УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ идлины полосы Советский патент 1973 года по МПК G01P3/80 

1

Изобретение относится к средствам автоматического контроля .прокатного производства.

Известны устройства для измерения скорости и длины полосы, например проката, содержащие маску с рядом прозрачных параллельных ПОЛОС, собирательную оптическую систему, фотопреобразователи, частотомер и счетчик импульсов, в которых изображение контролируемой поверхности проектируется на маску. Каждая флуктуация излучаемого или отраженного полосой света воспринимается фотопреобразователями, поменденными за маской, как последовательность флуктуации силы света, частота которых соответствует частоте пересечения точкой изображения поверхности полос маски (решетки). В результате суммирования сигналов, обусловленных случайно распределенными флуктуациями яркости поверхности, на выходе фотопреобразователей можно выделить частоту, пропорциональную контролируемой скорости, как это показано для изображения земной поверхности, наблюдаемой с самолета, и подтверждено произведенными исследованиями относительно проката. Известно также устройство, в котором на подвижной объект проектируется изображение маски. Во всех этих устройствах измерение производится с помощью оптического изображения.

При измерении скорости самолета объект

находится «в бесконечности, маска находится в фокальной нлоскости собирательной оптической системы, при измерении же скорости проката расстояние от объекта до устройства сравнимо с фокусным расстоянием оптической системы, и в процессе работы изменяется, например, при раскатке металла. Изменение расстояния от объекта до устройства приводит к расфокусировке.

Целью изобретения является создание устройства, на работу которого мало влияет изменение расстояния объекта от устройства, и, кроме того, имеющего маску с полосами больщого размера, так как маски с оптическими растрами известных устройств быстро выходят из строя, имея размеры щелей, сравнимые с размерами пылинок, содержащихся в атмосфере прокатного производства. Это достигается тем, что маска расположена в неносредственной близости от собирательной оптической си1стемы, а ф|ото:прео|бразователи распошожеиы в ее фокальной плоскости в направлении движения полосы друг за другом. Предлагаемое устройство не создает оптического изображения, а выбирает из рассеиваемого каждой точкой поверхности полосы пучка лучей те, которые имеют данный угол наклона к оптической оси собирательной оптической системы.

На фиг. 1 показана схема действия оптической системы; на фиг. 2 - схема измерения

скорости маской, наложенной на объект; на фиг. 3 - схема получения второго ряда импульсов, сдвинутых на угол п второй маской, сдвинутой на Va шага; на фиг. 4 показаны электрически схемы, образующие противолежащие полуволны из обоих рядов импульсов; на фиг. 5 схема, показывающая влияние конечной щирины щелей фотонреобразователей; на фиг. 6 - схема устройства для измерения скорости движения и длины полосы; на фиг. 7 - оптическая схема построения для такого случая, когда требуется большее расстояние между фотопреобразователями.

Пусть пучок лучей, параллельных оптической оси собирательной системы 1, падает в фокальной плоскости 2 в точку 3 - главный фокус системы. Пучок параллельных лучей, наклоненных к оптической оси системы под углом ф, собирается в фокальной плоскости в точке 4. Расстояние между точками 5 и 4 середин щелей (p,...(l),

где F фокусное расстояние собирательной оптической системы. Произвольная плоскость 5 пересекается осями рассмотренных пучков на расстояни-и (f...(2).

где 0 - расстояние от главной плоскости оптической собирательной системы до плоскости 5, параллельной плоскости 2.

В рассматриваемую плоскость 5, расстояние которой от главной плоскости собирательной оптической системы в не предполагается обязательно весьма большим, сравнительно с фокусным расстоянием F оптической системы, задачей которой не является создание оптического изображения плоскости 5, а в отличие от известных устройств этого ряда только использование пучков параллельных лучей, помещают контролируемую полосу. Для измерения скорости помещают непосредственно на полосу маску (решетку) 6 из прозрачных и непрозрачных полос, неподвижную относительно, оптической системы. Рассмотрим единичный точечный источник света, находящийся на движущейся полосе, образованный флуктуацией испускаемого на.претой полосой или отраженного полосой света. Пока точечный источник света находится в поле зрения оптической собирательной системы под прозрачными участками маски, он излучает свет под углом ф к оптической оси, собирающийся в точке 5 фОКальной плоскости 2, т. е. при нахождении точечного источника света под прозрачной полосой из конуса испускаемых им л,учей, оптическая система выделяет лучи, направленные под углом ф к оптической оси, собираемые . в точку 5. Фотопреобразователь, бесконечно узкая щель которого проектируется .точкой 3, выдает импульсы аь показанные в зависимости.-от координаты S, направление которой совпадает с направлением движения полосы. Очевидно, что нри прохождении тояечным источником расстояния g - щага маски, фотопреобразователь выдает 1 импульс.

Частота импульсов f - ,

:.g

где V - скорость движения полосы. Контролируемая полоса несет не единичный точечный источник света, а испускает или отражает от внешнего источника непрерывный световой поток, интенсивность которого от точки к точке изменяется под влиянием шероховатости noiBepx-HoiCT, неравномерности, слоя окалины, неравномерного распределения темшературы, колебани Й поперечного paeiMepa и других факторов. Таким о:бразо1М, яркость полосы по длнле изменяется по случаЙ1Н01му закону. Его МОЖ1НО рассматривать как стаяцион арную случайную функцию В (S) на пути 5. Опектор дисперсий фуикции в этом случае пепрерьивный, и дисперсия функций может быть разложена на сумму элементарных составляющИХ. НормирО ванная снектралыная плотность выражается следующим образом:

оо

5в (от) - г Д- (Д5). cos 2итА5й(Д5 .... (4) 6

где KE(S) - нормированная корреляционная

функция;

т - нространственная частот. Практически на поверхности проката наблюдаются флуктуации любой величины, и спектор дисперсии яркости является широкополосным и непрерывным. При рассмотрении полосы через маску из чередующихся прозрачных и непрозрачных полос воспринимаемый ноток оказывается промодулированным неоднородпостями полосы. Значение потока является случайной функцией времени с нормированной спектральной плотностью

оо

5ф(/) f /Гф(т)...., (5) 6

где: /Сф(т) - корреляционная функция; т

Д5,

- ; частота .

