СИСТЕМА БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ПРОКАТНОГО ЛИСТА

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использована для автоматизации процессов контроля и сортировки листового проката и подобных изделий.
Известна установка (патент RU №67706, дата приоритета 15.06.07 г.) автоматического бесконтактного определения геометрических параметров движущихся объектов, состоящая из блока сканирования, а именно двух П-образных ферм, лазерных излучателей маркерной линии, измерительных модулей, блока обработки, а именно блока модуля обработки снимков маркерной линии и датчика присутствия объекта, отличающаяся тем, что измерительный модуль содержит трехслойный полосовой фильтр.
Недостатком такой установки является то, что лазерные модули, создающие плоскость сканирования, и измерительные блоки жестко смонтированы по периметру двух П-образных ферм, что ограничивает диапазон и точность измерений.
Задачей заявляемой полезной модели является создание системы измерения геометрических размеров прокатного листа, определяющей длину, ширину, толщину и кривизну, (серповидность) в движении, без предварительной остановки транспортной линии.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение точности и расширение диапазона измерений геометрических размеров прокатного листа.
Технический результат достигается за счет системы бесконтактного измерения геометрических размеров прокатного листа, включающей три отдельно стоящие рамы, на первой из которых размещена видеокамера, на второй раме, выполненной с двумя перекладинами, попарно размещены оптические датчики, на третьей раме расположены видеокамеры и датчики линейного перемещения на подвижных кронштейнах, между которыми перпендикулярно плоскости рамы размещены оптические датчики.
Заявляемую полезную модель поясняют чертежи, где:
на фиг.1 - вид сверху;
на фиг.2 - вид спереди рамы 1 и поперечное сечение транспортной линии (вид по сечению А-А);
на фиг.3 - вид спереди рамы 2 и поперечное сечение транспортной линии (вид по сечению Б-Б);
на фиг.4 - вид спереди рамы 3 и поперечное сечение транспортной линии (вид по сечению В-В);
на фиг.5 - вид рамы 3 сбоку.
На фиг.1 показан вид сверху заявляемой системы бесконтактного измерения геометрических размеров прокатного листа, включающей три отдельно стоящие рамы 1, 2, 3, размещенные в пределах зоны измеряемого листа 4 по ходу движения транспортной линии 5. На раме 1 (фиг.1, 2) установлена 3D-камера (далее камера) 6, имеющая границу 6' зоны сканирования параллельную направлению перемещения измеряемого листа 4. Рама 2 (фиг.1, 3) имеет верхнюю балку 7 и нижнюю балку 7', на которых соосно размещены три пары лазерных дальномеров 8а, 8а'; 8b, 8b'; 8с, 8с'. На противоположных краях рамы 3 (фиг.1, 4) расположены подвижные кронштейны 9а, 9b, на которых установлены камеры 10а, 10b, имеющие границы 10а' и 10b' зон сканирования, перпендикулярные плоскости направления перемещения измеряемого листа 4, и датчики 11a, 11b линейного перемещения камер 10а, 10b. Между кронштейнами 9а и 9b (фиг.5, 1) перпендикулярно раме 3, расположена балка 3', на которой с заданным расстоянием установлены оптические датчики 12а, 12b, 12 с, 12d.
Настройка системы.
i
1
баз
2
баз
Перед началом работы на транспортную линию помещают эталонный образец прокатного листа, по геометрическим размерам которого производят настройку работы системы. Определяют месторасположение рам 1, 2, 3 по ходу движения транспортной линии 5. Камерам 6, 10а, 10b задают временной интервал периодичности сканирования. Задают расстояния L между границей зоны сканирования 6' и оптическими датчиками 12а, 12b, 12с, 12d и расстояния s между оптическими датчиками 12а, 12b, 12с, 12d. Задают расстояние h междудатчиками 8а и 8а', 8b и 8b', 8с и 8с' и расстояние s между парами лазерных датчиков 8а-8а' и 8b-8b' и 8с-8с'. Задают расстояние S между границами 10а' и 10b' зон сканирования камер 10а и 10b.
Система работает следующим образом.
Длину измеряемого листа 4 определяют при прохождении между рамами 1 и 3. Камера 6 проецирует лазерный луч на движущийся измеряемый лист 4 и определяет координату заднего края измеряемого листа 4, которая соответствует точке линейного искажения изображения лазерного луча. Соответствующая информация поступает в вычислитель (на чертежах не показан) и ожидается срабатывание одного из оптических датчиков 11a, 11b, 11c, 11d, определяющих передний край измеряемого листа. При срабатывании одного из оптических датчиков 11a, 11b, 11c, 11d вычислитель проверяет наличие информации о координате заднего края измеряемого листа. Если задний край определен, т.е. находится в зоне сканирования, то длину измеряемого листа определяют по формуле:
i
L=dL+L, где
L - длина измеряемого листа
dL- величина, отражающая смещение края измеряемого листа относительно границы зоны сканирования 6', задаваемая при настройке системы.
i
L.- длина от границы зоны сканирования до соответствующего оптического датчика, i=9а, 9b, 9c, 9d. Если задний край измеряемого листа 4 не определен, следовательно, его длина превышает длину эталона, то такой лист относят к категории «брак».
