Пристрій для вимірювання поперечних розмірів прокату

Устройство относится в основном к металлургии и может быть использовано для автоматического бесконтактного измерения профиля поперечного сечения сложно-профильного движущегося холодного и горячего проката на металлургических заводах (для измерения уголка, двута вровой балки, швеллера, рельса и т.д.) на кабельных заводах, заводах производящих протекторную ленту, вообще на всех производствах, применяющих прокатную технологию. Известно фотоэлектрическое устройство для измерения диаметра изделий [1], содержащее последовательно установленные источники света, оптическую систему, предназначенную для переноса изображения в плоскость анализа, дискретную линейку фотоприемников. Основной недостаток аналога пригодность его только для измерения сечения проката круглой формы, Известно устройство [2] для измерения размеров шестигранного профиля, содержащее поворотный механизм, связанный с ним датчик угла поворота и измеритель размеров, Основные недостатки аналога - в нем реализованы механический и контактный принципы проведения измерений, ограничивающие производительность измерений, температуру измеряемого объекта и номенклатуру измеряемых профилей. Известен способ [3] измерения диаметров цилиндрических объектов, заключающийся в том, что объект сканируют пучком света и определяют диаметр по углу перекрытия пучка объектом и расстоянию от оси поворота пучка до точек касания пучкам. объекта. Основной недостаток аналогу пригоден только для измерения объекта имеющего круглое поперечное сечение. Известно устройство для контроля формы изделия [4]. Устройство рассматривается в качестве прототипа и содержит: - источник света и вращающееся зеркало, установленные с одной стороны контролируемого изделия; -два световода, установленные с другой стороны контролируемого изделия, два фотоприемника, соединенные с соответствующими световодами. - измеритель временных интервалов. Основные недостатки прототипа - пригоден только для измерения габаритных размеров измеряемого профиля, но не формы профиля (например, рельса). Цель изобретения - создание такого устройства, которое позволит осуществить автоматические измерения поперечного сечения движущегося горячего проката любого профиля. Изобретение иллюстрируется следующими примерами, На фиг.1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг,2 - принципиальная схема углоизмерительного модуля; на фиг.3 - диаграмма работы устройства; на фиг.4 - схема взаимного расположения аналитической и измерительной системы координат. На вертикальной панели 1 (фиг.1) расположено отверстие 2 для прохода измеряемого проката 3. На панели 1 установлен лазер 4, отражающее зеркало 5 и призматический зеркальный модулятор с электродвигателем 6. По радиально-круговой схеме на панели установлены зеркала 7 и 8, на тыльной стороне панели 1 установлены углоизмерительные оптико-электронные модули 9-14. ориентированные в измерительной системе координат OXY - 15. Углоизмерительные модули смещены вдоль продольной оси проката, относительно плоскости развертки луча. Вдоль контура измеряемого профиля стрелками 16-20 показаны во временной последовательности образования расчетные участки измерительных траекторий лазерного пятна. Угол поворота 21. лазерного луча за период развертки информационной строки разбит на 3 сектора - 22, 23 и 24, характеризующиеся особенностями проекции пятна на измеряемый контур: сектора 22 и 24 связаны с проекцией отраженного луча от зеркал 7 и 8, сектор 23 связан с прямым проектированием луча на измеряемый контур. Выходы модулей включены на 1-е входы блока аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 25, на 2-е входы которых включены выходы генератора тактовых импульсов 26. Выходы АЦП включены на входы ЭВМ 27. На фиг.2 цилиндрическая линза 28 проектирует в фокальную плоскость, на рамку 29, штриховое изображение 30 лазерного пятна. Рамка 29 разделена диагональю 31, образующей равные по площади две светоприемные площадки треугольной формы, за которыми расположены фотоприемники с линейной световой характеристикой, вырабатывающие напряжения Un и U21, отношение которых пропорционально ординате штрихового изображения 32. Угол засечки лазерного пятна на контуре