способ определения геометрических размеров движущегося тела

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ДВИЖУЩЕГОСЯ ТЕЛА, заключающийся в том, что используют систему фотодатчиков, установленных так, что линии их визирования направлены на тело, и определяют геометрические параметры этого тела по числу и длительности реакции фотодатчиков, возникающей при перемещении тела, отличающийся тем, что стабилизируют режим его движения и определяют положение нагретого тела по заданному моменту и по числу фотодатчиков, фиксирующих излучение нагретого тела.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, например, в металлургическом и прокатном производстве.

Известен способ определения геометрических размеров движущегося непрозрачного тела, в котором импульсный источник света постоянно облучает своим светом систему фотодатчиков, при этом движущееся непрозрачное тело движется между источником света и системой фотодатчиков, затемняя их на весь момент своего прохождения, и по длительности реакции фотодатчиков на затемнение фотодатчиков движущимся телом судят о геометрических размерах этого тела.

Недостатком известного способа определения геометрических размеров движущегося тела является низкая надежность при определении геометрических размеров движущегося нагретого тела по причине того, что фотодатчики в постоянном режиме облучаются светом от импульсного источника света и не реагируют на излучение нагретого тела, при этом еще отсутствует стабилизация режимов движения тела и, соответственно, возможность определения положения движущегося нагретого тела.

Целью изобретения является повышение надежности определения геометрических размеров движущегося нагретого тела.

Цель достигается тем, что способ определения геометрических размеров движущегося тела, заключающийся в том, что используют систему фотодатчиков, установленных так, что линии их визирования направлены на тело, и определяют геометрические размеры этого тела по числу и длительности реакции фотодатчиков, возникающей при перемещении тела, а также стабилизируют режим движения тела и определяют положение нагретого тела по заданному моменту времени и по числу фотодатчиков, фиксирующих излучение нагретого тела.

На фиг. 1 приведена схема расположения бесконтактной системы фотодатчиков; на фиг. 2 структурная схема, поясняющая способ; на фиг. 3 схема расположения бесконтактной системы фотодатчиков для примера реализации способа; на фиг. 4 временная диаграмма, поясняющая пример реализации способа относительно первой линейки бесконтактной системы фотодатчиков; на фиг. 5 временная диаграмма, поясняющая пример реализации способа относительно второй линейки бесконтактной системы фотодатчиков.

На фиг. 1-5 приведены следующие условные обозначения:

OXYZ выбранная система координат;

v абсолютная скорость движения нагретого тела;

v_x, v_y, v_z проекции абсолютной скорости движения нагретого тела на соответствующие оси выбранной системы координат;

v_x0, v_y0, v_z0 проекции начальных значений абсолютной скорости сложного движения точки на соответствующие оси выбранной системы координат;

a_x, a_y, a_z проекции значений абсолютного ускорения сложного движения точки на соответствующие оси выбранной системы координат;

k точка поверхности нагретого тела;

а зона видимости бесконтактной системы фотодатчиков нагретого тела;

U_зап управляющее напряжение, формируемое в преобразователе;

U_такт напряжение генератора тактовых импульсов, формируемое в преобразователе;

U₇, U₈, U₂₈ напряжения, формируемые на выходе стробируемых устройств хранения в преобразователе, на вход которых поступают сигналы (напряжения или токи) с фотодатчиков;

t текущее время;

t период частоты напряжения генератора тактовых импульсов;

Т₁⁷, Т₁⁸, Т₁²⁸ длительности времени с момента запуска генератора тактовых импульсов до момента фиксации поверхности нагретого тела соответствующим фотодатчиком;

Т₂⁷, Т₂⁸, Т₂²⁸ длительности времени реакции соответствующего фотодатчика на нагретое тело;

Х₀, Y₀, Z₀ начальные значения координат положения движущегося нагретого тела (точки этого нагретого тела);

n_xi, n_yi, n_zi количество фотодатчиков, фиксирующих излучение нагретого тела на соответствующей i-й линейке системы фотодатчиков, размещаемых между соответствующей осью координат OX, OY, OZ и точкой поверхности нагретого тела, которую необходимо определить:

m_i расстояние между фотодатчиками в i-й линейке системы фотодатчиков;

Т разница времени между началами реакции любых двух фотодатчиков, находящихся на разных линейках фотодатчиков, которые располагаются на линии, параллельной направлению движения нагретого тела по транспортной системе;

L расстояние между линейками системы фотодатчиков, на которых находятся фотодатчики, по началу реакции которых на перемещаемое нагретое тело определяют разницу времени Т.

