способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката
Классы МПК: | G01B11/04 для измерения длины или ширины движущихся объектов |
Автор(ы): | Бакакин Г.В., Белоусов П.Я., Дубнищев Ю.Н., Меледин В.Г., Похальчук Ю.А. |
Патентообладатель(и): | Белоусов Петр Яковлевич, Дубнищев Юрий Николаевич, Меледин Владимир Генриевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-10-24 публикация патента:
10.02.1998 |
Использование: область измерительной техники и может найти применение в черной и цветной металлургии для измерения габаритных размеров сортового, листового или трубного проката, а также в других отраслях промышленности, связанных с необходимостью бесконтактного контроля линейных размеров. Сущность изобретения: способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката заключается в том, что регистрируют величину световых потоков от двух участков и измеряемым и заданным размерами соответственно проводят сравнение зарегистрированных величин и используют результаты при определении измеряемого размера проката. Анализируют световые потоки от самосветящейся или освещенной поверхности проката, участки имеют область перекрытия с заданными размерами и отношение площадей, связанное и измеряемым размером заданной функциональной зависимостью, величины световых потоков регистрируют в течение интервала времени, а размер проката определяют, используя известную функциональную зависимость между сравниваемыми световыми потоками от участков, отношением их площадей и измеренным размером. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, заключающийся в том, что регистрируют величину световых потоков от двух участков с измеряемым и заданным размерами соответственно, проводят сравнение зарегистрированных величин и используют результаты при определении измеряемого размера проката, отличающийся тем, что анализируют световые потоки от участков самосветящейся или освещенной поверхности проката, участки имеют область перекрытия с заданными размерами и отношение площадей, связанное с измеряемым размером заданной функциональной зависимостью, величины световых потоков регистрируют в течение интервала времени![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в металлургии для измерения размеров и формы горячих и холодных изделий, а также в машиностроении и других областях промышленной технологии, связанной с необходимостью бесконтактного контроля линейных размеров. Известны способы измерения размеров сечения сортового проката труб (см., например, [1] , с.36 - 39). Способ заключается в том, что на телевизионном приемнике формируют изображения краевых зон объекта (в режиме самосвечения или подсветки) и измеряют отклонения размера от предварительно уставленного номинала. Недостатком является погрешность изменений, возникающая при продольных колебаниях объекта вследствие изменений коэффициента передачи проекционной оптической системы. Известен другой способ ([1], с. 32 - 33). Способ заключается в последовательном сканировании исследуемого объекта в прямом и обратном направлении лазерным пучком, параллельно перемещающимся с известной скоростью, фотоэлектрическом преобразовании оптического сигнала, формировании и измерении длительности импульсов затемнения. Недостатком являются большие погрешности, возникающие при сканировании горячих изделий из-за оптического влияния тепловых градиентов, а также сложность, низкая надежность и дороговизна операции лазерного сканирования. Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения является способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, описанный в том же источнике [1] на с.19. Способ заключается в фотокомпенсационном сравнении двух световых потоков, один из которых частично перекрывается изделием, а другой - подвижной заслонкой, по положению которой при равенстве потоков определяется размер проката. Основным недостатком этого способа являются очень высокие требования к равномерности и стабильности световых потоков, которым невозможно удовлетворить в реальных условиях металлургического прокатного производства. В основу настоящего изобретения положена задача разработки метода, позволяющего измерить с высокой точностью, быстродействием и надежностью поперечный размер металлургического проката, используя самосвечение или внешнее, без каких-либо требований к стабильности и равномерности освещение изделия. Это обеспечивает возможность создания простых и надежных бесконтактных дистанционных измерителей для определения в реальном времени габаритных размеров сортового, листового и трубного проката, а также заготовок и блюмов на всех стадиях технологического процесса. Задача решается тем, что в способе оптического измерения поперечного размера металлургического проката, заключающемся в том, что регистрируют величину световых потоков от двух участков с измеряемым и заданным размерами соответственно, проводят сравнение зарегистрированных величин и используют результаты при определении измеряемого размера проката, согласно изобретению, анализируют световые потоки от самосветящейся или освещенной поверхности проката, участки имеют область перекрытия с заданными размерами и отношение площадей, связанное с измеряемым размером заданной функциональной зависимостью, величины световых потоков регистрируют в течение интервала времени![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