измеряемого проката (его переменную составляющую) определяют по данным модуля из соотношений: где I - сторона рамки параллельная образующей цилиндрической линзы; l - угол образованный диагональю и нормалью к стороне рамки 29; Υi- ордината штри хового изображения (32); f - фокусное расстояние линзы модуля; a i - угол засечки (его переменная составляющая), Устройство работает следующим образом. Все узлы устройства включены в сеть электропитания. Лазерный луч, генерируемый лазером 4, отразившись от зеркала 5, приводится во вращение призматическим модулятором 6 в направлении, показанном стрелкой 21. Начало вращения пуча приводит к тому, что луч, отразившись от зеркала 7, в своем движении подсвечивает наружную часть левой полки, образуя на ней траекторию 16, что регистрируется модулями 14 и 13. В конце хода луча по зеркалу 7 происходит подсветка внутренней нижней части правой полки, при этом образуется траектория 17, которая регистрируется модулями 12 и 13. Дальнейшее вращение луча приводит к непосредственной подсветке проката на участке 18, при этом траектория регистрируется сначала модулями 9 и 10, а далее - модулями 9 и 14. Переход луча в последнюю (третью угловую зону) приводит к подсветке проката лучом отраженным от зеркала 8 на участке 19, при этом регистрация траектории обеспечивается модулями 11 и 12. Описанный процесс вращения лазерного пятна и измерения иллюстрируется на фиг.3. Дальнейшее вращение луча, отраженного от зеркала 8, приводит к подсветке проката на участке 20, что регистрируется модулями 10 и 11. В течение периода измерений генератор тактовых импульсов 26 подает на входы АЦП импульсы синхронного считывания информации с выходом всех модулей. Эта информация поступает на вход ЭВМ. На этом заканчивается цикл кругового измерения проката. Обработка измерительной информации. Начало информационной строки - траектории совпадает с началом участка 16. 1. По результатам измерения модулей 14 и 13 вычисляют ординаты штриховы х изображений лазерного пятна в 1-й момент времени: 4. По результатам последовательной во времени обработки информации строят траекторию луча и подвергают ее анализу на предмет выделения участка профиля связанного с основанием нижней полки. Беря 1-ю и 2-ю координатные производные находят участок траектории, на котором 2-ая производная близка к нулю, Это т участок используют для составления уравнения оси ΟΥA. Ось ОХA строят как нормаль к оси ОХ проведенную через участок контура, характеризующийся изгибом траектории на краю нижней полки, используя признак 5. На базе оси ОХа строят теоретически профиль проката и сдвигая его вдоль оси ОХA (направление 35) с шагом не более обусловленной величины допустимой ошибки изготовления проката, проводят анализ максимальной невязки. При наличии невязки менее допустимой величины прокат считают отвечающим ТУ. На фиг.3 изображена диаграмма измерений, на ней вдоль оси абсцисс (оси времени) расположены временные интервалы измерений отдельных участков измеряемого контура, вдоль оси ординат показана разметка каналов измерения (модулей). Здесь приведена оцифровка модулей по фиг.1. На фиг.1 видно, например, что участок 16 контура измеряется по результатам засечки лазерного пятна модулями 13 и 14. На фиг.4 показана схема пересчета результатов измерения контура 33 из измерительной системы координат 15 в аналитическую систему координат 16. Ось ΟΥA строится по результатам сглаживания измерений основания нижней полки проката. Ось ОХA строится по результатам анализа 1-ой и 2-ой производной траектории у кромки базисной полки проката, а именно - находится 1-ая производная траектории по абсолютной величине, отличающаяся на единицу от углового коэффициента оси ΟΥA. Составляют уравнение оси. Производят пересчет контура 33 в систему координат ΟΧA ΥA. В этой системе координат строят теоретический контур проката 34 и вычисляют невязки в контрольных сечениях, например, в сечении 35. Проводят периодический сдвиг теоретического контура вдоль оси ΟΥA с дискретностью, равной предельной ошибке измерений, до появления невязки, равной или меньшей допустимой. Если достигнута одна позиция оценки невязки, при сдвиге обеспечивающая получение допустимой невязки, то считают, что прокат не имеет брака.