книги / Оптоэлектронные сенсорные системы
..pdfЛиней/ra ПЗС
Затемненная
область
Рис. 37. Схематичное представление принципа контроля наплыва металла штампо ванной детали.
На декоративной пленке часто в качестве маркерной метки ис пользуют треугольник. Контролируется его высота, углы наклона сторон и симметричность и соответствующие сигналы для позицио нирования перемещающейся пленки передаются в устройство управ ления наклеенной машины. Система контроля позволяет различать ряд тонов покрытия пленки, что достигается применением в видео камере группы компараторов с соответствующими порогами сраба тывания. При обнаружении дефектов цикл работы камеры преры вается и высвечивается табло. Допускаемая скорость перемещения пленки 10—25 м/мин.
Контроль цифровых электронных указателей. Для этой цели используют видиконы либо матричные камеры. Количество распоз наваемых знаков здесь мало, а к скоростям контроля особых требо ваний не предъявляют.
6.3. К онтроль габаритных размеров объектов
Сортировка пластин для роликовых цепей
При автоматическом производстве роликовых цепей произво дится отбраковка пластин по их размерам, типу (для внешней и внутренней установки) и отклонению от формы штампа. Внешний контур пластин контролируется методом тестовых линий шаблон ной маски (рис. 20) с допуском на отклонения не более 0,6 мм и одновременно измеряются параметры пластин, такие, как диаметр отверстий, максимальная и минимальная ширина. При контроле пластины непрерывно перемещаются по направляющей линии пе ред видеокамерой (рис. 38). Бракованная пластина по соответствую щему сигналу удаляется. Контроль пластин осуществляется на про свет, причем режим освещенности и позиционирование видеокаме-
241— 6 |
81 |
Контроль горячей прокатки металла
Для качественной прокатки металлических изделий необходимо осуществлять контроль за их диаметром или шириной [23]. Так какпрокатываемое изделие, будучи разогрето до 1000°С, само является источником излучения, то дополнительного его освещения не требу ется. Однако необходимо иметь в виду, что значительная часть спектра излучения лежит в инфракрасной области и эта часть спект ра в сильной степени зависит от температуры прокатки. При мини мально возможном времени интегрирования 50 мкс и скорости про катки 100 м/с шаг считывания составляет 0,5 см, что и предопреде ляет достижимое разрешение по длине. Причем колебания движения прокатываемого изделия по амплитуде или частоте ска зываются на погрешности измерений.
Измерение размеров нити лампы накаливания
Соответствующее устройство позволяет измерять геометриче ские размеры нити с погрешностью ±10 мкм. Быстродействие уст ройства 25 измерений за 0,5 с.
Контроль износа поверхности
Такой контроль важен, в частности, для определения износа ре жущего инструмента. В Магдебурге в исследовательском институте тяжелого машиностроения разработаны две модификаций устрой ства для такого контроля. Одна из модификаций предназначена для определения выкрашивания режущих кромок инструмента и выдает их графическое изображение. Видеокамера и источник излучения объединены конструктивно.
Контроль работы каландра
Подачу пластмассы в каландре регулируют таким образом, что бы обеспечить требуемые толщину и ширину пленки. Для этой це ли последняя пара валков выполнена специальным образом [24]. Устройство для измерения ширины протягиваемой пленки (рис. 39) осуществляет непосредственный отсчет путем подсчета соответ ствующего числа видеоимпульсов в 1 с.
83
Линейчатая |
Подготовка |
|
|
|
видеокамера |
импульсов |
|
|
|
на ПЗС |
|
|
|
|
|
Ц иф ровая |
|
Ключ |
|
|
информация |
|
|
|
|
Переключа |
|
|
Счет |
|
|
|
чик |
|
|
тель инфор-„ |
|
|
£2-033 |
|
нация-чет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кость |
|
|
|
|
Тактовыесигналы каме- |
Ключ |
|
|
|
ры |
т |
|
|
|
Видео- |
|
|
|
|
сигнаяы |
Компаратор . |
|
|
|
|
интервалов уровней |
|
|
|
Одновид- |
|
Управление |
4 |
|
рат ор |
|
счетчиком |
|
Передача
Рис. 39. Схема устройства для измерения ширины протягиваемой пленки.
Контроль работы шнекового пресса
При производстве кабеля необходимо соблюдать определенную скорость его протягивания и регулировать давление и температуру, с тем чтобы обеспечить технологические нормы укладки изоляци онной массы и избежать ее перерасхода. Для такого текущего кон троля на кабельном заводе в Шверине (ГДР) создана специализиро ванная установка с использованием линейчатой видеокамеры на ПЗС L133C.
Измерение массы сыпучих материалов
При подаче сыпучих материалов на транспортер можно прибли зительно оценить их массу исходя из связи объема с массой. Осве щая движущуюся массу под углом 45°, определяют ее профиль, да лее с учетом скорости ее объем, а с учетом плотности массу, транс портируемую в единицу времени. При этом необходимо предусмотреть меры против паразитной засветки видеокамеры.
84
Контроль за разливом жидкого металла
Тгишй контроль осуществляют по отражению лазерного луча от поверхности металла при его разливке в формы.
Контроль за работой машины для изготовления канатов
При изготовлении каната необходимо выдерживать направление кручения каждой нити. В работе [20] предложено оптоэлектронное устройство для измерения шага скрутки, которое по теневому ото бражению готовой части каната определяет контур каждой из ни тей. Другое измерительное устройство определяет скорость накрут ки и длину готового каната.
