книги из ГПНТБ / Полоник В.С. Телевизионные автоматические устройства

Для повышения контраста светового пятна на фоне раскаленного металла оптическая система снабжена узкополосным фильтром на длину волны 632,в Нм (используется гелий-неоновый лазер).

Способ контроля с помощью светового пятна

Два тонко сфокусированных в одну точку лазерных'луча направ­ ляют под разными углами на контролируемую поверхность предме­ та 1, который плавно перемещают по направлению измеряемого се­ чения (рис. 5Д2).іПри этом, из-за кривизны предмета, расстояние между лазерными головками 2 и поверхностью будет изменяться, что приведет к увеличению размеров светового пятна на поверхности.

После преобразования изображения светового пятна .в видеосигнал с по­ мощью ТД 3 видеосигнал поступает в счетно-измерительное устройство 4, где определяются размеры пятна

размеров пятна на контролируемой поверхности. Полученные дан­ ные по перемещению лазерных головок подаются к индикатору 7, на который также заводятся координаты контролируемой в дан­ ный момент точки поверхности [79]. Если снабдить индикатор са­ мописцем, то можно получить документальную запись криволи­ нейное™ предмета.

Способ со световым сечением

В и з у а л ь н ы й в а р и а н т . Если на участок поверхности изде­ лия направить узкий щелевидный пучок света, то при наблюдении под некоторым углом получающегося светового пояска можно уви­ деть профиль данного участка изделия. При освещении всего пери­ метра изделия будет виден полный его профиль. На рис. 5.13 изоб­ ражено взаимное расположение изделия и элементов аппаратуры при контроле профиля пера лопатки турбины [2]. Полученное свето­ вое сечение переносится с помощью объектива на экран и сравнива­ ется там с предварительно нанесенным эталонным контуром.

Расчеты показывают, что в рассматриваемом способе между наб­ людаемым размером сечения а и его истинным значением b имеется

. sin ß

следующая связь: а = о— г ,

sin а

где а — угол, образованный плоскостью светового сечения и осью изделия; ß — угол между плоскостью светового сечения и плоскос­ тью визирования.

— 150

Отсюда следует, что величина проекции светового сечения будет соответствовать истинному размеру изделия при условии a=ß.

-При чисто оптическом выполнении данного способа возникают большие трудности в случае контроля профиля по замкнутому пери­ метру, и, кроме того, сам контроль может производиться только в непосредственной близости к изделию, что не всегда выполнимо.

мощью светового сечения:

При использовании телевизионной техники эти вопросы решают­ ся достаточно просто. Иллюстрационная схема телевизионного уст­

ройства для контроля профиля изделий приведена на рис. 5.Л4 [9]_ На контролируемое изделие с четырех сторон проецируются уз­ кие световые щели, создающие по периметру изделия замкнутый световой поясок, одновременно наблюдаемый с помощью четырех

Рис. 5.14. Иллюстрацион­ ная схема телевизионно­ го визуального контроля профиля изделий:

ТД. Сигналы от ТД поступают на микшерный усилитель, где про­ исходит их сложение в один видеосигнал. Суммарный видеосигнал подается на ВПУ, на экране которого производится визуальное сравнение полученного профиля с эталоном. Точное совмещение

-151 —

изображений участков профиля от всех ТД производится электри­ ческим и механическим путями: электрическое совмещение осущест­ вляется с помощью вертикальных и горизонтальных центровок, ме­ ханическое— перемещением объективов во взаимноперпендикуляр­ ных направлениях, для чего они устанавливаются на специальных подвижных платах. Для получения максимально идентичных раст­ ров у всех четырех ТД для всего устройства применяется один блок разверток.

На іріис. 5.15 ліріі-іівеідеін отрезок фасонного проката .и получен­ ный от тюро профиль на экране ВПУ [48].

Рассмотренный способ, однако, не может быть рекомендован для контроля профиля горячего проката при больших скоростях

Рис. 5.15. Отрезок фасонного проката (а) и полученный от него профиль (б)

прокатки, так как человек не может реагировать на имеющие мес­ то в этом случае быстрые перемещения изображения из-за вибраций металла.

Автоматический вариант. Спроецировав световой поясок на фо­ тослой видикона, можно, в принципе, контролировать любой про­ филь с помощью ЦВМ, имеющей достаточный объем памяти и ра­ ботающей по заданному алгоритму. Однако это решение является слишком громоздким и может быть упрощено.

Рассмотрим структурную схему ТА (рис. 5.16 а), предназначен­ ного для контроля профиля уголка при горячей прокатке [20]. По­ скольку работа схемы достаточно очевидна, рассмотрим ее отдель­ ные элементы.

