система получения изображений протяженного прутка (варианты)

Формула изобретения

1. Система получения изображений протяженного прутка, проходящего и двигающегося в направлении продольной оси при выполнении производственного процесса, содержащая

блок формирования изображений, имеющий поле обзора, которому соответствует зона изображения первой заданной ширины по периметру поверхности двигающегося прутка для формирования полосы изображения и получения информации изображений, соответствующих этой полосе, причем блок формирования изображений содержит n цифровых камер, где n равно или больше трех, размещенных таким образом, чтобы их общее поле обзора соответствовало полосе изображения, и камеры являются камерами с однострочной разверткой;

блок источников линейного освещения, предназначенных для проецирования линейной полосы освещения, имеющей вторую заданную ширину, на поверхность прутка, причем блок источников линейного освещения размещается относительно блока формирования изображений таким образом, чтобы полоса изображения была внутри линейной полосы освещения, и блок источников линейного освещения дополнительно устроен таким образом, чтобы интенсивность света была по существу равномерной вдоль полосы изображения;

съемную кассету, которая может находиться в установленном положении и в снятом положении относительно ее держателя, причем в кассете установлены (i) зеркала, направляющие падающие лучи освещения и находящиеся между источниками линейного освещения и поверхностью прутка, и (ii) зеркала, направляющие отраженные лучи изображения и находящиеся между поверхностью прутка и камерами, причем положения зеркал освещения и зеркал изображения согласованы между собой, когда кассета находится в установленном положении; и

вычислительный блок, соединенный с блоком формирования изображений и предназначенный для получения информации изображений для полос изображения, формируемых блоком формирования изображений при движении прутка в направлении продольной оси, причем вычислительный блок дополнительно предназначен для обработки информации изображений для выявления определенных признаков поверхности прутка.

2. Система по п.1, содержащая дополнительно запирающее и удерживающее устройство, предназначенное для удерживания кассеты в установленном положении.

3. Система получения изображений протяженного прутка, проходящего и двигающегося в направлении продольной оси при выполнении производственного процесса, содержащая

блок формирования изображений, имеющий поле обзора, которому соответствует зона изображения первой заданной ширины по периметру поверхности двигающегося прутка для формирования полосы изображения и получения информации изображений, соответствующих этой полосе, причем блок формирования изображений содержит n цифровых камер, где n равно или больше трех, размещенных таким образом, чтобы их общее поле обзора соответствовало полосе изображения, и камеры являются камерами с однострочной разверткой;

блок источников линейного освещения, предназначенных для проецирования линейной полосы освещения, имеющей вторую заданную ширину, на поверхность прутка, причем блок источников линейного освещения размещается относительно блока формирования изображений таким образом, чтобы полоса изображения была внутри линейной полосы освещения, и блок источников линейного освещения дополнительно устроен таким образом, чтобы интенсивность света была по существу равномерной вдоль полосы изображения;

защитное устройство, представляющее собой трубу, имеющую первую часть и вторую часть, разнесенные друг от друга на некоторое расстояние в направлении продольной оси таким образом, чтобы сформировать зону прохода, причем труба размещается между протяженным прутком и блоками формирования изображений и линейного освещения, и зона прохода имеет такую форму и размеры, чтобы через нее (i) можно было сформировать линейную полосу освещения и (ii) получить полосу изображения; причем система получения изображений содержит дополнительно (i) зеркала, направляющие падающие лучи освещения и находящиеся между источниками линейного освещения и поверхностью прутка, и (ii) зеркала, направляющие отраженные лучи изображения и находящиеся между поверхностью прутка и камерами, причем зеркала, направляющие падающие лучи освещения, и зеркала, направляющие отраженные лучи изображения, размещаются в зоне прохода, при этом блок источников линейного освещения защищен от прутка первой или второй частью защитной трубы, и блок формирования изображений защищен от прутка первой или второй частью защитной трубы; и

вычислительный блок, соединенный с блоком формирования изображений и предназначенный для получения информации изображений для полос изображения, формируемых блоком формирования изображений при движении прутка в направлении продольной оси, причем вычислительный блок дополнительно предназначен для обработки информации изображений для выявления определенных признаков поверхности прутка.

4. Система по п.3, в которой труба изготовлена из металла.

5. Система по п.3, содержащая дополнительно устройство уменьшение загрязнения, предназначенное для уменьшения количества загрязнений в пространстве, прилегающем к зоне прохода защитной трубы.

6. Система по п.5, в которой загрязнение представляет собой частицы прокатной окалины или водяной туман.

7. Система по п.5, в которой устройство уменьшения загрязнения содержит всасывающий рабочий орган, имеющий тонкие стенки, формирующие внутреннюю вакуумную камеру, причем всасывающий рабочий орган содержит дополнительно всасывающее отверстие, расположенное вблизи зоны прохода защитного устройства, и всасывающий рабочий орган устроен так, чтобы его можно было присоединить к источнику вакуума.

8. Система по п.7, в которой всасывающий рабочий орган имеет форму кольца, ось которого практически совпадает с вышеуказанной продольной осью, причем всасывающее отверстие имеет такую форму и такие размеры, что оно проходит по периметру зоны прохода.

9. Система по п.8, в которой всасывающий рабочий орган имеет примерно прямоугольную форму в поперечном сечении, сделанном по радиусу.

10. Система по п.7, в которой всасывающий рабочий орган представляет собой две части, имеющие форму полуколец.

11. Система по п.7, в которой всасывающий рабочий орган представляет собой несколько прямолинейных полос.

12. Система по п.7, в которой устройство уменьшения загрязнения содержит также трубопровод для соединения источника вакуума с всасывающим рабочим органом, причем в качестве источника вакуума используется вакуумный насос.

13. Система по п.12, в которой в качестве вакуумного насоса используется вакуум-генератор Вентури.

Описание изобретения к патенту

[001] Настоящее изобретение (или его части) было осуществлено при поддержке правительства Соединенных Штатов по Договору о сотрудничестве № 70NANBOH3014, заключенному с Национальным институтом стандартов и технологий. Правительство Соединенных Штатов имеет определенные права на это изобретение.

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[002] Настоящая заявка является частичным продолжением патентной заявки США № 11/194,985, поданной 02.08.2005 г. под названием "Устройство и способ обнаружения поверхностных дефектов на изделиях, таких как катаные/тянутые металлические прутки", в настоящее время находящейся на рассмотрении экспертизой и в свою очередь являющейся частичным продолжением патентной заявки США № 10/331,050, поданной 27.12.2002 г., под названием "Устройство и способ обнаружения поверхностных дефектов на изделиях, таких как катаные/тянутые металлические прутки", по которой выдан патент США за номером 6,950,546 и по которой в свою очередь истребован конвенционный приоритет по временной патентной заявке США № 60/430,549, поданной 03.12.2002 г., описания которых полностью вводятся ссылкой в настоящую заявку.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники

[003] Настоящее изобретение относится в целом к системам получения изображений, которые могут отображать детали поверхностей заготовок, например катаных/тянутых металлических прутков.