S1 / S2 = f(b). Здесь S1 - площадь фигуры, ограниченной контуром ACDE; S2 - площадь фигуры, ограниченной контуром ABDE; b - текущий размер прокатываемого изделия. Световой поток I1 от площадки S1 определяется пространственно-временным распределением энергетической светимости, интегрированной по пространственному окну S1 и заданному временному окну
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-2t.gif)
Здесь
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104143/981.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-3t.gif)
Здесь g[x-vt, y] - энергетическая светимость поверхности в пределах площадки S2 как функция пространственных координат x,y и времени t. Выбор формы и расположения площадок S1, S2, а также выбор временного окна
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
I1i/S1 = I2i/S2 (4)
где I1i и I2i - световые потоки от площадок S1 и S2, интегрированные во временном окне (ti, ti +
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
Поскольку S1/S2 есть известная функция от размера bi,можно записать
S1/S2 = f(bi),(6)
где bi i-й отсчет линейного размера изделия, соответствующий временному интервалу (ti ti +
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104129/964.gif)
f(bi) =
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104034/951.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104143/697.gif)
где
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104034/951.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104323/936.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-4t.gif)
Соответственно площадка S2 выбрана в виде прямоугольника ABDE со сторонами AE = BD = b, AB = DE = a:
S2 = ab,
где a - известный заданный размер, b - размер, подлежащий измерению. Рассмотрим обычный в металлургической практике случай, когда нижняя кромка изделия не колеблется по оси oy и перемещается только по оси ox на фиксированном уровне y = 0. На фиг.1 эта ситуация обозначена с помощью заштрихованных опор. Из выражений (8) и (9) получаем для отношения площадей:
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-5t.gif)
Подставляя (10) в (7), получаем:
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-6t.gif)
Решая уравнение (11) относительно bi, находим
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-7t.gif)
Например, для
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104323/936.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-8t.gif)
Таким образом мы определили отсчет поперечного размера прокатываемого изделия на i-ом интервале длины. Рассмотрим ситуацию, когда прокат подвержен колебаниям по оси oy. В этом случае предлагаемый способ реализуется применением двух измерительных каналов, действующих по функциональной схеме, представленной на фиг.1. На фиг. 2 показана функциональная схема, реализующая способ в случае поперечных колебаний проката. Схема содержит изделие 1, измерительные устройства 2 и 3, идентичные измерительному устройству, приведенному на фиг.1. К выходам измерителей 2 и 3 подключена суммирующая схема 4. Измерительное устройство 2 сравнивает световые потоки от площадок, ограниченные контурами ACDE и ABDE, и измеряет величину b1i, представляющую часть искомого поперечного размера bi. Измеритель 3 сравнивает световые потоки от площадок, ограниченных соответственно контурами EDHF и EDGF, определяя часть b2i искомого размера bi. Сумма величин b1i и b2i дает значение измеряемого поперечного размера bi:
bi = b1i + b2i. Пусть как и в случае, показанном на фиг.1, в каждом измерительном канале сравниваются световые потоки от площадок, ограниченных прямоугольником и трапецией. В первом измерительном канале это соответственно ABDE и ACDE. Во втором измерительном канале по аналогии имеем измерительную площадку в контуре EDGF и трапецию в контуре EDHF. Отсюда на выходе измерителя 2, соответствующего первому каналу, согласно выражению (12), имеем для величины b1i:
b1i= 2a(
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104034/951.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104323/936.gif)
На выходе измерителя 3, соответствующего другому каналу, имеем по аналогии:
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-9t.gif)
Здесь
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-10t.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-11t.gif)
Например, для
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104323/936.gif)
![способ оптического измерения поперечного размера металлургического проката, патент № 2104479](/images/patents/367/2104479/2104479-12t.gif)
Таким образом, даже в случае колебаний прокатываемого изделия предлагаемое изобретение выполняет поставленную задачу. Очевидное достоинство предлагаемого способа - возможность его реализации простыми техническими средствами,исключающими необходимость в механических или оптических лазерных сканаторах. Тем самым обеспечивается надежная длительная эксплуатация измерителей в технологических процессах для контроля габаритных размеров горячего и холодного металлургического проката. Предлагаемое изобретение реализовано в виде действующего макета измерительного устройства с обработкой сигналов на персональном компьютере. Работоспособность измерительного устройства успешно подтверждена на станах горячей прокатки в реальных производственных условиях металлургического завода. Источники информации:
1. В.Я. Ободан. Автоматический контроль размеров сечения сортового проката и труб: М.: Метрология, 1985, с.36 - 39.
Класс G01B11/04 для измерения длины или ширины движущихся объектов