Источник света должен быть достаточно мощным и иметь спект­ ральный состав, отличный от спектра излучения раскаленного до 1000-М200°С металла. Только ів этом случае можно создать на про­ кате достаточно яркий световой поясок, который не будет маскиро­ ваться собственным мощным излучением металла. Наиболее подхо­ дящими источниками света являются лазеры или ртутные лампы. Для создания светового пояска при использовании лазера применя­ ют механическую развертку с помощью качающегося зеркала или цилиндрическую оптику. Эту же оптику целесообразно применять при использовании ртутных ламп.

— 15)2 •—

помощью блока индикации управляется световое табло, на котором расположены осветительные лампочки по форме профиля проката, связанные каждая со своим дискретным элементом; при выходе профиля проката за пределы допуска на соответствующем участке светового табло лампочки гаснут.

5.4. СВЕТОВОЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ И НЕКОТОРЫЕ СХЕМНЫЕ РЕШЕНИЯ ТА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОФИЛЯ

ПРОКАТА

Расчет интенсивности светового пятна

Рассмотрим возможность получения контрастного светового по­ яска на раскаленном металле, используя пару лазер-кремниевая фотодиодная линейка и цилиндрическую оптилу. Контраст изобра­ жения К ів данном случае К = (Ітах—Imin) IImin, причем цветовые потоки Ітах определяются следующими выражения ми:

металла; а — коэффициент пропорциональности.

Чтобы обеспечить заданную величину контраста К, необходимо выполнить равенство

из которого нетрудно определить значение плотности облучения металла, исходя из монохроматичности излучения лазера [е(Х) бу­ дет при этом фиксированной величиной]:

СО

asx J

Зная площадь сечения луча лазера 5 в плоскости светового по­ яска и потери в цилиндрической оптике т, можно определить нуж­ ную мощность излучения лазера Р из выражения

— 154 —

Для определения плотности облучения металла Я'Пі обеспе­

чивающей получение ізаДаеной величины оиинала іс, с фотокатода,- имеющего площадь S0, следует воспользоваться следующим выра­ жением: R'a = ic/ÈxS0.

Наконец, вычислить мощность лазера, обеспечивающую получе­ ние заданного тока сигнала, можно по формуле, идентичной фор­ муле расчета освещенности на объекте (см. §1.2) и учитывающей площадь сечения луча лазера на поверхности металла:

Поскольку лазер ЛГ-106 излучает ів иапреры'вном ірежим-е мощ­ ность О Вт, его применение обеспечивает получение заданных пара­ метров с большим запасом.

Следует отметить, что лазер ЛГ-іЮб удовлетворительно работа­ ет и в паре с обычным видиконом. Хорошие результаты получают­ ся и в паре — ртутная лампа ДРШ-1000 и видиком ЛИ-415.

Расчет элементов оптической части ТА

Расчет параметров устройства оптико-механического сканиро­ вания луча лазера. Для получения оветового пояска с помощью лу­ ча лазера можно использовать перемещение его путем отражения от

— 155 —

качающегося с помощью двигателя зеркала. При этом дастигается максимальное использование светового потока лазера. Расчету обычно подлежат угол сканирования, частота сканирования и из­ менение сечения луча по глубине сканирования изделия.

Угол сканирования a= 2arc tgb/2l, где b — размер сканируемой части изделия; I — расстояние от лазера до изделия, а угол поворо­ та зеркала, как известно, будет равен а/2.

Частота сканирования определяется из условия, чтобы одно ска­ нирование происходило примерно за 2% времени Т, необходимого для случайного перемещения изделия на максимальное расстояние. Тогда число оборотов в минуту оси, на которой закреплено зерка­ ло:

ІѴ » 4 — .

Т

Значения а берутся в градусах, а Т — в секундах.

Для сканирования луча лазера может быть применен также по­ ворот зеркала с помощью вибрационной системы и другие способы.

Расчет диаметра луча лазера три 'СжаіН'ир'Оіваниіи то глубине из­ делия троп'зводится по выражению

di = d0-f- 2(5 li, d%— d$ -f- 2ß 1%,

где h и U— расстояние между лазером и наиболее и наименее уда­ ленными точками изделия. Если расчет показывает, что значение диаметра превышает, с учетом масштабных соотношений, ширину линейки ПСС, необходимо произвести дополнительную фокусиров­ ку луча с помощью линзы.

Расчет параметров цилиндрической оптики. Световой поясок мо­ жет быть создан и с помощью цилиндрической оптики. Цилиндри­ ческая линза в одном сечении обладает свойством сферической лин­ зы, в другом — плоско-параллельной пластины, в результате чего создается узкая световая полоска.

