77937

СРЕДСТВА ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Лекция

Производство и промышленные технологии

При оптическом контроле зоны технологического процесса безотносительно к типу датчика необходимо решить ряд вопросов: Спроецировать изображение зоны в плоскость преобразователя. Обеспечить соответствие диапазона яркостей изображения динамическому диапазону датчика. За редким исключением оптический датчик невозможно разместить в зоне технологического процесса и световую картину проецируют на чувствительную поверхность датчика обычно с помощью линзовых объективов. Как правило обрамление лазерного луча в виде сопла...

Русский

2015-02-05

33.5 KB

1 чел.

Л.6 СРЕДСТВА ОПТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

При оптическом контроле зоны технологического процесса безотносительно к типу датчика необходимо решить ряд вопросов:

Спроецировать изображение зоны в плоскость преобразователя.

Обеспечить соответствие диапазона яркостей изображения динамическому диапазону датчика.

Защитить аппаратуру от опасных воздействий процесса и оборудования.

За редким исключением оптический датчик невозможно разместить в зоне технологического процесса и световую картину проецируют на чувствительную поверхность датчика обычно с помощью линзовых объективов. В системах технического зрения находят применение объективы серийной кино- фотоаппаратуры из-за их высокого качества при низкой цене. В особых случаях, когда требуются малые габариты или специальные оптические параметры (например малое фокусное расстояние) применяют объективы, разработанные для оптических приборов (например микроскопов). Только в специальных случаях используют дополнительные линзы для получения особых оптических характеристик. Обычное оптическое стекло пропускает весь видимый спектр и ближний инфракрасный диапазон,что соответствует характеристикам большинства датчиков.

Как правило обрамление лазерного луча в виде сопла или горелки занимает самое удобное место для объектива оптического датчика и его приходится размещать под углом к поверхности детали. При этом распространен " излом " оптической оси с помощью юстируемого зеркала, что позволяет удобно расположить громоздкие датчики и легко регулировать положение зоны контроля.

Одна из главных функций объектива состоит в согласовании размеров контролируемой зоны и рабочей поверхности датчика. Для простого объектива в виде тонкой линзы коэффициент линейного увеличения равен отношению переднего и заднего отрезков объектива. Формула линзы связывает конкретные значения величин отрезков с величиной фокуса объектива. При применении сложных объективов следует помнить, что у них величины переднего и задего отрезков отсчитывается не от геометрического центра.

Фокусировку изображения осуществляют перемещением объектива. При наклонном расположении и при изменении расстояния до детали возможно нарушение резкости изображения из-за малой глубины зоны резкости, которая увеличивается при уменьшении оптической силы объектива.

Один из наиболее радикальных методов компановки оптического тракта состоит в применении гибких световодных волокон, допускающих произвольное и,что более важно,подвижное сочленение частей оптической схемы. Световоды имеют полированые торцы, передающие световой поток почти без потери разрешения и контраста, однако на приемный торец изображение прецируют с помощью объектива, на передающей стороне наряду с проекцией возможна непосредственная передача изображения при тесном механическом контакте торца световода и фотоприемника. Из этого следует, что данную схему имеет смысл применять либо при больших габаритах фотоприемника, либо в случае сильного уровня электрических помех в зоне контроля.

Любой датчик характеризуется динамическим диапазоном - отношением максимального преобразуемого сигнала к минимальному. Максимальный сигнал определяется насыщением, что характерно для полупроводниковых датчиков. Реже ограничения обусловлены энергетическим разрушением датчика контролируемым воздействием.

Минимальный сигнал определяется уровнем собственных шумов преобразователя.Шум выходного сопротивления датчика определяется как :

U = 4 * K * T * R

где К = 1.374 * 10-23 Дж / К - константа Больцмана, Т- абсолютная температура по Кельвину,R- значение сопротивления

Из этой формулы следует, что при охлаждении шумы падают, а значит чувствительность датчика растет. Наличие шумов сверх минимального предела (за счет физических процессов в датчике) учитывают как повышение шума согласно коэффициенту (коэффициент шума или шум - фактор) или как работу датчика при повышенной сверх физической (шумовой) температуре.

Для нормальной работы датчика необходимо, чтобы максимальные и минимальные значения сигналов находились внутри динамического диапазона. С помощью объектива можно в значительных пределах изменять долю энергии, подаваемую на датчик. При этом изменяется телесный угол,который контролирует датчик. Оперативная реглировка осуществляется изменением рабочего диаметра объектива его диафрагмированием. Для сравнения энергетических параметров объективов с разным фокусом используют отношение диаметра к фокусу. Обратная величина носит название относительного отверстия и является одной из основных характенистик объектива.

Чувствительность многих датчиков эффективно регулируется путем изменения электрических параметров его работы. На этом принципе построены системы регулировки чувствительности фотопреобразователя по анализу величины среднего или максимального сигнала на его выходе.