Все напряжения и токи, приведенные на временных диаграммах, измеряются известными техническими средствами.

Генератор тактовых импульсов, формирователь управляющего напряжения, стробирующие устройства, входящие в состав преобразователя, известны.

Способ осуществляют следующим образом.

Нагретое тело 1 объект наблюдения движется по системе 2 транспортирования и пересекает линии визирования фотодатчиков системы 3 фотодатчиков. Наиболее оптимальной формой охвата движущегося нагретого тела 1 линиями визирования фотодатчиков системы 3 является размещение фотодатчиков на соответствующих линейках системы 3, которые размещаются и распределяются заданным образом на четырех гранях полого параллелепипеда, при этом все линии визирования фотодатчиков направлены во внутренний объем параллелепипеда и пересекают противоположные грани параллелепипеда под прямым углом.

Нагретое тело 1 при прохождении через бесконтактную систему 3 фотодатчиков вызывает их реакцию на излучение движущегося тела 1. Фотосигналы (напряжение или токи), снимаемые с фотодатчиков, преобразуются в преобразователе 4 в цифровую форму. Считывание и обработка информации, получаемой с фотодатчиков через преобразователь 4, осуществляется вычислителем 5, в котором по числу и длительности реакции, возникающей при перемещении тела, вычисляются геометрические параметры этого тела, а по заданному моменту времени и по числу фотодатчиков, фиксирующих излучение нагретого тела 1, вычисляют положение этого же тела 1.

Стабилизация режима движения нагретого тела 1, повышающая надежность определения геометрических параметров тела 1, осуществляется путем формирования вычислителем 5 задания на режим (закон) движения тела 1 и обеспечения стабилизатором 6 этого же заданного режима (закона) движения тела, а также проверки правильности выполнения этого же заданного режима (закона) движения нагретого тела вычислителем 5.

Положение нагретого тела 1 (положение координаты точки этого тела 1) с застабилизированным режимом (законом) его движения по заданному моменту времени вычисляется вычислителем 5 по системе уравнений, описывающих сложное движение точки, которая имеет следующий вид:

X X₀ + v_x0 x t + a_x x t²/2,

Y Y₀ + v_y0 x t + a_y x t²/2,

Z Z₀ + v_z0 x t + a_z x t²/2. (1)

Положение нагретого тела 1 (положение координаты точки этого тела 1) с застабилизированным режимом его движения определяют по числу фотодатчиков, фиксирующих излучение нагретого тела 1, вычисляют вычислителем 5 по следующей системе уравнений, имеющей вид:

X m_i x n_xi,

Y m_i x n_yi, (2)

Z m_i x n_zi.

Геометрические параметры движущегося нагретого тела 1 вычисляют вычислителем 5 так же, как в прототипе, по числу и длительности реакции фотодатчиков, возникающей при перемещении тела 1, и только после обеспечения стабилизации режима движения и положения этого тела по заданному моменту и числу фотодатчиков, фиксирующих излучение этого же движущегося нагретого тела.

П р и м е р. Нагретое тело 1 лист проката, имеющего форму круга движется по транспортной системе 2 раскатного листопрокатного рольганга листопрокатного стана с постоянной скоростью v_x в направлении оси OX.

Нагретое тело 1 при своем движении через линии визирования фотодатчиков с 7 по 28 бесконтактной системы 3 вызывает соответствующую реакцию этих фотодатчиков. Эта система 3 в данном примере имеет две линейки фотодатчиков, параллельные друг другу, расстояние между которыми равно, например L 0,6 мм.

Фотодатчики в каждой линейке системы располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга и симметрично относительно осевой линии рольганга. Это расстояние между любыми двумя близко расположенными фотодатчиками в каждой линейке равно, например, m₁ m₂ 0,1 м.

Ширина транспортной системы 2 равна, например, 0,6 м. Расстояние между каждым крайним фотодатчиком в каждой линейке и ближним краем транспортной системы имеет значение, например, 0,1 м.

Первая линейка фотодатчиков с 7 по 17 формирует управляющее напряжение U_зап. Это напряжение U_зап появляется всегда только лишь в тот момент, когда хотя бы один из фотодатчиков с 7 по 17 cреагировал на излучение движущегося нагретого тела 1. Напряжение U_зап запускает генератор тактовых импульсов. Генератор тактовых импульсов напряжения U_зап находится в преобразователе 4. Сброс управляющего напряжения U_зап и прекращение работы генератора осуществляется вычислителем 5.