Толщину измеряемого листа определяют при прохождении через раму 2.
1
2
Лазерные дальномеры 8а, 8b, 8с, и 8а', 8b', 8с', расположенные соответственно на раме 2 и балке 2', направляют лучи перпендикулярно плоскости измеряемого листа 4 и измеряют расстояние h и h до поверхности измеряемого листа. Используя полученные значения, толщину вычисляют по формуле:
баз
1
2
Н=h-h-h, где
Н - толщина измеряемого листа,
баз
h - расстояние между лазерными датчиками 8а и 8а', 8b и 8b', 8с и 8с', заданные при настройке системы;
1
2
h - расстояние между лазерными датчиками 8а, 8b, 8с и верхней поверхностью измеряемого листа 4; h - расстояние между лазерными датчиками 8а', 8b', 8с' и нижней поверхностью измеряемого листа 4.
баз
Ширину и кривизну (серповидность) измеряемого листа определяют при прохождении через раму 3. Датчики линейного перемещения 11a, 11b определяют положение камер 10a и 10b на раме 3, соответствующая информация поступает в вычислитель, где рассчитывается величина S' по формуле:
баз
S - расстояние между границами 10а' и 10b' зон сканирования камер 10а и 10b определенное при настройке системы;
баз
S' - текущее расстояние между границами 10а' и 10b' зон сканирования камер 10а и 10b;
лев.кр
∆S - смещение левого кронштейна относительно его положения при настройке системы;
прав.кр
∆S - смещение правого кронштейна относительно его положения при настройке системы;
Камеры 10а и 10b сканируют левый и правый края измеряемого листа 4, координаты которых поступают в вычислитель, далее ширину измеряемого листа 4 определяют по формуле:
i
баз
лев
прав
S=S-dS+dS
i
S - ширина листа в i-м измерении;
баз
S- расстояние между камерами 10а и 10b,
лев
dS - величина, отражающая смещение положения левого края измеряемого листа 4 относительно границы 10а' зоны сканирования камеры 10а.
прав
dS - величина, отражающая смещение положение правого края измеряемого листа относительно границы 10b' зоны сканирования камеры 10b.
Кривизну (серповидность) прокатного листа 4 определяет вычислитель из массива измерений ширины листа по окончании процедуры измерения ширины листа. Кривизну края листа определяют для каждого края прокатного листа 4 как величину наибольшего отклонения края листа от прямой, соединяющей начальную и конечную точку края прокатного листа 4, и рассчитывают по следующей формуле:
max
dS - кривизна листа;
N
S - значение смещения края листа относительно границы зоны сканирования при измерении ширины заднего края прокатного листа 4;
0
S - значение смещения края листа относительно границы зоны сканирования при измерении ширины переднего края прокатного листа 4;
i
S - значение смещения края листа относительно границы зоны сканирования при измерении ширины прокатного листа 4;
N - количество выполненных измерений ширины прокатного листа.
Пример измерения длины. Прокатный лист 4 перемещается по транспортной линии 5. При перемещении прокатного листа 4 под рамами 1 и 3 оптические датчики 12а, 12b, 12с, 12d, размещенные на балке 3' рамы 3 детектируют передний край листа прокатного листа 4.
При срабатывании оптического датчика 12а, детектирующего передний край прокатного листа 4, вычислитель определяет отсутствие заднего края листа на изображении, полученном с камеры 6, и переходит в состояние ожидания срабатывания оптического датчика 12b.
При срабатывании оптического датчика 12b вычислитель определяет наличие заднего края листа на изображении, полученном с камеры 6, и вычисляет расстояние от границы зоны сканирования 6' до заднего края листа, после чего рассчитывает значение длины:
L=dL+L2=560 мм+11440 мм=12000 мм
dL=560 мм - величина смещения заднего края листа от границы зоны сканирования 6' камеры 6.
