УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРИАНГУЛЯЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛИСТОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для автоматизации процессов контроля и сортировки листового проката и других подобных изделий.
Известно устройство, для триангуляционного измерения толщины изделий [Авторское свидетельство СССР №1647249]. Устройство содержит источники оптического излучения и позиционно-чувствительные приемники. Источники расположены таким образом, что зондирующие пучки лежат на одной прямой, позиционно-чувствительные фотоприемники принимают отраженное от поверхности изделия излучение. Путем измерения координат световых пятен на позиционно-чувствительных фотоприемниках оптических систем определяют расстояния от центров соответствующих оптических систем до поверхности изделия, а толщину изделия вычисляют по формуле h=T-A-B, где T - расстояние между центрами первой и второй оптических систем (величина постоянная, задается конструктивно), A и B - соответственно расстояния от центров первой и второй оптических систем до поверхности изделия;
Измерение толщины изделия таким устройством осуществляется без учета его наклона, что снижает точность измерений.
Известно также устройство триангуляционного измерения толщины листовых изделий с учетом наклона [Авторское свидетельство СССР №1826698]. Устройство содержит оптические системы, размещенные с двух противоположных сторон от листового изделия, так что зондирующие пучки оптических систем расположены на одной прямой. Кроме того, с одной из сторон от листового изделия расположен дополнительный зондирующий пучок излучения, ориентированный параллельно опорным пучкам и отстоящий от них на заданном расстоянии. На позиционно-чувствительные фотоприемники оптических систем принимают отраженные от листового изделия опорные и дополнительный пучки излучения и путем измерения координат световых пятен на позиционно-чувствительных фотоприемниках оптических систем определяют расстояния от центров соответствующих оптических систем до листового изделия, а толщину листового изделия вычисляют из показаний соответствующих оптических систем и геометрического расположения оптических систем в пространстве.
Недостатком такого устройства является низкая точность измерений, так как при измерениях учитывается наклон листового изделия только в одном (продольном) направлении (направлении подачи изделия) и не учитывается его наклон в поперечном направлении (направлении, перпендикулярном направлению подачи изделия).
Известно устройство триангуляционного измерения толщины листовых изделий с учетом наклона в продольном и поперечном направлениях [Авторское свидетельство СССР №1728647]. Устройство так же содержит оптические системы, размещенные с двух противоположных сторон от листового изделия, так что зондирующие пучки оптических систем расположены на одной прямой. Кроме того, устройство содержит два дополнительных источника зондирующего излучения, размещенных с одной из сторон листового изделия, ориентированных параллельно опорным пучкам и не лежащим на одной плоскости. Позиционно-чувствительные фотоприемники оптических систем принимают отраженные от поверхности листового изделия опорные и дополнительные пучки излучения. Толщину листового изделия вычисляют исходя из координат световых пятен на позиционно-чувствительных фотоприемниках оптических систем и геометрического расположения оптических систем в пространстве.
Основными недостатками данного устройства является то, что наклон листового изделия определяется лишь по наклону одной (верхней) поверхности изделия, не учитывая при этом возможно иной наклон другой (нижней) поверхности, вызванный изменением толщины изделия или его искривлением. Указанное приводит к снижению точности измерения толщины изделия.
К недостаткам данного устройства относятся также необходимость использования сложных оптических систем, содержащих непрозрачные и полупрозрачные зеркала (плоскопараллельные пластины), неудобные при настройке и эксплуатации.
Известно устройство для триангуляционного измерения толщины листовых изделий [Авторское свидетельство СССР №1826697], в работе которого учитывается наклон изделия, как в продольном, так и в поперечном направлениях.
Данное устройство содержит оптические системы с противоположных сторон от листового изделия, расположенные таким образом, что формируют на поверхности листового изделия опорные зондирующие пучки излучения, лежащие на одной прямой. Кроме того, с обеих сторон расположены дополнительные зондирующие пучки излучения, ориентированные параллельно опорным, отстоящие от них на заданных расстояниях и лежащие с ними во взаимно перпендикулярных плоскостях. Позиционно-чувствительные фотоприемники оптических систем принимают отраженные от листового изделия основные и дополнительные пучки излучения. Путем измерения координат световых пятен на позиционно-чувствительных фотоприемниках оптических систем определяют расстояния от центров соответствующих оптических систем до листового изделия, а толщину листового изделия вычисляют из показаний соответствующих оптических систем и геометрического расположения оптических систем в пространстве.