2. Предшествующий уровень техники

[004] Хорошо известны механические процессы, используемые для изготовления металлических прутков, такие как прокатка или вытягивание. Такие металлические прутки отличаются от металлических полос, лент или больших пластин (которые далее указываются как "металлические полосы") тем, что у прутков меньше отношение длины периметра поверхности к площади поперечного сечения, так что прутки могут поворачиваться/скручиваться вокруг продольной оси при их продольном поступательном перемещении. Например, прутки, формы которых показаны на фиг.2, имеют отношение длины периметра к площади поперечного сечения, равное или меньшее 4,25, когда площадь поперечного сечения представляет собой единицу для заданной формы. Форма поперечного сечения такого металлического прутка, как показано на фиг.2, может быть круглой (обозначено номером 102), овальной (104) или многоугольной, например шестиугольной (106), восьмиугольной (108) или квадратной (110). Кроме того, такие металлические прутки имеют достаточно большую относительную длину. Отношение длины прутка к длине периметра обычно больше 10, а отношение длины к основному измерению поперечного сечения (диаметр для круглого прутка или длина стороны для квадратного прутка) больше 30. Металлические прутки такого типа в соответствующих отраслях промышленности обычно называются "длинномерной металлопродукцией" в отличие от "плоского проката". Термины "прокатка", "вытягивание", "прессование выдавливанием" и аналогичные, используемые в данном описании и далее указываемые как "процесс уменьшения поперечного размера", описывают способы уменьшения размеров поперечного сечения металлических заготовок путем соответствующего механического взаимодействия рабочих органов, таких как валки и волочильные матрицы, с заготовками. Такие процессы по уменьшению поперечного размера, как правило, по своей природе являются непрерывными или по существу непрерывными.

[005] В металлообрабатывающей промышленности наличие или отсутствие поверхностных дефектов является важным критерием, по которому оценивается металлопродукция. Например, поверхностные дефекты являются причиной половины случаев отбраковки металлических прутков и стержней потребителями. Однако современные технологии не обеспечивают надежных средств для выявления таких дефектов. Существует несколько проблем, которые непреодолимы для существующих технических средств контроля качества такой металлопродукции.

[006] Во-первых, необходимо отметить, что в тех случаях, когда контроль осуществляется на "горячей" металлопродукции, температуры могут достигать 1100°С, что препятствует применению многих технологий контроля. Во-вторых, скорость продольного движения металлических прутков при производстве достигает 100 м/с, то есть в несколько раз выше, чем скорость движения металлических полос и почти в 100 раз выше, чем скорость движения металлических пластин или плит. Кроме того, ожидается, что в ближайшем будущем скорость металлических прутков может увеличиться до 150-200 м/с. Обычные методы контроля принципиально не могут работать при таких высоких скоростях движения заготовок. В-третьих, металлический пруток, имеющий высокую температуру, обычно заключен в секционный канал для направления прутка и предотвращения его искривления. Искривление может происходить, когда горячий металлический пруток с высокой скоростью свободно перемещается вне канала. Поэтому пространство, имеющееся для размещения контрольно-измерительных устройств, ограничено. И последнее, длина такого металлического прутка в сочетании с его продольным перемещением создает трудности по работе с ним, в результате чего контрольно-измерительные операции являются дорогостоящими.

[007] Хотя известны технические решения, в которых используются различные способы получения изображений для контроля литых или катаных металлических полос в процессе их производства, технологии получения изображений в видимом свете до сих пор не применялись для контроля качества в процессе производства длинномерной металлопродукции (в частности, длинномерных металлических прутков). Считается, что общеизвестные системы получения изображений не могут использоваться для контроля металлических прутков и аналогичной металлопродукции, поскольку геометрическая форма металлических прутков сводит на нет эффективность действия устройств освещения и получения изображений, которые используются для выявления дефектов на плоских поверхностях. На фиг.4 иллюстрируется разница при освещении и получении изображений для плоского и круглого изделия (можно видеть, что для плоского изделия 316 линия изображения и линия освещения совпадают). Что же касается криволинейного изделия, то для него возникают проблемы совмещения зоны освещения и зоны получения изображения. Например, линия 18 получения изображения и линия 18 освещения могут не перекрываться, если источник света или камера наклонены, как показано на фиг.4. В одном из известных технических решений для контроля поверхностей прутков используются камеры, работающие по площади. Однако в этом случае требуется, чтобы при получении изображения пруток был неподвижен. В другом известном способе, в котором используются камеры с однострочной разверткой, требуется, чтобы пруток вращался, поскольку осветительное устройство обеспечивает необходимое освещение только для плоской поверхности. В другом известном техническом решении для обеспечения эффективной работы в условиях высоких скоростей продольного движения вместо датчиков изображения используются фотодиоды. Использование фотодиодов ограничивает возможности обнаружения поперечных дефектов на поверхности прутка, имеющих небольшие размеры. Такой подход не дает возможности обнаруживать продольные дефекты, имеющие малую ширину, такие как, например, рубцы или трещины на стальном прутке.

[008] Известно использование устройств получения изображений, работающих в инфракрасном диапазоне, для решения проблемы, связанной с освещением. При таком подходе ИК-камеры используются для приема ИК-излучения, испускаемого длинномерными изделиями. В этом случае обнаружение поверхностных дефектов ограничено характеристиками излучения, испускаемого поверхностью. Известно, что поверхностные раковины горячего объекта при измерении оказываются более горячими, чем прилегающие зоны, хотя на самом деле их температуры одинаковы. Такой подход имеет ограничения по обнаружению дефектов, связанные с пределом разрешающей способности, обусловленным возможностями фокусировки ИК-излучения. Специалистам в данной области техники известно, что разрешение, определяемое возможностями фокусировки, обратно пропорционально длине волны излучения. Обычно стоимость ИК-камер превышает стоимость камер, работающих в диапазоне видимого света, почти в 10 раз, и, кроме того, ИК-камеры имеют ограничения по быстродействию, которое определяется характеристиками датчика. В результате такое техническое решение не будет обеспечивать работу для высоких скоростей заготовок, типичных для выпуска длинномерной продукции.

[009] Кроме того, длинномерные изделия и плоские заготовки различаются по температуре. Как правило, металлические прутки имеют более высокую температуру, чем металлические полосы. Как известно, интенсивность рассеивания тепла пропорциональна площади, находящейся в контакте с охлаждающей средой, такой как распыляемая вода или окружающий воздух. Если металлическая полоса и металлический пруток состоят из одного материала и имеют одинаковую удельную плотность по длине и одинаковую площадь поперечного сечения, то площадь полосы в несколько раз превышает площадь прутка.

[0010] Однако известно использование устройств, работа которых основана на получении изображений, для точного измерения и контроля размеров прутков (измерение теневых изображений), наличия/отсутствия прутка и измерения скорости движения прутка в процессе уменьшения его поперечного размера.

[0011] Также известно использование электромагнитных устройство, таких как приборы, работающие на вихревых токах, для оценки качества длинномерной продукции. Измерительные системы, работающие на вихревых токах, используются в системах контроля, установленных на производственных линиях для обнаружения поверхностных дефектов в процессах уменьшения поперечных размеров изделий. Такие устройства обладают высоким быстродействием и способны работать в условиях высокопроизводительных производственных линий (а именно, порядка одного километра горячих стальных прутков в минуту). Однако они имеют несколько недостатков. Прежде всего, такие устройства должны находиться очень близко к горячей поверхности (обычно менее 2,5 мм). Соответственно, они чувствительны к вибрации и к температуре. Кроме того, они не обеспечивают количественной оценки в том смысле, что не позволяют оценить характеристики обнаруженного дефекта. Наконец, устройства, работающие на вихревых токах, неспособны обнаруживать некоторые виды дефектов. В итоге результаты контроля, полученные устройствами, работающими на вихревых токах, не используются в металлургической промышленности для окончательной оценки качества некоторых видов продукции. Такие устройства используются предпочтительно только для качественной оценки процессов по уменьшению поперечных размеров металлических изделий, например, типа "эта партия стальных прутков в общем хуже, чем партия, произведенная на прошлой неделе".

