книги / Оптоэлектронные сенсорные системы

Линей/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-

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

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