Другим путем изменения количества энергии, поступающей в датчик является расположение его под углом к поверхности детали Светимость плоского источника света пропорциональна косинусу угла наклона, сварочная ванна в зависимости от характера проплавления меняет характеристики до косинус в четвертой степени. При этом более концентрированный нагрев (высокая яркость) сопровождается более направленным излучением, что до некоторой степени выравнивает контраст при наблюдении под углом.

Тем не менее при необходимости фиксации кроме ванны тем же датчиком еще чего либо (поверхности изделия или светимости факела) динамического диапазона датчика не хватает. В этом случае можно применять в располагаемые в предметной плоскости трафареты - нейтральные светофильтры с различным пропусканием по поверхности. Реально их изготавливают путем экспонирования фотопленки на месте фильтра с последующим проявлением. Такие фильтры не годятся для контроля объекта, меняющегося по положению или яркости. Здесь применимы стирофлексные стекла, темнеющие под действием света.

В ЦНИИТМАШе разработан оптический прибор для наблюдения сварочных процессов, использующий нелинейные оптические эффекты и преобразующих большие яркости в различные цвета, по которым можно оценивать температуру.

В датчиках сканирующего типа применима динамическая регулировка чувствительности по полю в зависимости от величины сигнала в точке. Основная техническая сложность при этом состоит в том, чтобы запомнить среднее за некоторое время значение сигнала в каждой точке для того, чтобы к моменту сканирования по ней соответствующий режим уже был установлен. Большой объем оперативно обрабатываемой информации избыточен и требует больших вычислительных мощностей. Поэтому на практике нашли применение три паллиатива:

1. Жестко разбивают зону контроля на ограниченное число сравнительно крупных участков (обычно квадратных), аппаратно для каждого из них с помощью итерационных процедур в процессе работы вычисляют среднее значение сигнала, сигнал для регулировки чувствительности формируют путем сплайн апроксимации двумерной функции отсчетов. От общего случая способ отличается резким сокращением числа запоминаемых значений, но добавлением блока апоксимации.

2. Апроксимируют пространственную яркостную картину двумерным полиномом невысокой (обычно второй) степени и используют его для регулировки чувствительности по полю. Запоминанию и уточнению подлежат только коэффициенты полинома. Формирование и изменение апроксимирующих функций ведется аппаратно. Основная сложность состоит в том, что при погрешностях в форме апроксимирующих функций нарушается их ортогональность (независимость оценок) что приводит к возбуждению системы автоматического регулирования их величины.

3. Выделяют координаты простого по форме (обычно прямоугольного) участка поля зрения датчика и автоматически подстраивают как координаты, так и значения регулирующей чувствительность функции. Сама функция принимает два значения одно внутри выделенного участка, другое вне его. Этот способ очень прост и эффективен если в поле зрения датчика находится отличный по яркости компактный участок (например сварочная ванна).

Следует заметить, что являясь по сути блоками предварительной обработки эти устройства формируют на своих выходах информацию, которая по своим качествам (достоверность, отсутствие шумов) может быть использована как окончательная. Например в устройстве по п.3 можно надежно фиксировать линейные размеры и яркость сварочной ванны в виде отдельных медленно меняющихся напряжений.

Даже в том случае, когда динамический диапазон датчика позволяет обходиться без подобных устройств, их применение может быть оправдано тем, что объем информации, вводимой в ЭВМ уменьшается на несколько порядков, а величина яркостного сигнала на выходе занимает весь динамический диапазон, что значительно снижает шумы его квантования.

Расположение оптического датчика на лазерной технологической установке.

Основными опасными воздействиями технологического процесса на оптические датчики следует назвать:

Попадание отраженного технологического луча в приемное окно датчика.

Воздействие паров и капель расплавленного металла на оптику датчика.

Перегрев датчика, расположенного близко от технологического процесса.

Влияние на чувствительные цепи датчиков наводок от силовых цепей (особенно импульсных) технологической установки.

Любое из этих воздействий может не только исказить сигнал с датчика, но и привести к непоправимым разрушениям как правило дорогостоящего оборудования.

Опасности устраняют конструктивными методами, которые весьма разнообразны и зависят от конретного оборудования и процесса. Наиболее радикальным решением является увеличение расстояния до объектива датчика, однако это связано со значительным ужесточением требований к допускам на установку. Наиболее конструктивен путь одновременного проектирования лазерного оборудования и системы контроля. В качестве примера можно указать на системы наблюдения через оптический тракт лазера.

ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ:

1. Предложите метод оптического контроля зоны известного Вам процесса лазерной технологии. Изобразите и обоснуйте оптическую схему метода.

2. Выберите ориентировочно размеры на оптической схеме и рассчитайте параметры оптической системы.

3. Объясните связь между динамическим диапазоном и динамическими характеристиками какого нибудь датчика.