[0012] Кроме того, известны технические решения, в которых делались попытки использовать ультразвуковые устройства. В таких системах контроля датчики, работающие на вихревых токах, заменяются ультразвуковыми датчиками. Однако они имеют такие же основные ограничения, что и устройства, работающие на вихревых токах, например необходимость очень малого расстояния между измерительным устройством и объектом.

[0013] Другие технологии измерений, используемые в рассматриваемой области, включают технологии с применением магнитного пенетранта, системы с обеганием проверяемого изделия и способ получения изображений в инфракрасной части спектра с индукционным нагревом. Однако применение таких технологий имеет ограничения. Во-первых, они могут использоваться только на "холодных" металлических прутках. То есть такие технологии не могут использоваться для контроля качества непосредственно на производственной линии или сразу же после выполнения процессов горячей прокатки. Кроме того, металлические прутки перед проведением контроля должны быть очищены от окалины. Необходимо также отметить, что использование магнитных пенетрантов связано с определенными неудобствами и сложностями. Этот метод обычно основывается на приближенных визуальных оценках ("на глаз") с использованием УФ-освещения, вместо получения изображений и выявления дефектов в автоматическом режиме. Устройство с обеганием изделия работает на вихревых токах, которые воспринимаются вращающейся измерительной головкой. Вращающийся механизм ограничивает применение таких устройств для контроля качества металлических прутков, двигающихся с высокой скоростью, и они используются обычно для скоростей порядка 3 м/с. Кроме того, стоимость таких устройств довольно высока. Технология индукционного нагревания с получением изображения в ИФ-красном диапазоне основывается на том, что индукционный ток возбуждается только в поверхностном слое металлического прутка и зоны, имеющие поверхностные дефекты, характеризуются повышенным электрическим сопротивлением. Поэтому зоны с поверхностными дефектами будут нагреваться быстрее, чем прилегающие участки поверхности. Указанный способ имеет следующие недостатки: а) при ускоренном нагреве возникают переходные процессы, и поэтому увеличивается время получения изображений; b) имеющиеся ИК-датчики не обеспечивают достаточно высоких скоростей передачи данных, и поэтому возникают проблемы при измерениях для высоких скоростей движения металлических прутков.

[0014] Безусловно, в этом случае контроль качества может быть выполнен после изготовления металлических прутков. Однако проведение контроля после изготовления часто невозможно, поскольку длинномерные изделия сразу после изготовления могут быть намотаны на барабан.

[0015] В настоящее время проведение в реальном времени контроля качества металлических прутков, изготавливаемых с уменьшением поперечных размеров, имеет очень ограниченный характер. Металлические прутки обычно отгружаются производителем заказчику даже в том случае, когда обычная установленная на производственной линии система контроля качества, работающая на вихревых токах, выдает сообщения о дефектах. Поэтому претензии заказчика в отношении поверхностных дефектов металлических прутков, которые не могут быть сразу обнаружены, могут быть предъявлены через 3-6 месяцев после поставки продукции. Такие претензии дорого обходятся поставщикам (производителям). Поставщики металлических прутков должны либо возвращать деньги заказчику за всю катушку/партию, либо компенсировать часть затрат на дополнительные работы по проведению контроля катушки/партии.

[0016] Поэтому имеется потребность в устройстве и способе, которые позволяют минимизировать или вовсе исключить одну или несколько из вышеуказанных проблем.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Одной из целей настоящего изобретения является преодоление одной или нескольких вышеуказанных проблем, присущих известным принципам построения систем получения изображений, подходящих для обнаружения поверхностных дефектов катаных или тянутых металлических прутков в процессе или после их изготовления.

[0018] Настоящее изобретение направлено на разрешение одной или нескольких проблем, присущих известным системам контроля качества металлических прутков, а также проблем, связанных с применением систем контроля качества металлических полос для неразрушающего обнаружения поверхностных дефектов металлических прутков путем использования системы получения изображений.

[0019] Одно из достоинств настоящего изобретения заключается в том, что оно может эффективно использоваться в производстве металлических прутков с вышеуказанными характеристиками, а именно, прутки могут иметь температуру, сообщенную им в процессе изготовления, причем эта температура может быть достаточной для того, чтобы они излучали в оптическом диапазоне, а также прутки могут поворачиваться относительно продольной оси, и скорость их движения в продольном направлении может быть очень большой. Среди других достоинств настоящего изобретения можно назвать следующие: (i) высокая эффективность получения изображений и обнаружения дефектов на криволинейных поверхностях; (ii) возможность его использования для контроля качества металлических прутков независимо от их температуры; (iii) возможность его использования для контроля качества металлических прутков, которые могут двигаться со скоростью порядка 100 м/с и даже быстрее; (iv) возможность работы системы при достаточно большом рабочем расстоянии от поверхности металлического прутка, в результате чего минимизируются проблемы, указанные в разделе "Предпосылки создания изобретения" для систем, работающих на вихревых токах; (v) обеспечение выходной информации, содержащей количественные данные, а также изображения участков поверхности, содержащих дефекты, для визуальной проверки; (vi) возможность проведения контроля до того, как на поверхности изделия образуется окалина; (vii) возможность его использования для контроля качества на любой стадии производства (между валками/волоками, в том числе и на выходе) в таких точках производственной линии, где отсутствует влияние переходных процессов; (viii) обеспечение информации о качестве поверхности в режиме реального времени или почти в режиме реального времени; (ix) отсутствие в системе каких-либо движущихся датчиков, в результате чего минимизируются или устраняются проблемы, указанные в разделе "Предпосылки создания изобретения", которые связаны с движением компонентов системы; (х) очень малый разрыв (менее 50 мм) между секциями канала, направляющего металлический пруток, необходимый для работы системы; и (xi) отсутствие необходимости в механизмах/устройствах для выполнения дополнительных операций над прутками. Однако устройство и/или способ необязательно обладают всеми вышеуказанными достоинствами или даже большей их частью. Объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой.

[0020] Предлагается система получения изображений для протяженных прутков, проходящих в направлении продольной оси. Система содержит блок формирований изображений, блок устройств линейного освещения и вычислительный блок. Блок формирования изображений имеет поле обзора, которому соответствует зона изображения первой заданной ширины по периметру поверхности прутка для формирования полосы изображения. Блок формирования изображений дополнительно устроен таким образом, чтобы вырабатывать информацию изображений, соответствующих полосе изображения.

[0021] Блок устройств линейного освещения предназначен для проецирования линейной полосы освещения, имеющей вторую заданную ширину, на поверхность прутка. Блок устройств линейного освещения размещен и сориентирован относительно блока формирования изображений таким образом, чтобы полоса изображения находилась внутри линейной полосы освещения. Блок устройств линейного освещения дополнительно устроен таким образом, чтобы интенсивность света была по существу равномерной вдоль полосы изображения, когда свет принимается каждым из датчиков формирования изображений.

[0022] Для обеспечения компактности конструкции блок устройств линейного освещения может содержать набор отражающих элементов, например зеркал, обеспечивающих расчетный угол падения лучей света на поверхность прутка. Для обеспечения выполнения технического обслуживания набор отражающих элементов устроен таким образом, чтобы его можно было снимать.

[0023] Вычислительный блок соединен с блоком формирования изображений и предназначен для получения информации изображений для множества полос изображения, принимаемых блоком формирования изображений по мере продвижения прутка в направлении продольной оси. Вычислительный блок предназначен также для обработки информации изображений для обнаружения определенных признаков поверхности прутка. В предпочтительном варианте осуществления изобретения обнаруживаемые признаки являются поверхностными дефектами, и блок формирования изображений содержит n цифровых камер, где n равно или больше трех, размещенных таким образом, чтобы их общее поле обзора соответствовало полосе изображения.

