Оптоэлектронная система для измерения толщины листового стекла Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 531.715:621.383

Н.Р. Рахимов СибНИА, Новосибирск;

С.Х. Шамирзаев ФТИ, Ташкент

ОПТОЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ЛИСТОВОГО СТЕКЛА

В настоящее время для получения качественного стандартного листового стекла в технологическом процессе применяется устройство, состоящее из источника света, многогранного вращающегося зеркала направляющего поток света через фокусирующую линзу на контролируемое двух фотоэлектрических преобразователей, установленных в потоке света, прошедшего через стекло и электронного регистратора сигналов, подключенного входами к фотоэлектрическим преобразователям и выполненного в виде регистратора интервала времени между сигналами фотоэлектрических преобразователей [1].

Однако, данное устройство обладает низкой точностью измерения толщины листового стекла из-за имеющихся поверхностных или внутренних дефектов, стекла рассеивающих свет, возникают погрешности измерения, сведанные с «размытостью» светового потока и его модуляцией по интенсивности в зависимости от характера дефекта. А также устройство имеет сложную конструкцию.

Недостатком известного измерителя толщины листового стекла является низкая точность: из-за непрозрачного фильтра и сканера луч света преломляется неточно. Он также имеет сложную конструкцию.

Нами поставлена цель создания оптоэлектронного бесконтактного измерителя толщины стекла, т.е. упрощение конструкции и повышение точности.

С этой целью было разработана система [2], в котором в измерителе светоизлучающие диоды (СИД) установлены: первый СИД1 под углом, например, 35°, и светоизлучающий диод СИД2 установлен перпендикулярно к поверхности контролируемого объекта и три приёмника оптического излучения (ПОИ) установлены: первый (ПОИ1) перед контролируемым объектом под углом, например, 35°, второй приёмник оптического излучения (ПОИ2) после контролируемого объекта под углом, например, 35° и третий приёмник оптического излучения (ПОИ3) установлен перпендикулярно перед СИД2 после контролируемого объекта, при этом импульсы задающего генератора (генератор импульсного питания) подаются на коммутатор, разделённые импульсы подаются поочерёдно к светоизлучающим диодам СИД1 и СИД2, излучение СИД1 регистрируется ПОИ1 и проходя через контролируемый объект регистрируется ПОИ2, а излучения СИД1 проходя через контролируемый объект регистрируется ПОИ3. Отношение сигналов ПОИ1 и ПОИ2 сравнивается сигналом ПОИ3 в блоке обработки фотоэлектрического сигнала, далее через усилитель подаются на измерительный прибор.

На рис. 1 представлена блок-схема оптоэлектронного бесконтактного измерителя толщины листового стекла.

Рис. 1. Блок-схема оптоэлектронного бесконтактного измерителя толщины

листового стекла

Измеритель содержит задающий генератор (источник импульсного питания) 1, коммутаторы (триггеры) 2, светоизлучающие диоды СИД і (3) и СИД2 (4), измеряемое стекло 5, приёмники оптического излучения 6, 7 и 8, блок обработки фотоэлектрического сигнала 9, усилитель 10 и измерительный прибор 11.

Измеритель работает следующим образом.

Импульсы генератора 1 с частотой 8-10 кГц подаются на вход коммутатора 2. Разделённые импульсы подаются на светоизлучающие диоды СИД1 (3) (измерительный) и СИД2 (4) (компенсационный). Поток излучения измерительного светоизлучающего диода СИД1 подаются на фотодиод ПОИ1 (6) и через контролируемый объект 5, подаётся на идентичный фотодиод ПОИ2 (7). Излучение компенсационного светоизлучающего диода СИД2 проходя через контролируемый объект тоже попадает на идентичный фотодиод ПОИ3 (8).

Далее эти сигналы поступают в блок обработки фотоэлектрического сигнала БОФС 9, где реализуется отношение сигналов ПОИ1 и ПОИ2 и сравнение сигналов ПОИ3 подаётся в усилитель 10. Сигнал пропорциональный величине толщины, подаётся на измерительный прибор ИП 11.

Структурная схема измерителя (рис. 2) включает в себя: К-коммутатор, -переменное сопротивление для регулировки тока СИД|, Я2-переменное сопротивление для регулировки тока СИД2, Я3-шунтирующая нагрузка на ПОИ1-фотодиод ФД-24К, Я^шунтирующая нагрузка на ПОИ2-фотодиод ФД-24К, Я5-шунтирующая нагрузка на ПОИ3-фотодиод ФД-24К. БОФС-Блок обработки фотоэлектрического сигнала.

Рис. 2. Структурная схема оптоэлектронного бесконтактного измерителя

толщины листового стекла

Пусть из СИД1 идёт излучение под углом а (а*35°) (одновременно под таким же углом попадает на ПОИД пройдя расстояние АD и преломляясь попадает на ПОИ2. АD-расстояние прохождения потока излучения, падающего на верхнюю поверхность под малым углом а; поток излучения из СИД2 падает перпендикулярно к поверхности стекла и попадает на ПОИ3. ЕР-расстояние прохождения потока излучения, падающего перпендикулярно на верхнюю поверхность стекла.

Для нахождения толщины Н стекла рассмотрим

ЛАСD: | АС | = | СD | / tg і, или | АС | = Н и ] СD | = ё

н = (1)

ЇБі

А d можно определить из ЛВСD: | СD | = | СВ | / tg г, или учитывая что | СD | = d и | СВ | = И, ё = И tgr. Тогда Н = И 1§г/1§1.

Поскольку углы г и і малы, отношение тангенсов этих углов можно заменить отношением их синусов, т.е.

tgr/tgi * 8ІП Г / 8ІПі (2)

Следовательно,

Н = Ъ 8ІП Г / 8ІП і (3)

Отсюда видно, что толщина Н прямо пропорциональна Ъ 8Іпг, т.е. угол г изменяется в зависимости от толщины стекла.

Регистрируя ПОИ2 на сколько меняется угол г, определим Н.

А для регистрации дефектов и загрязнений, цвета и т.д. использован оптрон СИД2-ПОИ3, как опорный.

Предлагаемая оптоэлектронная система позволяет упростить конструкцию устройства за счёт исключения блока сканирования светового луча, выполненного в виде зеркального барабана, закреплённого на валу электродвигателя, функцию которого попеременно выполняют задающий генератор, светодиоды, фотодиоды и резисторы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. А.с. СССР 920369 // Изобретения. 1982 г. № 21

2. Бесконтактный измеритель толщины листового стекла / Рахимов Н.Р., Шамирзаев С.Х. // Пол. решение к выдаче патента РУз ІАР 20030901 от 10.02.2004.

© Н.Р. Рахимов, С.Х. Шамирзаев, 2005