L2=11440 мм - постоянная, измеряемая при настройке величина отражающая расстояние между границей зоны сканирования 6' и оптическим датчиком 12b,
Пример измерения толщины. Прокатный лист 4 перемещается по транспортной линии 5 под рамой 2. Дальномеры 8а, 8b, 8с расположенные на балке 7 измеряют расстояние до верхней поверхности листа, дальномеры 8а”, 8b”, 8с” расположенные на балке 7” измеряют расстояние до нижней поверхности листа. Показания дальномеров поступают в вычислитель, который рассчитывает толщину прокатного листа по данным, полученным от каждой пары дальномеров:
аа'
абаз
1a
2а"
Н=h-h-h=105 мм-56 мм-38 мм=11 мм
aa'
H - толщина листа, определенная дальномерами 8а и 8а";
абаз
h=105 мм - постоянная, измеряемая при настройке величина отражающая расстояние между дальномерами 8а и 8а";
1a
h=56 мм - расстояние от дальномера 8а до верхней поверхности прокатного листа 4;
2a"
h=38 мм - расстояние от дальномера 8а" до нижней поверхности прокатного листа 4.
bb'
bбаз
1b
2b"
Н=h-h-h=103 мм-59 мм-32 мм=12 мм
bb'
Н - толщина листа, определенная дальномерами 8b и 8b";
bбаз
h=103 мм - постоянная, измеряемая при настройке величина отражающая расстояние между дальномерами 8b и 8b";
1b
h=59 мм - расстояние от дальномера 8b до верхней поверхности прокатного листа 4;
2b"
h=32 мм - расстояние от дальномера 8b' до нижней поверхности прокатного листа 4.
cc'
сбаз
1c
2c'
Н=h-h-h=103 мм-59 мм-32 мм=12 мм
с'
h - толщина листа, определенная дальномерами 8с и 8с';
cбаз
h=103 мм - постоянная, измеряемая при настройке величина отражающая расстояние между дальномерами 8с и 8с';
1c
h=59 мм - расстояние от дальномера 8 с до верхней поверхности прокатного листа 4;
2с'
h=32 мм - расстояние от дальномера 8с' до нижней поверхности прокатного листа 4.
баз
Пример измерения ширины и кривизны. Прокатный лист 4 перемещается по транспортной линии 5 под рамой 3. Вычислитель, исходя из показаний датчиков линейного перемещения 11а и 11b, установленных на подвижных кронштейнах 9а и 9b, определяет текущее расстояние S' между границами зон сканирования 10а', 10b':
баз
баз
лев.кр
прав.кр
S'=S+∆S+∆S=
=1500 мм+(450 мм)+(-200 мм)=1750 мм
баз
S' - расстояние между границами зон сканирования 10а', 10b';
баз
S=1500 мм - постоянная, определенная при настройке величина, отражающая расстояние между границами зон сканирования 10а', 10b';
лев.кр
∆S - смещение левого кронштейна относительно его положения при настройке системы;
прав.кр
∆S - смещение правого кронштейна относительно его положения при настройке системы;
Камеры 10а и 10b сканируют левый и правый края измеряемого листа 4, координаты которых поступают в вычислитель, определяют
смещение левого края относительно границы зоны сканирования 10а' и смещение правого края относительно границы зоны сканирования 10b', после чего рассчитывается ширина листа в данном измерении:
i
баз
лев
прав
S=S'-dS+dS=1750 мм-250 мм+132 мм=2132 мм
i
S - ширина листа в i-м измерении;
баз
S'=1750 мм - текущее расстояние между границами зон сканирования 10а', 10b';
лев
dS=250 мм - величина отражающая смещение левого края прокатного листа 4 относительно границы зоны сканирования 10а';
прав
dS=132 мм - величина отражающая смещение правого края прокатного листа 4 относительно границы зоны сканирования 10b';
Пример измерения - После измерения ширины прокатного листа 4 имеем два массива данных. В первом массиве данных содержится значения отражающие смещение левого края прокатного листа 4 относительно границы зоны сканирования 10а':
Во втором массиве данных содержится значения отражающие смещение правого края прокатного листа 4 относительно границы зоны сканирования 10b'.
Кривизну листа левого и правого краев вычислитель рассчитывает следующим образом. Для каждого значения, находящегося между нулевым и последним значением смещения края листа, рассчитывает величину, характеризующую отклонение границы листа от прямой, соединяющей начальную и конечную точку края измеряемого листа 4:
После данных вычислений для каждого края выбирается максимальная кривизна без учета знака:
лев
max
dS =13,25 мм - величина кривизны левого края измеряемого листа 4;
прав
max
dS =25,75 мм - величина кривизны правого края измеряемого листа 4;
Т.о. описанное выше размещение 3-D камер, лазерных дальномеров, оптических датчиков на отдельно стоящих рамах, размещаемых по ходу движения транспортной линии, образуют систему бесконтактного измерения геометрических размеров прокатного листа, позволяющую расширить диапазон и повысить точность измерений. Система бесконтактного измерения геометрических размеров свободно интегрируется в существующий технологический процесс и позволяет производить процесс контроля и сортировки листового проката в движении, без остановки транспортной линии, снижает трудоемкость, увеличивает производительность технологического процесса.