[0024] Также рассмотрен способ получения изображений металлического прутка.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0025] Изобретение описывается ниже на конкретном примере со ссылками на прилагаемые чертежи, причем одинаковые или сходные элементы обозначаются одними и теми же ссылочными номерами на различных чертежах, на которых показано:

[0026] фиг.1 - схематический вид варианта осуществления настоящего изобретения.

[0027] Фиг.2 - виды поперечных сечений заготовок, имеющих различные геометрические формы, для контроля качества которых может использоваться вариант осуществления настоящего изобретения.

[0028] Фиг.3 - виды поперечных сечений металлических полос.

[0029] Фиг.4 - схематические виды, на которых иллюстрируются схемы освещения, используемые в известных способах контроля качества металлических полос и металлических прутков.

[0030] Фиг.5 - упрощенные виды в перспективе, иллюстрирующие движение прутка в канале и разрыв между соседними секциями канала, в котором может быть размещена предлагаемая в изобретении система контроля качества.

[0031] Фиг.6 - упрощенный вид в плане, иллюстрирующий зону получения изображений на металлическом прутке при использовании одной камеры.

[0032] Фиг.7 - упрощенный вид в плане, иллюстрирующий зону получения изображений на металлическом прутке при использовании одной камеры и одной телецентрической линзы.

[0033] Фиг.8 - упрощенный вид в плане, иллюстрирующий изменение длины дуги в результате проекции решеток, имеющих такой же размер, таких как линейка пикселей, на профиль прутка.

[0034] Фиг.9 - упрощенный вид в плане, иллюстрирующий схему освещения поверхности прутка в соответствии с настоящим изобретением.

[0035] Фиг.10 - упрощенный вид в плане, дополнительно иллюстрирующий более детально схему освещения в соответствии с фиг.9.

[0036] Фиг.11 - упрощенный вид в перспективе металлического прутка, для которого используется схема освещения в соответствии с настоящим изобретением.

[0037] Фиг.12 - упрощенный вид в плане, иллюстрирующий схему освещения, в которой источники света, падающего на поверхность прутка, размещены вокруг него по окружности.

[0038] Фиг.13А - упрощенный вид в плане, иллюстрирующий другой вариант схемы освещения и получения изображений поверхности прутка в соответствии с изобретением.

[0039] Фиг.13В - схематический вид схемы освещения, показанной на фиг.13А, в которой отражательные элементы могут быть без труда извлечены для чистки и установлены снова на место (на чертеже они показаны в установленном положении).

[0040] Фиг.13С - схематический вид схемы освещения, показанной на фиг.13В, включая набор отражательных элементов, показанный частично в снятом положении.

[0041] Фиг.13D - схематический вид в перспективе варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.13В, на котором можно видеть защитное трубчатое устройство.

[0042] Фиг.13Е - схематический вид сбоку варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.13В.

[0043] Фиг.13F - схематический вид в перспективе варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.13В, если смотреть с направления, противоположного направлению наблюдения, для которого приведен вид на фиг.13D.

[0044] Фиг.14А - вид поверхностного дефекта вместе некоторыми шумами поверхности.

[0045] Фиг.14В - вид примера результата стадии обработки изображения в соответствии с изобретением, примененной к изображению, приведенному на фиг.14А.

[0046] Фиг.15А-15С - иллюстрации примеров длинных продольных поверхностных дефектов, которые могут быть на металлических прутках и которые могут быть обнаружены с помощью предлагаемой в изобретении системы.

[0047] Фиг.16А-16С - иллюстрации примеров сравнительно коротких поверхностных дефектов, которые могут быть на металлических прутках и которые могут быть обнаружены с помощью предлагаемой в изобретении системы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0048] Настоящее изобретение обеспечивает автоматизированный контроль качества металлических прутков на предмет выявления поверхностных дефектов при осуществлении прокатки, вытягивания или других процессов изменения поперечного размера прутков без необходимости выполнения дополнительных операций над прутками. На фиг.1 схематично иллюстрируется предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.

[0049] Прежде чем приступить к подробному описанию настоящего изобретения со ссылками на чертежи, будет дано общее описание изобретения. Настоящее изобретение характеризуется следующими особенностями:

[0050] 1. Обеспечивается возможность работы с металлическими прутками при выполнении процесса уменьшения поперечного размера для разных геометрических форм поперечного сечения;

[0051] 2. Обеспечивается возможность работы с металлическими прутками, имеющими температуру до 1650°С;

[0052] 3. Обеспечивается возможность работы с металлическими прутками, двигающимися со скоростями порядка 100 м/с или выше;

[0053] 4. Обеспечивается возможность выявления поверхностных дефектов, имеющих малые размеры, вплоть до 0,025 мм;

[0054] 5. Обеспечивается возможность определения таких характеристик дефекта, как его размер, расположение (на прутке), изображение и другие;

[0055] 6. Обеспечивается возможность работы с различными размерами прутков, например от 5 мм до 250 мм, с минимальными перенастройками технических средств;

[0056] 7. Обеспечивается возможность выдачи результатов в режиме реального времени или близком к режиму реального времени;

[0057] 8. Обеспечивается возможность работы с малыми размерами зоны доступа (менее 50 мм) к проверяемому объекту;

[0058] 9. Отсутствие движущихся частей в процессе контроля;

[0059] 10. Отсутствие необходимости выполнения дополнительных операций с прутками;

[0060] 11. Непрерывный режим работы на промышленных предприятиях металлообрабатывающей отрасли.

[0061] На фиг.1 приведен схематический вид предлагаемой в настоящем изобретении системы. В состав системы входит блок устройств линейного освещения, который может содержать по меньшей мере один источник света 2, светопровод 4, устройства 6 линейного освещения и соответствующие им оптические бустеры (усилители) 8. Кроме того, в состав системы входит вычислительный блок 10 и блок формирования изображений, который может содержать камеры 12, в каждой из которых используется линза 14.

[0062] Далее на фиг.1 можно видеть заготовку или проверяемый объект, например протяженный металлический пруток 16, который может перемещаться в продольном направлении 20 со скоростью до 100 м/с или быстрее в процессе уменьшения его поперечного размера. Металлический пруток 16 может быть выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из стали, нержавеющей стали, алюминия, титана, никеля, меди, бронзы или любого другого металла и/или их сплавов. Пруток 16 может быть сплошным или полым. Обычно такой металлический пруток 16 перемещается внутри канала, указанного ссылочным номером 24 на фиг.5(на фиг.1 не показан). Проход 26 между двумя смежными секциями канала 24 (см. фиг.5) обычно очень мал, например от 20 мм до 50 мм, в продольном направлении скоростного перемещения металлических прутков 16. Необходимо иметь в виду, что металлический пруток 16 может быть очень горячим, например иметь температуру порядка 1100°С при горячей прокатке. Необходимо также иметь в виду, что металлический пруток 16 в зависимости от геометрической формы его поперечного сечения может скручиваться/вращаться неконтролируемым (случайным) образом вокруг своей продольной оси в направлении, указанном стрелкой 21 на фиг.1, при его движении в направлении 20. Эта возможность неконтролируемого вращения представляет, среди прочего, проблемы для известных систем получения изображений. Как более подробно будет объяснено ниже, настоящее изобретение позволяет преодолеть эту проблему для обеспечения эффективной работы системы, которая нечувствительна к скручиванию и/или вращению.