4. Перечислите все известные Вам способы снижения контраста на оптическом датчике и их применимость для конкретных случаев.

5. Предложите метод оценки усредненного значения сигнала на определенном участке зоны контроля при сканирующем датчике.(Например температуры на заданном участке сварного шва.) Поясните метод структурной схемой его реализации.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Поскачей А. А. Чубаров Е. П. Оптико - электронные системы измерения температуры. - М.: Энергоатомиздат, 1988. с. 160...213.

2. Якушенков Ю. Г. Теория и рассчет оптико - электронных приборов.- М.: Машиностроение, 1990. с. 73...108.

3. Мейза Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерений: Пер с англ. - М.: Мир, с. 472...506.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

12308. Егемен Қазақстанның саяси проблемалары 511 KB
  Саяси болжамдау Саяси болжамдау ұғымы мәні мен ерекшеліктері. Саяси болжам аясы және негізгі принциптері. Саяси болжамдаудың мақсаты объективті негіздері және міндеттері. Болжамдаудың кезеңдері және типтері. Ғылыми болжамның әдістері және құралдары. Саяси болжамдау
12309. Орта ғасыр мен Қайта өрлеу дәуіріңдегі саяси ұғымдар 163.16 KB
  Орта ғасыр мен Қайта өрлеу дәуіріңдегі саяси ұғымдар Саяси ой тарихында орта ғасырлардағы феодалдық қоғамның орны ерекше. Батыс Еуропада феодализм мың жылдан артыққа созылды V XVI ғасырлар. Бұл дәуірде рухани өмірде дін түгелдей үстемдік етті. Христиан діні феодалдық қ...
12310. ПӘНДЕР МОДУЛІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ. Қазақстан Республикасының демократиялық негіздерінің қалыптасуы: саяси-құқықтық аспект 333.96 KB
  Саясаттану пәні, объектісі, әдісі, әлеуметтік-гуманитарлық пәндер жүйесіндегі орны. Саясаттанудың болашақ маман тұлғасын, азаматты қалыптастырудағы орны. Саяси ой дамуының негізгі кезеңдері. Саясат қоғамдық құбылыс ретінде, оның табиғаты, түрлері, мүмкіндіктері, шекаралары мен келешегі. Саясаттанудың субъектісі
12311. Биліктің буындары бір –бірімен теңестірілуі қажат 103 KB
  Биліктің буындары бір бірімен теңестірілуі қажат деген идея кімге қатыстыШ.Монтескье Демократиябұл құбылыс оның ауқымында қалағаныңның бәрін жасауға болады деген анықтама кімге қатыстыПлатон Еуропаның қауіпсіздік және ынтымақтастық ұйымының іргетасы қа...
12312. Мемлекеттің функциялары. Мемлекеттің мақсаты 30.33 KB
  Жоспары: Мемлекеттің белгілері Мемлекеттің функциялары Мемлекеттің мақсаты Орындаған: Даркеева Балжан Тур15 1. Мемлекеттің пайда болу себептері белгілері Мемлекет деген ұғым бірнеше мағынада қолда...
12313. САЯСАТТАНУ ЖАЛПЫ БІЛІМ БЕРУ КУРСЫ БОЙЫНША ОҚУ - ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕН 543 KB
  САЯСАТТАНУ ЖАЛПЫ БІЛІМ БЕРУ КУРСЫ БОЙЫНША ОҚУ ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕН 1.1. САЯСАТТАНУ ПӘНІНІҢ ТИПТІК БАҒДАРЛАМАСЫ Авторлар: Философия ғылымдарының докторы профессор Әбсаттаров Р.Б. Философия ғылымдарының докторы профессор Балғынбаев А.С. Саясаттану ғылы
12314. СӨЖ Тақырыбы: Карл Маркс 30.23 KB
  СӨЖ Тақырыбы: Карл Маркс КІРІСПЕ ХІХғ. 40шы жылдары еңбек пен капитал арасындағы күрес шиеленісе түсті. Бірқатар елдерде пролетариат табы дербес күштерге айналды: Францияда 1831 және 1834 ж. лион тоқымашыларының көтерілісі; Англияда 30шы жылдарда...
12315. Саясат қоғамдық құбылыс ретінде 466 KB
  Саясат қоғамдық құбылыс ретінде.Саясаттану пәні. Қоғамдық құбылыс ретінде саясат белгілі бір әмбебаптылықпенкөпқырлылықпен сипатталады. Ол біздің қоғамымыздың барлық жерінде көрініс тауып өзінің нег.қызметібасқаруды атқарады яғни саясат адамң тіршілік әректінің
12316. Саясаттану ғылымы 85 KB
  Саясаттану ғылымы Саясаттану сөзі политология гректін политика және логос деген сөздерінен шыққан саясат туралы ғылым деген мағынаны білдіреді. Басқа қоғамдық ғылымдардың ішінде саясатта...