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

54964. Разработки уроков по информатике 2.39 MB
  Планконспект урока Презентация к уроку Дополнительный материал 2 2 Информация Теория Практика Понятие информации свойства информации единицы измерения объема информации. Планконспект урока Презентация к уроку Дополнительный материал 3 3 Кодирование информации в компьютере Теория Практика Кодирование и декодирование. Планконспект урока Презентация к уроку Дополнительный материал 4 4 Информационная деятельность человека Теория Практика Сбор обработка передача хранение поиск и защита информации. Планконспект урока Презентация к уроку...
54965. Алфавит 64.5 KB
  Буквы значки как бойцы на парад в строгом порядке построены в ряд. Подумайте почему мы прописали именно эти две буквы Первая и последняя буквы алфавита С новой строки пишем соединения букв ал лф фа ав ви ит. С новой строки с маленькой буквы пишем слово алфавит. Беседа Алфавит или азбука это все буквы расположенные в определенном строгом порядке.
54966. Поделка из бумаги. Летящая бабочка 50 KB
  Ход урока Описание урока Комментарии 1 этап Организационный момент Учитель: Долгожданный дан звонок начинается урок. 2 этап Постановка учебной задачи Учитель: Какой праздник приближается 8 марта Что принято совершать в этот день Дарить подарки Кто может предположить что мы будем делать сегодня на уроке...
54967. Учимся лепить из пластелина 39.5 KB
  Итак начнём. И также не забывайте что он горячий и одно неосторожное обращение приведёт к ожогу. самостоятельная работа учащихся при работе звучит тихая лёгкая музыка У: Молодцы Вы очень постарались получилось очень красиво а давайте мы сделаем так зверюшек которых сделали в начале урока...
54968. Великая Отечественная война. Сталинградская битва 70.5 KB
  Путина от 1 февраля 2013 года 215 мин Сталинград 3 мин. Капитуляция Паулюса под Сталинградом 3 мин. документы карточки аудио-материалы Левитан о победе под Сталинградом Понятийный минимум: Коренной перелом операция €œУран. 1 мин.
54969. Мелірування волосся способом «Трикутник» 540 KB
  Другий рівень репродукції Формування умінь якісно виконувати мелірування волосся способом трикутник з дотриманням правильної технологічної послідовності і всіх технічних умов. Навчально-матеріальна база уроку...
54970. Совокупный спрос и совокупное предложение. Факторы, определяющие их величину и динамику 23.49 KB
  Совокупный спрос — это спрос на общий объем товаров и услуг, который может быть реализован при соответствующем уровне цен в рамках национальной экономики.
54971. My favourite animal 51.5 KB
  Do you know anything about an owl? Let’s read the text and find out more information about it. Look at the blackboard. Here are some words from the text. Repeat them after me: a beak – beaks (дзьоб), soft (м’який, ніжний), centimeter, especially (особливо), mice, one mouse – two mice, insects (комахи), in silence (у тиші), total darkness (цілковита темрява). Read the text and be ready to translate it. (Учні читають текст вголос і перекладають його).
54972. Олесь Гончар — майстер малих літературних жанрів. Життя і творчість митця. Детальний аналіз новел «За мить до щастя», «Пізнє прозріння» 65.5 KB
  Мета: навчити учнів аналізувати епічний твір визначати новелістичний жанр виділяти провідні ідеї образи розкривати їх спираючись на текст; розвивати вміння використовувати деталі кольорову гаму для розкриття стильової палітри твору; виховувати усвідомлення філософської сутності щастя людини його відносності й короткочасності; навчити учнів пізнавати...