[0063] Для обеспечения обнаружения поверхностных дефектов на прутке 16 предлагаемая в изобретении система получения изображений должна иметь определенные свойства, которые описаны ниже. На фиг.1 показано, что система получения изображений содержит блок формирования изображений, который предпочтительно содержит n камер 12, причем n равно или больше 3. Величина параметра n выбирается на основании соображений, приведенных ниже. Каждая камера 12 устроена так, чтобы охватывать по меньшей мере зону 120°, так чтобы можно было получить изображение всей поверхности прутка 16. Таким образом, зона обзора блока формирования изображений является составной, обеспечивающей получение изображения всей круговой поверхности прутка 16 (кольцевая полоса 18 изображения). Как будет описано ниже, блок формирования изображений дополнительно устроен таким образом, чтобы вырабатывать информацию изображений, получаемых с поверхности кольцевой полосы 18. Ниже приводится анализ величины параметра n (количество камер).

[0064] Как показано на фиг.6, стандартная линза 14 камеры 12 будет иметь угол обзора (поле обзора), сформированный двумя тангенциальными линиями 28 визирования, проходящими от фокальной точки линзы 14 к поверхности прутка 16. Этому углу обзора, как можно видеть на фиг.6, соответствует зона 30 покрытия на криволинейной поверхности, которая меньше 180°, и поэтому две камеры со стандартными линзами не смогут обеспечить необходимое покрытие, равное 360°.

[0065] На фиг.7 показана схема с телецентрической линзой 14 . Даже при использовании качественных телецентрических линз, собирающих параллельные лучи, на практике две камеры с линзами не будут обеспечивать полное покрытие из-за изменения длин дуг. В частности, лучи 28 параллельны при использовании телецентрической линзы 14 вместе со стандартной линзой 14. В этом случае теоретически зона 30 покрытия равна 360°. Теоретически вся поверхность прутка 16, поперечное сечение которого имеет круглую форму, может быть охвачена всего двумя камерами с линзами. Однако, как было указано выше, в этом случае возникает проблема разных длин дуг для пикселей, имеющих одинаковый размер.

[0066] Как показано на фиг.8, равномерно разнесенные лучи 34, проведенные от датчика 32 формирователя изображения, состоящего из множества пикселей, дают неравные длины 36 дуг на поверхности прутка 16 при переходе от пикселя к пикселю. Равномерное разнесение это самая типичная схема расположения пикселей на датчике формирователя изображения, таком как, например, интегральная схема на ПЗС. Длину 36 дуги можно вычислить, используя уравнение (1), имеющее следующий вид:

[0067]

[0068] где S - длина 36 дуги, соответствующая пикселю в положении у, р - шаг разнесения пикселей или размер пикселя и - угол, величина которого может быть вычислена в соответствии с уравнением (2):

[0069]

в котором у r и r - радиус металлического прутка 16.

[0070] На фиг.8 можно видеть, что при у r, 90°. В соответствии с уравнением (1) при 90° длина 36 S дуги будет стремиться к бесконечности. На практике величина S будет оставаться конечным числом. Однако при этом величина S будет существенно (в несколько раз) больше, чем р, размер пикселя. То есть разрешение изображения в этой зоне будет ухудшаться настолько, что такая схема просто неосуществима. Необходимо отметить, что аналогичные рассуждения относительно длины дуги можно применить и к нижней половине фиг.8, где у -r.

[0071] Если использовать три камеры, то угол может быть установлен равным 60°. Если =60°, то длина 36 дуги (положения на 12 часов и 6 часов на фиг.8) равна всего лишь 2р, что является приемлемым ухудшением разрешения изображения. Если необходимо более высокое разрешение, то можно использовать четыре или пять камер или еще больше (то есть параметр n может быть равен четырем, пяти или большей величине). Все модули линза 14-камера 12, как показано на фиг.1, предпочтительно размещаются по кольцевой линии 22, концентричной с круглым металлическим прутком 16, таким образом, что наименьшие расстояния между линзами и поверхностью прутка 16 одинаковы или почти одинаковы для всех модулей линза 14-камера 12. Необходимо иметь в виду, что из соображений универсальности линия 22 может быть кольцевой и для случая, когда форма поперечного сечения прутка отличается от круглой, например, будет шестиугольной. Специалисту в данной области техники понятно, что линия 22 при необходимости может быть выбрана такой, чтобы она соответствовала действительной форме поперечного сечения прутка.

[0072] Для обеспечения работы при возможных очень высоких скоростях движения металлического прутка 16 предпочтительно должны использоваться камеры 12 с высокой скоростью передачи данных. Таким образом, в системе предпочтительно должны использоваться цифровые камеры 12 с цифровым выходом для передачи данных в вычислительный блок 10. Цифровой формат сигнала необходим для выполнения жестких требований к точности сигнала. Сигнал, содержащий информацию об изображении в цифровом формате, может быть получен в вычислительном блоке 10 по стандартным каналам связи, таким как IEEE-13 94 (также известен как Fire Wire), Camera Link или USB-порты или же специальный интерфейс, известный как захват кадра (оцифровка изображения). Каждая камера 12 предпочтительно должна обладать способностью передавать по меньшей мере 10 000 000 пикселей в секунду (10 мегапикселей/с) для обеспечения идентификации дефектов, имеющих размеры порядка 0,025×0,5 мм. Однако необходимо иметь в виду, что для обнаружения дефектов, имеющих большие размеры, может использоваться пониженное разрешение и, соответственно, пониженная скорость передачи данных (в пикселях в секунду). Предпочтительными являются камеры с однострочной разверткой, хотя могут использоваться также и камеры с прогрессивной разверткой по площади (без чередования строк). Камеры с однострочной разверткой по сравнению с камерами с прогрессивной разверткой по площади обладают тем преимуществом, что требуется освещать только одну линию вместо освещения площади. В этом случае упрощается задача освещения, сложность которой определяется криволинейностью освещаемой поверхности. В случае использования однострочной развертки все камеры, изображенные на фиг.1, будут сориентированы таким образом, чтобы линии развертки изображения формировали кольцевую полосу 18 изображения на поверхности прутка 16. Такое ориентирование необходимо для решения проблемы скручивания и/или вращения (см. позицию 21 на фиг.1).

Если такое ориентирование отсутствует, то скручивание или вращение прутка может приводить к тому, что не вся поверхность прутка будет охватываться системой контроля.

[0073] Как можно видеть на фиг.1, каждая камера снабжена линзой 14 для улавливания света, отраженного от поверхности прутка. Для более равномерного распределения длин дуг предпочтительным является использование телецентрических линз (линзы, которые собирают параллельные лучи от изображения, как показано на фиг.7), хотя могут использоваться и стандартные линзы. Кроме того, камеры 12 могут быть снабжены диафрагмами для управления экспозицией, и в этом случае предпочтительно задается значение диафрагмы, которое обеспечивает улучшенную глубину изображаемого поля.

[0074] На фиг.1 также показано, что предлагаемая в изобретении система получения изображений также содержит блок устройств линейного освещения, который предназначен для получения кольцевой полосы освещения на поверхности металлического прутка 16. Предпочтительно блок устройств линейного освещения содержит несколько устройств 6 линейного освещения. Эти устройства 6 освещения могут быть автономными источниками света, например лазерами, или же светопередающими устройствами, такими как оптико-волоконные источники света, как показано на фиг.1. Светопередающие устройства должны работать по меньшей мере от одного источника света, как показано на фиг.1. Если требуется повышенная сила света для освещения, то может использоваться несколько источников света. Если металлические прутки 16 двигаются с очень высокой скоростью, то для камер может быть недостаточно света в связи с высокой скоростью передачи строк/кадров, что эквивалентно сравнительно малому времени экспозиции. Поэтому для каждого устройства линейного освещения необходимо использовать оптический бустер 8 для концентрации света и повышения его интенсивности. В качестве оптического бустера 8 может использоваться цилиндрическая или полуцилиндрическая линза. Для использования предлагаемой в изобретении системы получения изображений для металлических прутков, имеющих повышенную температуру, устройства линейного освещения и бустеры должны быть изготовлены из специальных материалов, способных выдерживать такие повышенные температуры. Например, каждое устройство 6 линейного освещения может быть снабжено для этой цели стеклянным окошком. При использовании оптико-волоконного светопроводного устройства связующий материал, объединяющий волокна, должен выдерживать высокие температуры, например, в качестве такого материала может использоваться термостойкая эпоксидная смола. Оптические усилители 8 также должны быть изготовлены из материала, который может противостоять высоким температурам. Могут использоваться такие материалы, как стекло, пирекс, кварц, сапфир и аналогичные материалы.