При конечных размерах полос выражения (4) и (5) не подобны, и система обладает избирательными свойствами, т. е. наложенный растр модулирует спектр. Маска (растр) из параллельных прозрачных и непрозрачных полос одинаковой щирины в максимальной степени модулирует составляющие спектральной плотности, период которых существенно превышает длину решетки, так как фаза этих составляющих изменяется практически одновременно против всех щелей.

В несколько меньшей степени модулируется основная составляющая, период которой равен периоду маски, так как фаза этой составляющей изменяется против всех щелей одновременно. Чувствительность к нечетным гармоникам убывает по сравнению с чувствительностью на основной гармонике обратно пропорционально их номеру. Модуляция четных гармоник полностью отсутствует, так как на протяжении одной щели укладывается целое число периодов четных гармоник, а интеграл гармонической кривой в пределах целого числа периодов равен нулю. Таким образом, так же, как в обычных растровых устройствах, обнаруживается частота, определяемая выражением (3).

Усиление модулянии нолезного сигнала и устранение модулянии флуктуации, период которых существенно нревышает длину решетки, может быть достигнуто применением второй маски (растра) 7 (фиг. 3), сдвинутой относительно нервой на i/a шага, формирующего лучи, наклоненные нод тем же углом ф к оптической оси, но в другую сторону, собираемые в симметрично расположенную относительно оптической оси щель 4. При дифференциальном включении фотопреобразователей, установленных в щелях 4 w 4 например, по одной из схем фиг. 4 импульсы Q, (фиг. 2) складываются с импульсами Q2 (фиг. 3) как полуволны обратного направления.

На фиг. 4 фотонреобразователи включены в мостовую схему (фиг. 4а) в качестве соседних плеч, либо - с транзисторами S и § в дифференциальную схему (фиг. 46).

Функции масок 5 и 7 (фиг. 2, 3), находящихся в непосредственной близости от контролируемой полосы, одновременно может выполнять маска 9, находящаяся в непосредственной близости от собирательной оптической системы, что составляет существо изобретения. Эта маска формирует одновременно лучи, няклоненные под одинаковыми углами ф по обе стоооны оптической оси. Поскольку Н1ели 4 и 4 фотопреобразователей имеют конечную щирину, как ноказано на фиг. 5, острота импульсов размывается, импульсы из прямоугольных превращаются в трапециевидные или треугольные, что не исключает возможности измерения частоты. Таким образом, схема устройства .бПажается на фиг. 6, на которой на расстоянии в от контролируемой полосы размещается устройство, содепжащее собирательную оптическую систему /, маску 9 из чередующихся прозрачных и непрозрачных полос, -следующих друг за другом в направлении движения полосы, расположенную в непосредственной близости от оптической системы, или на самой оптической системе, два фотопреобразователя 4 VI 4 Е фокальной плоскости собирательной оптической системы, блок спавнения 10, усилитель- //., частотомер 12, показывающий скорость полосы, и счетчик 13 импульсов, измеряющий длину прошедщей полосы.

Маска имеет шаг 20 мм с равной шириной прозрачных и непрозрачных полос, непосредственно расноложенная рядом с маской линза имеет фокусное расстояние 510 мм, расстояние

рещетки от проката берется 1,2 - 1,8 .«, при котором изображение объекта оптической системой лежит далеко за фокальной плоскостью, в которой расположены фотопреобразователя.

Из выражений (1) и (2) следует, что е

-S-1 с - ....(6), в некоторых случаях это

расстояние оказывается слишком для габаритов примененных фотоэлектрических преобразователей. Как показывает схема, нриведенная на фиг. 7, расстояние с может быть выбрано кратным у того значения, которое определено вырал еннем (6). Таким образом -... (7), 2 :

где k - любое целое число.

Если устройство. гправи1льнолстан0вле.но;, 00ответственЛО расстоянию в, юстирО В01Чньт1МИ

приспособлениями установлено расстояние с, но в процессе работы, например, вследствие изменения толщины проката, расстояние в изменяется (фиг. 8). Элемент флуктуации яркости будет только на больщем или- на меньщем

отрезке пути посылать лучи в установленные фотопреобразователи, но характер сигналов от того не изменится. Собирательной оптической системой может быть-любая, обеспечивающая достаточную энергию фотопреобразователям, и удовлетворительная в оптическом отношении. Параболическое зеркало в отличие от стеклянной оптики не имеет хроматической аберрации и меньше чувствительно к температуре. В этом случае маска наносится непосредственно на зеркало.

Предмет изобретения

1. Устройство для измерения скорости движения и длины полосы, например проката, содержащее маску с рядом прозрачных параллельных полос, собирательную оптическую систему, фотопреобразователи, частотомер и

счетчик импульсов, отличающееся тем, что, с целью исключения влияния изменений расстояния от устройства до полосы, маска расположена в непосредственной близости от собирателымой онтиче1скС|й системьг, а фотолреобразователи расположены в ее фокальной плоскости в направлении движения полосы друг за другом.

2, Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения влияния температуры, собирательная оптическая система выполнена в виде .параболического зеркала, на поверхность которого нанесена маска.

г « «

г f

Фиг .1Фиг..

$usJ