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

24167. Подготовка аграрной реформы Александра II 32.69 KB
  Программа правительства, изложенная в рескрипте императора Александра II от 20 ноября 1857 года виленскому генерал-губернатору В.И. Назимову, предусматривала уничтожение личной зависимости крестьян при сохранении всей земли в собственности помещиков (вотчинная власть над крестьянами также, согласно документу, оставалась за помещиками)
24168. Отмена крепостного права. Реформы 60-70-х годов 48.07 KB
  К решительным переменам подталкивали правительство крестьянские волнения конца 1850х годов а также необычные акции как стремление записаться в армию во время Крымской войны прошёл слух что добровольцы получат вольную или трезвенное движение охватившее ряд губерний когда сельские общества запрещали крестьянам пить вино под угрозой жестокой расправы. Для разработки реформы были созданы губернские комитеты которыми руководил Главный комитет по крестьянскому делу . Результатом работы комитетов явились следующие основные...
24169. Внешняя политика России во второй половине XIX в 25.03 KB
  Сложившийся англоавстрофранцузский блок гак называемая Крымская система был нацелен на сохранение политической изоляции России и ее военностратегической слабости обеспеченной решениями Парижского конгресса. В связи с этим главной задачей русской дипломатии стала борьба за отмену этой статьи и усиление международного авторитета России. дальневосточное направление во внешней политике России постепенно изменяло свой периферийный характер.
24170. ОБЩЕСТВЕННОЕ ДВИЖЕНИЕ В РОССИИ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ XIX ВЕКА 36.38 KB
  Второй центр возник в России вокруг редакции журнала Современник . В журнале Земля и воля в прокламациях Барским крестьянам от их доброжелателей поклон К молодому поколению Молодая Россия К солдатам Что нужно делать войску Великорусе они разъясняли народу задачи предстоящей революции обосновывали необходимость ликвидации самодержавия и демократического преобразования России справедливого решения аграрного вопроса.Чернышевского но разуверившись в возможности народной революции в России перешли к узко заговорщической и...
24171. Социально-экономическое развитие России в начале 20 века 24.35 KB
  ведущие мировые державы вступили в империалистическую стадию своего развития. Особенностью империалистической стадии развития российского государства стало отсутствие фактов вывоза капитала за рубеж. Несмотря на высокие темпы экономического развития Россия в начале 20 в. Однако в целом отставание аграрного сектора от темпов развития промышленности принимало форму острого противоречия что говорило о необходимости полного преодоления феодальных пережитков в российской деревне.
24172. Государственный строй и внутренняя политика России в начале 20 века. Реформы С.Ю. Витте 25.82 KB
  Витте. Витте сторонник расширения вмешательства госва в экономику сторонник привлечения иностранного капитала. Крестьянский вопрос: Витте инициатор создания особого совещания о нуждах с х прти. Витте добился отмены круговой поруки в общине облегчения паспортного режима для крестьян.
24173. Классификация исторических источников 24.19 KB
  Например письменные источники делятся на следующие виды: законодательные акты актовый материал материалы делопроизводства политические сочинения и проекты публицистика периодика источники личного происхождения документы политических партий и общественных организаций статистические материалы научные и учебные труды литературные произведения экономикогеографические описания сочинения иностранцев справочные издания. Исторические источники также делят на намеренные и ненамеренные. Таким образом намеренные источники это те...
24174. Основные школы в российской исторической науке 18.08 KB
  11 века Житие Феодосия Печерского Житие о погубления Бориса и Глеба.18 века Отечественная история как наука была написана История Российская с самых древнейших времен первый научный обобщающий труд. 7Рубец 1819 века Радищев выдвинул тезис о закономерности революционной переворотов в Истории. 8начало 19 века Николай Михайслович Казамзин написал История гос.
24175. Восто́чные славя́не 21.04 KB
  Восточнославянские племена Прарусские Вятичи верхняя и средняя Ока и Москварека Радимичи частично прабелорусы междуречье верхнего Днепра и Десны по течению Сожа и его притоков Северяне частично праукраинцы территория современных Черниговской Сумской Курской и Белгородской областей Ильменские словене бассейн озера Ильмень и верхнее течение Мологи Кривичи частично прабелорусы территория нынешних Витебской Могилёвской Псковской Брянской и Смоленской областей а также восточной Латвии Праукраинцы Белые хорваты окрестности...