[0075] На фиг.9 представлен вид сверху предпочтительного варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.1. Для получения достаточного уровня освещения важно обеспечивать юстировку взаимного положения устройств линейного освещения и камер. Как показано на фиг.9, поверхность металлического прутка 16 после выполнения процесса уменьшения поперечного размера до выполнения, например, процесса очистки окалины может рассматриваться как отражающая. Поэтому применим закон оптики, выраженный уравнением (3):

[0076]

[0077] Уравнение (3) используется в предпочтительном варианте осуществления изобретения для получения максимума отраженного света, который воспринимается камерами 12. Каждое из устройств 6 линейного освещения испускает луч 40 света, который усиливается бустером 8 и проектируется на поверхность металлического прутка 16. Луч 40 света отражается и по пути 42 попадает в линзу 14 и затем в камеру 12. Необходимо иметь в виду, что на фиг.9 металлический пруток 16 движется в направлении 20. Между падающим 40 и отраженным 42 лучами света имеется угол 44, который делится пополам линией, перпендикулярной к поверхности металлического прутка 16. Угол 44 должен иметь как можно меньшую величину ввиду вышеуказанной проблемы с освещением, которая связана с криволинейностью поверхности, как показано на фиг.4. На фиг.4 луч 18 света и линия 18 получения изображения на криволинейной поверхности не перекрываются. Идеальное значение для угла 44 на фиг.9 равно 0°. Если только это можно получить с использованием расщепителя луча, то с практической точки зрения делать это нецелесообразно, когда имеются проблемы с освещением, из-за принципиальной потери силы света, происходящей, например, на расщепителе светового луча. Наибольшая достижимая эффективность расщепителя луча составляет 25% при допущении 0% оптических потерь. Поэтому угол 44 предпочтительно выбирается таким образом, что он имеет величину порядка 1°. При необходимости для обеспечения компактной конструкции камеры и устройства освещения при малом угле 44 может использоваться отражающее зеркало 38. Это является еще одной причиной для использования камер с однострочной разверткой. Для камер с однострочной разверткой необходимо только, чтобы отраженный луч 42 имел малую ширину: в диапазоне от 5 мк до 30 мк. В этом случае может быть получено очень малое значение угла 44.

[0078] На фиг.10 более подробно показана часть схемы освещения, используемой на фиг.9. Как указывалось выше, угол 44 не может быть равен 0°, если только не используется расщепитель луча. Поэтому каждое устройство 6 линейного освещения должно иметь ширину W (указана ссылочным номером 41 на фиг.10). На фиг.10 ось металлического прутка 16 указана ссылочным номером 46. Линия 48 отмечает дугу 60° на поверхности прутка, которая начинается с тангенциальной границы слева, как показано на фиг.10, и увеличивается направо. Одна из камер должна быть способна получать изображение поверхности металлического прутка 16 для верхней половины указанной линии 48 дуги 60°. Вышеуказанные рассуждения справедливы для использования трех камер. Если используется большее количество камер, то линия 48 может представлять дугу 45° для системы с четырьмя камерами, 36° для системы с пятью камерами и так далее. При симметричной конструкции камера также может получать изображение нижней половины дуги 60° поверхности металлического прутка 16. Для получения такого покрытия ширина W устройства линейного освещения должна быть больше, чем пороговое значение, величина которого определяется уравнением (4):

[0079] ,

[0080] в котором r - радиус прутка и - угол падения (половина угла 44). Вместо значения 60° может использоваться другое значение, если в предлагаемой в изобретении системе используется больше чем три камеры. Этот принцип иллюстрируется на фиг.11, на которой линия 42 изображения явно криволинейна, но перекрывается полосой, определяемой лучами 40. Иными словами, устройство формирования изображения (например, камеры в предпочтительном варианте осуществления изобретения) захватывает полосу 18 изображения, имеющую первую заданную ширину по всему периметру поверхности прутка 16. Блок линейного освещения (например, источники линейного освещения в предпочтительном варианте осуществления изобретения) проецирует полосу света, имеющую вторую заданную ширину, на поверхность прутка 16. Блок линейного освещения размещен и сориентирован относительно блока формирования изображений таким образом, чтобы полоса изображения находилась внутри полосы освещения. С использованием вышеуказанной схемы преодолевается проблема, связанная с криволинейностью поверхности.

[0081] Кроме того, указанные устройства линейного освещения должны быть размещены таким образом, чтобы интенсивность света, отраженного от различных точек поверхности прутка в камеру, поле обзора которой охватывает эти точки, была одинаковой (см. фиг.1). Более подробная иллюстрация приведена на фиг.12. Для создаваемого освещения должно выполняться условие, определяемое уравнением (3). На фиг.12 такая схема иллюстрируется для одной камеры. Понятно, что такая же схема может быть воспроизведена для других камер, используемых в предлагаемой в изобретении системе получения изображений. В соответствии с уравнением (3) угол, образуемый падающим лучом 40 и отраженным лучом 42, должен делиться пополам линией 50, перпендикулярной к поверхности. Как показано на фиг.12, осветительное устройство 52 имеет криволинейную поверхность. Осветительное устройство 52 излучает лучи света (перпендикулярно указанной криволинейной поверхности в точке излучения), которые отражаются поверхностью прутка 16 в соответствии с уравнением (3) и попадают в линзу 14 и далее в датчик формирователя изображения камеры 12. Необходимо заметить, что криволинейная поверхность 52 необязательно должна иметь форму окружности. Ее форма зависит от расстояния между линией 52 и поверхностью прутка 16 (объект). Линия 52 может не быть плавной кривой в том случае, когда форма прутка отличается от окружности. Даже при изготовлении осветительного устройства 52 с использованием современных технологий оно может использоваться с прутками 16 лишь определенного диаметра. В некоторых приложениях его нельзя будет применить. В качестве альтернативы можно использовать имитацию такого освещения с помощью системы устройств 6 линейного освещения и оптических бустеров 8, как показано на фиг.12. Каждый модуль, состоящий из устройства линейного освещения и оптического бустера, может быть регулируемым таким образом, чтобы направление света можно было изменить (показано ссылочным номером 54) для перенастройки системы на разные диаметры прутков. Использование линейных устройств освещения также выгодно в тех случаях, когда форма поперечного сечения прутка 16 отличается от окружности.

