определяют наличие, количество и расположение всех листов 12 в рабочей зоне. Кроме того, информация о реальной форме листового проката позволяет ограничить область сканирования УЗK необрезных или искривленных листов 12, например серповидных, правильным прямоугольником 14 (фиг. 6).
Так как датчики 1 расположены линейно и жестко соединены с пластиной подвеса 2, то движения датчиков 1 синхронно-синфазны. При выполнении искателя с независимым подвесом датчиков 1 синхронно-синфазное движение этих датчиков обеспечивает групповой силовой привод координатного устройства. Амплитуду колебаний каждого датчика 1 выбирают из условия (2), что делает возможным обнаружение в рабочей зоне листового проката 15, 16, 17 различного размера и/или локации по всей ширине рабочей зоны (фиг. 7).
Для получения настолько широкой рабочей зоны искателя, чтобы обеспечить обнаружение в ней кромок листового проката различного размера и/или локации, достаточно одного датчика 1 с амплитудой сканирования А, превышающей значение W. Однако использование единственного датчика 1 с такой большой амплитудой поперечного сканирования не всегда возможно в реальных условиях по причине снижения производительности технологического процесса. Поэтому на практике число датчиков выбирают из условия (1).
Частоту колебаний датчиков 1 задают предпочтительно такой, чтобы траектории А, В, С, D и Е и продольно накрывали OK минимальной возможной длины по меньшей мере полуторами периодами сканирования для обеспечения достаточной плотности контроля.
При необходимости поиска кромок ленточного материала устройство работает аналогичным образом.