CS365091A3 - Apparatus for determining dimensions of a moving object - Google Patents

Description

□u wtxcsi -1- Ϊ1504 PRAHA 1, Žitná 25ZAŘÍZENÍ KE ZJIŠTĚNÍ EQZMĚr6 POHYHJJÍcÍHc!

Oblast techniky

Vynález ee týká zařízení ke « j* ahw pohybujícího se předmětu s optoelektronickým měřicím zařízeními které má v a-lespoň jedné kolmo k podélné ose předmětu stojící měřicí roviněumístěné vysílací prvky a přijímací prvky jakož i vyhodnocovacíjednotku^1 přičemž měřicí rovina je ohraničena rámem s alespoňdvěma předem urěéný úhel svírajícími nosníky·

Dosavadní stav techniky Z patentového spisu AT-PS 351 2Θ2 je známé zařízení ke zjiš-tění popřípadě ověření rozměrů pohybujícího se předmětu, u které-ho ve dvou rovinách, které svírají úhel 90°, jsou uspořádány řád-kové kamery, které místo filmu obsahují plochu se řádky fotodiodk vytváření elektronického stínového obrazu nějakého předmětu vi-děného optikou před světlým pozadím. U tohoto zařízení, poměrně nákladného vlivem řádkových karmer, je nevýhodné, že stínový obraz může být v závislosti na po-loze měřeného předmětu neostrý, čímž trpí přesnost měření.

Podle principu periodického ohledávání měřeného předmětu,při kterém se v určitém okamžiku nezískává celkový obraz měře-ného předmětu, pracují zařízení známá z patentových spisů BE-AS2 019 290 a DE-CS 2 127 751. U těchto zařízení je nevýhodné, žejsou nutné mechanicky pohybované vysílače světla nebo zrcadla.

Jsou také známá zařízení, u kterých je v nosičích vysílačůuspořádána vždy jedna řada infračervených vysílacích diod v ma-lých stálých vzdálenostech, přičemž každé z těchto řad je přiřa-zena jedna infračervená fotodioda uspořádaná v měřicí rovině vpevné vzdálenosti středově k nosiči vysílačů a infračervené vy-sílací diody jsou v‘krátkých časových odstupech po sobě shoradolů vždy s přiřazenou infračervenou fotodiodou aktivovány vy-hodnocovací jednotkou.

Toto zařízení pracující podle principu periodického ohle-dávání mé nevýhodu, že nastavení infračervených vysílacích diodspotřebuje mnoho času a je možné pouze s nákladnými pomocnýmiprostředky, například s osciloskopem. Signály vyvíjené v infra-červených fotodiodéch jsou kromě toho poměrně slabé a vyžadujík dalšímu zpracování vysoké zesílení, čímž vzniká nebezpečí jakdriftu tak změny parametrů v závislosti na čase a na teplotě,což zkresluje měření. -2-

Fodstata vynálezu Dále popsaným provedením podle předloženého vynálezu se vy-tvoří zařízeni výše uvedeného typu, u kterého jsou popsané nevý-hody odstraněny a které umožňuje hospodárným způsobem přesnézjištění rozměrů pohybujícího se předmětu s vysokou přesností aspolehlivostí·

Dosahuje se toho tím, Že na boční ploše každého.nosní ku při-vrácené ke měřicí rovině je uspořádána řada přijímacích prvků,přičemž každé této řadě je přiřazen periodicky aktivovaný vysí-lací prvek ležící v měřicí rovině v pevné vzdálenosti od nosní-ku pro vysílání vějířovitého paprsku světla namířeného na při-jímací prvky· ......; .

Na základě geometrie zařízení podle předloženého vynálezuse čistě optoelektronickou cestou dosáhne přesného zjištění roz-měrů předmětu· V určitém okamžiku se vždy získá celkový obrazměřeného předmětu, čímž se získá vysoká přesnost měření a ply-nulé zjištování měřených hodnot. Nastavování popřípadě zajišto-vání zařízení je prakticky omezeno na vyřízení obou vějířovi-tých paprsků světla.

Podle jednoho výhodného provedení předloženého vynálezu jeřada přijímacích prvků uspořádána v kruhovém oblouku, v jehožstředu je umístěn přiřazený vysílací prvek. Tímto opatřením semůže zvýšit spolehlivost a necitlivost na cizí světlo, ne botpřijímací prvky dávají vždy signály stejné intenzity pro dalšíelektronické zpracování.

Zvláště jednoduše nastavitelné a pro údržbu pohodlné pro-vedeni vynálezu se získá, když každý vysílací prvek sestává zjednotky s laserovou diodou, tříčočkového kolimátoru, čárovéoptiky a multiplexní řídicí elektroniky. Dává-li jednotka laserové diody viditelný vějířovitý lase-rový paprsek vlnové délky asi . 670 nm, může být vyřízení vysí-lacích prvků provedeno nejjednodušším způsobem vizuelně bez ja-kýchkoli přídavných měřicích přístrojů.