[0082] На фиг.13А приведена упрощенная схема другого варианта предлагаемой в настоящем изобретении системы. В этом варианте используется простая в обслуживании кассета с отражающими элементами, которые компактно размещены в пространстве, имеющем сравнительно небольшие размеры (например, от 20 мм до 50 мм), так что обеспечивается работа в небольшой зоне прохода 26 (лучше всего показано на фиг.5), причем изделие/движущийся пруток 16 проходит внутри кассеты и двигается в направлении 20 по каналу 24. На фиг.13А показаны: устройство 6 линейного освещения, оптический бустер 8, камера 12, линза 14, отражающее зеркало 38 для падающих лучей 40 света, второе отражающее зеркало 38 для отраженного луча 42 (изображение), представляющего изображение на поверхности прутка, и защитное устройство, например трубчатое устройство 43, имеющее первую часть 43а и вторую часть 43b, находящуюся на некотором расстоянии от первой части со сдвигом по оси "А", так что образуется зона 43с прохода. Части 43а, 43b защитного устройства 43 устроены таким образом, чтобы защищать сравнительно хрупкие компоненты устройств освещения и формирования изображения от высоких температур, ударов (например, при контакте) и от загрязнения (например, частицами), источником которых является движущийся пруток 16, который может иметь повышенную температуру. Части 43а и 43b в поперечном сечении могут иметь форму окружности. Зона 43с прохода может иметь такую форму и размеры, чтобы через него проходили падающие лучи 40 освещения и отраженные лучи 42, представляющие изображение. Защитное трубчатое устройство 43 может быть изготовлено из металла или из другого прочного материала, подходящего для отделения горячего стального прутка 16 от частей предлагаемой в изобретении системы получения изображений.

[0083] Кроме того, на фиг.13А показано устройство уменьшения загрязнения, отсасывающее мельчайшие загрязнения 62, взвешенные в воздухе, такие как пыль прокатной окалины или водяной туман, которые могут присутствовать в пространстве, примыкающем к зоне 43 с прохода защитного трубчатого устройства 43 (то есть загрязняющие частицы, источником которых является металлический пруток, двигающийся внутри защитного трубчатого устройства). Это устройство уменьшения загрязнения может работать совместно с воздушными отражателями или аналогичными устройствами, размещенными вокруг зоны 43 с прохода и предназначенными для предотвращения выхода из нее крупных частиц. Достоинством всасывающего устройства уменьшения загрязнения заключается в том, что оно предотвращает или уменьшает осаждение загрязняющих частиц на оптических компонентах, в результате чего они будут чище и их оптические характеристики будут выше (по сравнению с загрязненными оптическими компонентами). Кроме того, устройство уменьшения загрязнения может снизить степень запыленности пути световых лучей, в результате чего может улучшиться чувствительность устройств формирования изображений.

[0084] Устройство уменьшения загрязнения содержит всасывающий рабочий орган 64, снабженный соединителем 66, трубопровод или другой канал 66 с первым концом для соединения с соединителем 66, и источник вакуума, например вакуумный насос 72, соединенный со вторым концом трубопровода 66 .

[0085] Всасывающий рабочий орган 64 предпочтительно имеет форму кольца, как показано на чертежах, и снабжен кольцевым всасывающим отверстием 70, которое окружает пространство, прилегающее к зоне 43 с прохода защитного трубчатого устройства 43. Ось кольца всасывающего рабочего органа 64 установленного устройства уменьшения загрязнения по существу совпадает с продольной осью, вдоль которой движется металлический пруток. Всасывающий рабочий орган 64 представляет собой тонкостенную конструкцию, имеющую в основном замкнутый контур, и стенки конструкции формируют внутреннюю вакуумную камеру 68. В предпочтительном варианте конструкции кольцеобразный всасывающий рабочий орган 64 имеет прямоугольную форму в радиальном поперечном сечении (лучше всего видно на фиг.13Е). Однако понятно, что всасывающий рабочий орган 64 может иметь и другие формы, например форму пары полуколец, размещенных согласованным образом для обеспечения всасывающего действия по периметру пространства, прилегающего к зоне 43 с прохода. Кроме того, всасывающий рабочий орган 64 может иметь форму множества прямолинейных полос, размещенных по периметру зоны 43 с прохода. Возможны и другие варианты, находящиеся в пределах объема и сущности настоящего изобретения.

[0086] Всасывание, создаваемое источником вакуума (насосом 72), через трубопровод 66 , вакуумную камеру 68 и затем через всасывающее отверстие 70 воздействует на пространство, прилегающее к зоне 43 с прохода, в том числе и на мельчайшие загрязняющие частицы 62, имеющиеся в воздухе.

[0087] На фиг.13В представлен схематический вид спереди в перспективе, на котором можно видеть отражающие зеркала 38 (направление освещения), размещенные в съемной кассете 152. На фиг.13В изображены восемь отражающих зеркал 38, опирающихся на соответствующие держатели 138. Кассета 152 имеет съемную конструкцию и показана в установленном положении (фиг.13В) и в положении, когда она почти полностью вынута (лучше всего видно на фиг.13С). Кассета 152 устанавливается на держателе, таком как пластина 150. Пластина 150 может быть соединена с другими элементами предлагаемой в изобретении системы посредством опорной плиты 154.

[0088] В рассматриваемом варианте пластина 150 снабжена по своему внутреннему периметру пазом 156. В свою очередь кассета 152 снабжена установочными шпонками 158 (показаны четыре шпонки, две пары диаметрально расположенных шпонок), размеры и форма которых соответствуют пазу 156. Допуски размеров таковы, что положение кассеты 152, в частности установленных на ней зеркал 38, может быть необходимым образом согласовано с положением узлов 14/12 и 6/8, когда кассета 152 устанавливается в заданное положение. Необходимо отметить, что кассета 152 содержит только пассивные компоненты, а именно зеркала 38, направляющие падающие лучи освещения, и зеркала 38 , направляющие отраженные лучи изображения (лучше всего видно на фиг.13Е и 13F), и, соответственно, отсутствует необходимость в подводке кабелей или других внешних по отношению к кассете 152 элементов, входящих в предлагаемую в изобретении систему освещения и получения изображений. Достоинство такой конструкции заключается в том, что кассета 152 может быть снята без труда для чистки и затем установлена на прежнее место, поскольку отсутствуют какие-либо соединения кассеты с другими компонентами системы.

[0089] Кассета 152 может удерживаться в установленном положении с помощью подходящего запирающего и фиксирующего устройства, такого как, например, простой запирающий элемент 153 (см. фиг.13В), снабженный соответствующими выступами для скольжения в пазу 156 и фиксируемый с помощью крепежных средств. Средний специалист в данной области техники может без труда предложить различные варианты других подходящих запирающих и удерживающих устройств.

[0090] В варианте, который иллюстрируется на фиг.13В, используются 4 камеры.

[0091] Кроме того, на фиг.13В в перспективе показан вариант кольцевой схемы устройства уменьшения загрязнения.

[0092] На фиг.13С приведен упрощенный схематический вид кассеты 152 в частично снятом положении. Кассету 152 можно легко снять после того, как будет освобождено и снято запирающее и удерживающее устройство 153, путем выдвижения ее в направлении стрелки 160, например, для проведения технического обслуживания (чистка, ремонт, юстировка). Установка кассеты 152 на прежнее место осуществляется в обратном порядке.

[0093] На фиг.13D представлен схематический вид спереди в перспективе варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.13В, на котором можно видеть защитное устройство в форме трубчатого устройства, состоящего из двух частей 43а и 43b. На фиг.13D показано также запирающее и удерживающее устройство 153 в установленном и запертом положении, причем в установленном положении, как показано на фиг.13D, положение зеркал 38, направляющих падающие лучи освещения, и зеркал 38 , направляющих отраженные лучи изображения, согласовано с положением системы линейного освещения (устройства 6 освещения и оптические бустеры 8) и системы формирования изображения (линзы 14 и камеры 12) соответственно.

