БЕСКОНТАКТНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТОЛЩИНЫ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА
CONTACTLESS GLASS SHEET THICKNESS METER

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.
1
2
Измеритель содержит задающий генератор (источник импульсного питания) 1, коммутаторы (триггеры) 2, лазерные диоды ЛД (3) и ЛД (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:
1
2
1
1
2
2
3
Импульсы генератора 1 с частотой 8-10 кГц подаются на вход коммутатора 2. Разделенные импульсы подаются на лазерные диоды ЛД (3) (измерительный) и ЛД (4) (компенсационный). Поток излучения измерительного лазерного диода ЛД подается на фотодиод ПОИ (7) и через измеряемое листовое стекло 6 подается на идентичный фотодиод ПОИ (8). Излучение компенсационного лазерного диода ЛД, проходя через измеряемое листовое стекло, тоже попадает на идентичный фотодиод ПОИ (9).
1
2
3
Далее эти сигналы поступают в блок обработки фотоэлектрического сигнала БОФС 10, где реализуется отношение сигналов ПОИ и ПОИ и сравнение сигналов ПОИ, а затем подается в усилитель 11. Сигнал, пропорциональный величине толщины, подается на измерительный прибор ИП 12.
Сущность метода заключается в следующем (Фиг.2).
1
1
2
2
3
1
4
2
5
3
Принципиальная электрическая схема Фиг.2 состоит из: К - коммутатор; R - переменное сопротивление для регулировки тока ЛД; R - переменное сопротивление для регулировки тока ЛД; R - шунтирующая нагрузка на ПОИ; R - шунтирующая нагрузка на ПОИ; R - шунтирующая нагрузка на ПОИ; БОФС - блок обработки фотоэлектрического сигнала.
1
1
2
2
3
Пусть из ЛД идет изучение, например, под углом α (α≈35°) (одновременно под таким же углом попадает на ПОИ), пройдя расстояние AD и преломляясь, попадает на ПОИ. AD - расстояние прохождения потока излучения, падающего на верхнюю поверхность измеряемого листового стекла под малым углом α (α=i); поток излучения из ЛД падает перпендикулярно к поверхности листового стекла и попадает на ПОИ. 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
2
Отсюда видно, что толщина Н прямо пропорциональна h·sinr, т.е. угол r изменяется в зависимости от толщины листового стекла. Регистрируя ПОИ на сколько меняется угол r, определим Н.
2
3
А для регистрации дефектов, загрязнений, цвета и т.д. использован оптрон ЛД ПОИ 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.