Контроль прямолинейности
В работе [20] описано устройство с использованием когерентно го лазерного излучения, позволяющее измерять прямолинейность поверхности объекта в двух направлениях. Для точных измерений должна быть обеспечена соответствующая пространственная устой чивость лазерного излучения.
Контроль шероховатости поверхности
Из-за шероховатости поверхности происходит нерегулярное от ражение света, что характеризуется неравномерным его распределе нием из-за различных углов отражения. Нерегулярная часть этого распределения коррелируется с шероховатостью [22].
Контроль механических колебаний
В тех случаях, когда невозможно непосредственное измерение колебаний механических объектов, их вибрацию определяют бескон тактным образом по перемещениям линейчатого оптического изо бражения. При этом частота сканирования в 30 кГц обеспечивает высокое пространственное разрешение по амплитуде колебаний до единиц нанометров. Чувствительность устройства достигает 2 В/мкм
[20].
85
Рис. 40. Схематичное изображение принципа позиционирования объектов по совме щению контуров их кольцевых концентрических меток.
А к, A z, AKR — освещаемые сегменты.
6.4. Позиционирование
При позиционировании объектов решается задача совмещения контуров их меток (маркеров) с опорными метками, причем отно сительная скорость перемещения составляет порядка нескольких миллиметров в секунду. Эту задачу можно решать, используя коль цевые концентрические метки по принципу, схематически изобра женному на рис. 40 [20]. Погрешность позиционирования в этом случае не превышает 0,2 мкм. Электронная схема устройства пред ставлена на рис. 41. Изображения сегментов колец воспринимаются соответствующими фотодетекторами, сигналы которых вычитают-
Рис. 41. Схема детектирования совпадения кольцевых концентрических меток.
86
ды требуют увеличения затрат по сравнению с двухкоординатным позиционированием.
6.5. Сортировка изделий и объектов
Сортировка изделий (объектов) по классам связана с их распоз наванием по определенным признакам («визуальная инспекция»).
Сортировка фруктов по степени их зрелости
.Если полагать, что степень зрелости фруктов характеризуется той или иной яркостью красного цвета, как, например, у томатов, то для их сортировки по спелости можно использовать спектраль ную чувствительность кремниевого фотоприемного устройства. Для этого фрукты освещают рассеянным светом, спектр которого сме щен в красную и инфракрасную области. Зеленые плоды отражают излучение на длине волны около 540 нм, на которой чувствитель ность кремниевого фотодиода составляет только половину от мак симальной (рис. 2), в то время как для спелых (красных) плодов чувствительность возрастает до 80 Vo от максимальной.
Контроль вибрационного конвейера
При производстве серийной продукции часто используют вибра ционный конвейер, в котором для контроля и возврата деталей с отклонениями от допускаемых размеров или неправильно уложен ных встроен так называемый механический зуб. Оптический кон троль в этом случае обеспечивает возможности распознавания и иных дефектов деталей. Благодаря низкой скорости перемещения конвейера могут использоваться несколько видеокамер, сигналы ко торых обрабатываются одним процессором.
Контроль тканей
Контроль структуры ткани тем проще, чем проще сама структу ра по сравнению с нанесенным рисунком. Так, контроль дефектов структуры предохранительного пояса осуществляется видеокамерой со скоростью 1м/с. Экспозиция кадра составляет 0,34 мс. При этом распознаются дефектные места с разрешением 0,34 мм.
Структурный контроль
В ряде приложений для контроля структуры объекта использует ся ее фурье-образ. Отклонение между фурье-преобразованием изо-
88
бражения контролируемого объекта и заданным фурье-образом ха рактеризует дефектность структуры. Восприятие и обработка ин формации осуществляется параллельно со всех строк кадра, что обеспечивает большую скорость контроля. Этот метод в промыш ленности пока распространен незначительно.
Сортировка минералов
Для оптической сортировки, например, пустой и рудоносной по роды, можно использовать их различную яркость. Видеокамера устанавливается поперек транспортера с перемещающейся рудой и сканирует поток руды с частотой 1000 строк/с.
Устройство обработки, анализируя градации яркости или контур части породы, формирует сигналы для управления пневматическим вентилем. Производительность подобной сортировки при ширине ленты транспортера 800 мм достигает 150 т/ч.
Сортировка облицовочных плиток
Принцип сортировки плиток белого цвета рассмотрен в гл. 5. В работе [20] описана система, обеспечивающая сортировку плиток любого цвета по трем сортам в зависимости от размеров и степени дефектности, а также сортировку брака. Поверхность плитки пред ставляется двоичным изображением. Частота обработки двоичных элементов составляет 4 МГц, производительность системы— 3 плитки/с.
Контроль и сортировка яиц
Контроль осуществляют просвечиванием яйца и оценкой его прозрачности либо структуры зародыша. Так как допускаемая точ ность контроля невелика, то одним фотоприемным элементом можно проконтролировать одновременно несколько последователь но установленных яиц, а в линейчатом приемнике — блок яиц. Вследствие незначительной яркости время интегрирования видеока меры выбирают порядка нескольких миллисекунд, что уменьшает воздействие посторонних излучений.
Сортировка мозаичных паркетных реек
Они имеют размеры 20 мм х 150 мм и сортируются по четырем сортам качественно пригодных и двум сортам отходов. Контроли руют чистоту поверхности (наличие годовых колец), длину, шплин ты, наличие остатков сучков и коры, трещин, повреждений насеко-
89