[0094] Кроме того, на фиг.13D показано радиальное сечение всасывающего рабочего органа 64, сделанное в середине (половина кольца не показана, чтобы не загромождать чертеж). Как можно видеть, всасывающий рабочий орган 64 содержит тонкие стенки, формирующие внутреннюю камеру 68 пониженного давления. Также на фиг.13D показано всасывающее отверстие 70, которое может быть получено удалением выступающего внутрь угла.

[0095] На фиг.13Е представлен схематический вид сбоку конструкции, показанной на фиг.13В, с кассетой 152 в установленном положении. На фиг.13Е показаны направляющие зеркала 38 , положение которых согласовано с положением линз 14 и камер 12. На фиг.13Е также показана зона 43с прохода между частями 43а и 43b защитной трубы, через который отраженный свет попадает в камеры.

[0096] На фиг.13Е также показан вид сбоку поперечного сечения всасывающего рабочего органа 64, показанного на фиг.13D. На фиг.13Е представлен вид сбоку внутренней вакуумной камеры 68 и всасывающее отверстие 70. Отверстие 70 обращено радиально внутрь и окружает по кольцу периметр зоны 43с прохода.

[0097] Всасывающий рабочий орган 64 может быть изготовлен с использованием известных технологий и материалов (например, из металла или из других прочных материалов). Соединитель 66 и трубопровод 66 также могут быть изготовлены с использованием технологий и материалов, известных среднему специалисту в данной области техники. В качестве вакуумного насоса 72 могут использоваться конструкции, известные среднему специалисту в данной области техники. Например, в качестве вакуумного насоса 72 может использоваться электрический насос, вакуум-генератор Вентури или насос другого типа, известного в технике.

[0098] Необходимый предварительно заданный уровень вакуума (то есть степень разрежения на всасывающем отверстии 70) определяется наличием, размерами и типом загрязнений 62 и геометрической формой и размерами, а также ориентацией и близостью всасывающего отверстия 70 к зоне 43с прохода. Соответствующие технические характеристики вакуумного насоса могут быть определены на основе вышеуказанного необходимого уровня вакуума с учетом геометрической формы, размеров и объема всасывающего рабочего органа 64, а также размеров и длины соединителя 66 и трубопровода 66 .

[0099] На фиг.13F представлен схематический вид сзади варианта осуществления изобретения, показанного на фиг.13В. На фиг.13F в кассете 152 показаны три зеркала 38 , направляющие отраженные лучи изображения (по одному зеркалу 38 для каждого модуля линза 14-камера 12). При этом одно зеркало 38 на фиг.13F закрыто так же, как и соответствующий модуль линза 14-камера 12.

[00100] На фиг.1 показан вычислительный блок 10, к которому подсоединены камеры 12. Вычислительный блок 10 устроен таким образом, чтобы принимать информацию изображений для нескольких полос изображений 18, последовательно формируемых камерами 12 по мере продвижения прутка 16 в направлении 20 продольной оси (см. фиг.1). Для приема сигналов изображения могут использоваться устройства захвата изображения. Как уже указывалось выше, в системе предпочтительно используются цифровые камеры 12. Вычислительный блок может состоять из одного или нескольких компьютеров, имеющих достаточную вычислительную мощность для обработки информации изображений. Для повышения скорости вычислений совместно с программным обеспечением могут использоваться специализированные аппаратные средства для обработки изображений. Если используется несколько компьютеров, то они объединяются в один комплекс с помощью средств связи компьютеров, таких как, например, TCP/TP и т.п.

[00101] В любом случае вычислительный блок 10 предназначен для обработки информации изображений с целью выявления определенных признаков поверхности прутка 16. В предпочтительном варианте осуществления изобретения такими деталями являются поверхностные дефекты. То есть информация изображений обрабатывается с целью выявления дефектов, примеры которых представлены на фиг.14А-14В. Изображения, как правило, содержат как действительные дефекты (один из них указан ссылочным номером 302 на фиг.14А), так и мелкие царапины (указаны ссылочным номером 304). Для фильтрации шумов и выявления действительных дефектов (см. фиг.14В) используются алгоритмы обработки изображений, реализованные в форме компьютерных кодов, написанных на машинных языках, таких как, например, С, С++ и т.п., или в форме логики аппаратных средств. Выявляемые дефекты могут быть длинными, имеющими большое характеристическое отношение, как показано на фиг.15А-15С, на которых дефект может иметь длину 308, равную 1000 мм, и ширину 310, равную 0,05 мм. Или же дефекты могут быть короткими с характеристическим отношением порядка 1:1, как показано на фиг.16А-16С. Такие алгоритмы известны в технике и будут описаны лишь в общем виде. Первый уровень обработки может содержать сравнение местной контрастности изображения, например, путем сравнения местной контрастности с заданным первым пороговым значением. Второй уровень обработки может содержать применение заданного второго порогового значения для выявления характеристики дефекта, такого как, например, размер, расположение, длина, ширина и т.п.

[00102] Предпочтительный вариант осуществления изобретения, представленный на фиг.1, также будет иметь защиту от пыли, воды, вибрации и других неблагоприятных факторов, имеющих место при использовании обычного металлообрабатывающего оборудования, такого как, например, стан горячей прокатки или установка холодного вытягивания.

[00103] Специалистам в данной области техники будет понятна возможность дальнейшего сокращения пространства вокруг прутка и раздельного использования для контроля качества трех или большего количества систем, содержащих одну камеру, при выполнении процесса уменьшения поперечного размера прутка.

[00104] Кроме того, специалистам в данной области техники будет ясно, что охват (то есть контроль) всего лишь части поверхности прутка может быть достаточно полезным для целей получения статистических материалов в отношении дефектов, возникающих при работе производственной линии по уменьшению поперечного размера прутка.

[00105] Кроме того, специалистам в данной области техники будет ясно, что вместо камер с однострочной разверткой могут быть использованы высокоскоростные камеры (высокая скорость передачи данных и высокая скорость следования кадров), если для обработки используется только определенная часть каждого изображения, полученного сканированием площади.

[00106] Необходимо также понимать, что если металлические прутки имеют повышенную температуру, то совместно с линзой может быть использован оптический фильтр, так что только определенные длины волн отраженных световых лучей 42 (см. фиг.12) будут использоваться для передачи информации о состоянии поверхности металлических прутков. Такие длины волн не излучаются или почти не излучаются металлическими прутками при указанных повышенных температурах. Для металлических прутков при температуре 1650°С или ниже может использоваться длина волны 436 нм. В этом случае вместе с линзой может использоваться интерференционный фильтр для длины волны 436 нм. Эта длина волны может изменяться с изменением температуры. При пониженной температуре может использоваться большая длина волны.

[00107] Еще в одном варианте линейное устройство освещения может работать в стробирующем режиме, причем вычислительный блок 10 обеспечивает синхронизацию освещения с получением изображений, осуществляемым устройством формирования изображений (например, камерами 12 в предпочтительном варианте осуществления изобретения).

[00108] Еще в одном варианте осуществления изобретения вычислительное устройство 10 устроено таким образом, чтобы обеспечивать текущую регистрацию обнаруженных дефектов, в частности (i) указание соответствующего положения каждого обнаруженного дефекта относительно начальной точки отсчета, например относительно переднего конца, на прутке 16, изготавливаемого путем механического уменьшения его поперечного размера; (ii) соответствующее описание характеристик обнаруженного дефекта, таких как, например, размер, форма, контрастность; (iii) дополнительно действительное изображение участка поверхности, окружающего обнаруженный дефект. Полученные записи могут быть полезны для поставщика/производителя, например, для определения предварительной скидки и могут быть предоставлены заказчику (например, на дискете или на других носителях) для использования при дальнейшей обработке, например для определения частей прутка, которые должны быть исключены или в отношении которых должны быть проведены дополнительные работы.