В каждой линейке линии визирования фотодатчиков системы 3 лежат в одной плоскости и перпендикулярны плоскости ХOY выбранной системы координат.

Выходы каждого фотодатчика с 7 по 28 присоединены к цифровым устройствам хранения значений выходных напряжений фотодатчиков, каждый из которых стробируется генератором тактовых импульсов. На выходе устройств хранения, находящихся в преобразователе 4, формируются напряжения U₇, U₈, U₂₈, которые преобразуются в дальнейшем в цифру и считываются вычислителем 5, в котором производится обработка этой считанной информации.

Стабилизация режима движения нагретого тела 1 осуществляется путем формирования вычислителем 5 задания движения этого тела 1 с постоянной скоростью, например 2 м/с, и задания режима вращения привода, создающего движение листопрокатного рольганга транспортной системы 3, с постоянной скоростью, например 500 об/с, и обеспечения заданных значений этих скоростей стабилизатором 6.

Проверка заданного режима движения нагретого тела 1 с постоянной скоростью 2 м/с сводится к вычислению вычислителем 5 расчетной скорости по формуле (3) и проверке отсутствия смещения движущегося нагретого тела 1 этим же вычислителем 5 путем проверки выполнимости системы уравнений (4), которые имеют следующий вид:

v_p L/T 2 м/c (3)

T₂⁷ T₂¹⁸

T₂⁸ T₂¹⁹

T₂⁹ T₂²⁰

T₂¹⁰ T₂²¹

T₂¹¹ T₂²²

T₂¹² T₂²³ (4)

T₂¹³ T₂²⁴

T₂¹⁴ T₂²⁵

T₂¹⁵ T₂²⁶

T₂¹⁶ T₂²⁷

T₂¹⁷ T₂²⁸

Для двух фотодатчиков, 8-го и 19-го, находящихся на разных, но на линии, параллельной направлению движения нагретого тела 1, значение разницы времени Т определяется по формуле:

T T₁¹⁹ T₁⁸. (5)

Если Т₁¹⁹ 1,5 с, а Т₁⁸ 1,2 с, тогда Т 1,5 1,2 0,3 с.

Поскольку расстояние между линейками известно и равно L 0,6 м, то значение v_p определяется

v_p 0,6/0,2 2 м/с.

Из расчетов мы видим, что значение расчетной скорости и заданной скорости движения нагретого тела 1 совпадают, и можно сделать вывод, что нагретое тело 1 движется с постоянной скоростью 2 м/с.

При условии, когда вычислитель 5 путем соответствующих вычислений подтверждает выполнимость системы уравнений (4), можно утверждать, что никаких смещений нагретого тела 1 при его движении с постоянной скоростью 2 м/с не происходит.

Положение нагретого тела 1 (положение координаты точки этого же тела 1) при его движении с постоянной скоростью 2 м/с по заданному моменту времени вычисляется вычислителем 5 по системе уравнений (1), которая для примера реализации способа принимает следующий вид

Х v_x0 x t,

Y 0, (6)

Z 0.

Пусть требуется определить положение координаты точки в заданный момент времени, равный, например, t 0,8 с. Тогда

Х 2 х 0,8 1,6 м.

Положение нагретого тела 1 (положение координаты точки этого же тела 1) при его движении с постоянной скоростью 2 м/с по числу фотодатчиков, фиксирующих излучение нагретого тела, вычисляется вычислителем 5 по системе уравнений (2), которая для примера реализации принимает следующий вид:

X 0, Y m₁ x n_y1, Z 0. (7)

Поскольку m₁ 0,1, а n_y1 10, тогда Y 0,1 x 10 1,0 м.

Геометрические параметры нагретого тела 1 определяют по числу и длительности реакции фотодатчиков на излучение тела, возникающее при его перемещении, так же, как в прототипе.

Использование предлагаемого способа определения геометрических размеров движущегося нагретого тела 1 позволит значительно увеличить надежность такого определения. Кроме того, использование способа в прокатном производстве в области металлургии позволит повысить эффективность работы листопрокатного стана, поскольку будут уменьшаться возвраты готовой продукции по причине ее несоответствия стандартам на прокатную продукцию по геометрическим размерам, а следовательно, будет снижаться себестоимость прокатной продукции.