Точность измерения толщины листового изделия таким устройством существенным образом зависит от того, насколько точно в соответствующей формуле ее расчета учитывается информация о геометрических параметрах изделия. В реальности имеет место одновременное изменение толщины и наклона (коробления) листового изделия по двум координатам, в результате чего на отдельных его участках нижняя и верхняя поверхности могут быть непараллельными друг другу и иметь разный наклон, что не учитывается в данном изобретении.
Кроме того, данный способ устанавливает наклон локального участка листового изделия лишь по наклону одной из его поверхностей. При этом, однако, не учитывается наклон другой его поверхности.
Задачами предлагаемого изобретения являются:
- повышение точности определения толщины листового изделия посредством учета наклона нижней и верхней его поверхностей;
- упрощение устройства путем исключения необходимости использования для измерений сложных оптических систем;
Для достижения указанных технических результатов предлагаем использовать устройство для триангуляционного измерения толщины листовых изделий, содержащее источники оптического излучения, формирующие зондирующие пучки на поверхности листового изделия. Источники оптического излучения расположены таким образом, что формируют зондирующие световые пучки, как минимум, три с каждой стороны, причем источники излучения ориентированы так, что излучение пучков на противоположных сторонах листа образуют вершины пересекающихся выпуклых многоугольников. Позиционно-чувствительные фотоприемники расположены с обеих сторон от листового изделия. Фотоприемники регистрируют отраженное от изделия излучение. По данным с фотоприемников определяют координаты каждого светового пятна в плоскости изображения фотоприемника. По полученным координатам пучков определяют пространственные координаты пучков на поверхности листового изделия и вычисляют толщину изделия как расстояние между многоугольниками на противоположных сторонах листа в области их пересечения.
Устройство для триангуляционного измерения толщины листовых изделий представлено на фигуре 1. На листовое изделие ЛИ источники излучения ВИ1, ВИ2, ВИ3 формируют пучки излучения ВП1, ВП2, ВП3 с одной стороны и источники излучения НИ1, НИ2, НИ3 формируют пучки излучения НП1, НП2, НП3 с другой стороны. Отраженное от объекта излучения регистрируют позиционно-чувствительные фотоприемники П1 и П2, которые могут состоять, например, из фоточувствительной матрицы и фокусирующей линзы.
Изобретение работает следующим образом. Излучения от источников ВИ1, ВИ2, ВИ3 формирует на поверхности листового изделия ЛИ пучки излучения, которые детектируются фотоприемником П1. Поскольку геометрическое положение источников излучения ВИ1, ВИ2, ВИ3, направление излучения и положение фотоприемника Ш неподвижны в пространстве, то по положению пучков излучения на матрице фотоприемника можно однозначно определить пространственные координаты этих пучков на поверхности листового изделия. Аналогично, геометрическое расположение источников излучения НИ1, НИ2, НИ3, направление их излучения, геометрическое расположение фотоприемника П2 и положение пучков излучения на матрице фотоприемника П2 однозначно определяет пространственные координаты пучков от источников НИ1, НИ2, НИ3 на противоположной поверхности листового изделия ЛИ. Координаты пучков излучения вычисляются с помощью процедуры калибровки, реализация которой представлена ниже.
После определения пространственных координат пучков излучения на поверхности листового изделия вычисляется толщина, как среднее расстояние между треугольником, образованным источниками ВИ1, ВИ2, ВИЗ и треугольником, образованным источниками НИ1, НИ2, НИ3. В случае применения большего количества источников - расстояние будет определяться между соответствующими многоугольниками, образованными источниками излучения расположенными сверху от листового изделия и снизу.
Калибровка осуществляется следующим образом. Независимо калибруются источники излучения, чтобы по положению их изображения на фотоприемнике можно было определить пространственное положение пучка излучения на листовом изделии.
Калибровка может выполняться либо опираясь на геометрическое расположение и направление излучения источников и расположение фотоприемников, либо с использованием плоской калибровочной поверхности, смещаемой на известное расстояние перпендикулярно плоскости поверхности.
В результате калибровки для каждого источника излучения будет получена зависимость
x
y
z
x=K(m,n), y=K(m,n), z=K(m,n),
где m,n - координаты изображения пучка излучения на фотоприемнике, Kx, Ky, Kz - функции зависимости соответствующих пространственных координат от координат изображения пучка на фотоприемнике.
Функции Kx, Ky, Kz представляют собой монотонные функции, близкие к линейным.
Таким образом, устройство для триангуляционного измерения толщины листовых изделий позволяет измерять толщину листового изделия при его произвольной ориентации в измерительном объеме. Изобретение может применяться, например, в металлургической промышленности для измерения толщины горячего и холодного металлопроката.