Основным при расчете цилиндрической линзы является опреде­ ление ее радиуса кривизны. Для этого сначала определим угол у, под ,которым рассеивается ісшеговой пучок после отрицательной

луча лазера на выходе.

Радиус кривизны линзы r =f ( n —1), где п — показатель прелом­ ления стекла.

Структурная схема анализирующего устройства

Структурная схема анализирующего устройства (рис. 5.17) по­ строена по такому принципу: если сигнал поступает одновременно от линеек ПСС обеих групп (рис. 5.16 б) с одинаковыми номерами или большими на единицу (этим предусматривается допуск на ко­ лебание размера), то на выходе устройства сигнал должен отсут­ ствовать; при появлении сигналов с линеек ПСС в других комби­

— 156 —

нациях выдается сигнал тревоги. Для выполнения этого условия сигналы от соответствующих линеек ПСС после необходимого уси­ ления подаются на входы ячейки И. В случаелравіильной последова­ тельности подачи оиіпналіов всегда должна сработать какая-либо из

Группа входных сигналов вторая

Рис. 5.17. Структурная схема анализирующего устройства

этих ячеек и подать сигнал на ячейку ИЛИ. Таким образом, на общей нагрузке ячеек ИЛИ постоянно будет присутствовать сигнал и ячейка слежения сигнала тревоги не подает. При отклонении от указанного условия ни одна из ячеек И и ИЛИ не сработает и ячей­ ка слежения выдает сигнал тревоги путем включения реле с само­ блокировкой. В исходное состояние ячейка слежения возвращается только при наличии оивнала «а входе и нажатии пусковой кнопки оператором.

Структурная схема индикаторного устройства

Из двух возможных способов съема сигнала для подачи на све­ тящееся табло — параллельно от каждого дискретного элемента ПСС или в виде временной последовательности от этих элементов от общей нагрузки — практически преемлемым является второй. Для его реализации служит структурная схема, приведенная на рис. 5.18.

Пилообразное напряжение от генератора развертки 1 дискрет­ ного ПСС поступает на ряд схем сравнения напряжения 2, на вто­ рые входы которых подаются напряжения от делителя. Ступени де­ лителя подобраны таким образом, чтобыпроквантовать пилообраз­ ное напряжение на количество уровней, соответствующее числу элементов в ПСС, причем смежные уровни должны отличаться друг от друга на одну и ту же величину. В результате на выходах схем сравнения поочередно будут возникать тактовые импульсы, не зависящие от нелинейности развертки. Тактовые импульсы от схем арав'нения подводятся ж іавоим логическим -ячейкам И, а к мк вто­

— 157 —

6

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АВТОМАТЫ ДЛЯ СЧЕТА ЧИСЛА ПРЕДМЕТОВ, НАХОДЯЩИХСЯ В ПОЛЕ НАБЛЮДЕНИЯ

6.1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ

Наряду с общеизвестными методами счета предметов, пересекаю­ щих поочередно световой луч, падающий на фотоэлемент, возраста­ ющее применение находят способы, с помощью которых произво­ дится подсчет объектов, одновременно находящихся в поле наблю­ дения (различного рода частиц, пятен, кровяных телец, микроорга­ низмов, деталей на конвейере и др.). Эта задача является весьма актуальной в различных областях науки и техники: в биологии и ме­ дицине, метеорологии, ядерной физике, химии,в промышленности (іпорошковая металлургия, производство цемента, образиівов, кра­ сильное и латексное производство, горное дело и т. д.), а также при решении некоторых частных задач. Так, например, число частиц в единице массы и на единице поверхности — важный фактор, опреде­ ляющий эффективность пигментов и катализаторов. Счет числа пы­ левых частиц представляет интерес для санитарии, где его необхо­ димо осуществлять для предупреждения ряда профессиональных за­ болеваний (силикоз и др.), в угольных шахтах для предотвращения взрыва из-за опасной концентрации угольной пыли. 'Подсчеты ана­ логичного характера необходимо проводить при оценке работы раз­ личных дробильных аппаратов, применяемых на рудных дворах, в цементном производстве и т. д. В медицине подсчет числа эритро­ цитов может дать быструю и эффективную информацию о состоянии здоровья человека. Таким образом, полезность и необходимость счета различных объектов вполне очевидна. Но на пути его широ­ кого внедрения имеются трудности.

Практика показала, что погрешность счета объектов, получае­ мая при визуальном подсчете объектов, например, под микроско­ пом, колеблется от 15 до 40%, зависит от физического и эмоцио­ нального состояния лаборанта, а скорость выполнения анализа мала (около 500 частиц в час) и не имеет тенденции к увеличе­ нию [23].

Наиболее целесообразное решение вопроса может быть полу­ чено путем применения телевизионных методов, которые позво-

— 159 —