Je výhodné, když přijímací prvky sestávají z fototranzie-torů a jsou uloženy ve vodotěsné liště s podélnou Štěrbinouvytvořenou v oblasti vějířovitého paprsku světla a zakrytousklem.

Fototranzistory mají mimo jiné velký přijímací úhel. Ne-ní tudíž nutné Žádné zaostřování a je možné,strojní osazovánídesek s plošnými spoji. Chráněné uložení v lištách zamezi vněj-ší vlivy a poruchy způsobené cizím světlem. -3-

ZvláŠtě hospodárné a pro údržbu pohodlné provedení předlože-ného vynálezu ae dosáhne; když řada přijímacích prvků je rozděle-na na stejné části, přičemž přijímací prvky každé části jsou uspo-řádány na stejné desce s plošnými spoji*

Modulové provedení řad přijímacích prvků umožňuje nejen mi-nimalizaci zadrátování, nýbrž i snadnou výměnu dílců s opotřebo-vanými přijímacími prvky·

Je výhodné, když každý vysílací prvek je uložen ve vodotěs-ném pouzdru se Štěrbinou uzavřrnou sklem u přiřazené lišty, při-čemž pouzdro je upevněno mezí dvěma obdélníkovými deskami pevněspojenými s jedním sloupkem rámu a bočně přečnívajícími pouzdro·

Vysílací prvky jsou tím chráněny před vnějšími vlivy a jsouuspořádány jednoduše pro montáž a výměnu a zajištěny proti poško-zení·

Pro další usnadnění nastavení zařízení jsou oba vysílacíprvky aktivovatelné pro trvalé světlo. Ačkoliv je vyhodnocovací jednotka jednoduše proveditelnáz komerčně obvyklých integrovaných obvodů, mohou být mikropro-cesory levnější a snadněji přizpůsobitelné. Zvoleným taktovýmkmitočtem se dosáhne prakticky plynulého získávání naměřenýchhodnot po.celé.délce měřeného předmětu, i když se tento pohybujeve směru své podélné osy rychlostí vyšší než 180 m/min.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezuje vyhodnocovací jednotka vytvořena pro zjištění a oznámeníprůměru a popřípadě objemu předmětu ze spočtených signálů před-mětem zatemněných přijímacích prvků a stálé délky obou řad při-jímacích prvků jakož i’ etálých vzdáleností řad přijímacích prv-ků od jim přiřazených vysílacích prvků a obou vysílacích prvkůnavzájem,' při vyvíjení polohového signálu odpovídajícího vzdá-lenosti mezi předmětem a vysílacími prvky.

Pomocí uloženého algoritmu může vyhodnocovací jednotkaz těchto hodnot přesně matematicky vypočítat rozměr, napříkladprůměr dřevěného kmene. S výhodou je zíkladem algoritmu sinovávěta.

Podle jednoho výhodného provedení předloženého vynálezuje vyhodnocovací jednotka vytvořena pro potlačení zatemněnípřijímacích prvků způsobených vyčnívajícími částmi předmětu. Tímto potlačením získaným například prostřednictvím něja-ké logiky naprogramované ve vyhodnocovací jednotce mohou být -4- zsmezena zkreslení výsledků měření způsobená kusy dřeva nebokůry ležícími na řetězovém dopravníku jakož i částmi odstávají-cími od dřevěného kmenu. Pro výpočet průměru bude vždy použitpouze počet sousedících zatemněných přijímacích prvků obou lišt.Přehled, obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn v příkladu provedení na výkrese, kdeobr.l je nérys zařízení podle vynálezu a obr.2 je řez podél čá-ry E-E z obr.l. Přiklad provedení vynálezu V obr.l je schematicky znázorněn řetězový dopravník 2, nakterém se dopravuje ve směru Šipky viz obr. 2, předmět 1, na-příklad dřevěný kmen. V oblasti měřicí roviny I, viz obr.2, po-případě rámu 10, je řetězový dopravník 2. rozdělen, aby se vy-loučil“ jeho vliv na měřicí pochody. Místo rozdělení řetězovéhodopravníku £, 2^, viz obr.2, by mohla také být uspořádána obra-ce cí kladka nebo mezera ve vedení řetězového dopravníku 2, 2^neovlivňující měřicí zařízení. '

Ke zjištění průměru popřípadě objemu předmětu 1 je vytvořenrám 10 sestávající ze sloupků 11, 11' a nosníků Předmět 1 projíždí rámem 10. Sloupky 11.11 a nosníky 4.4 sestávají z ko-vových profilů a jsou navzájem spojeny;-Souměrně uspořádané nos-níky 4Ϊ4* spolu svírají úhel 90°. Mohl-by však také být uspořá-dán větší počet nosníků například tři, které by spolu sví- raly úhly 120°. Rám 10 je postaven kolmo ke své základové plošea je stabilně zakotven. Na boční ploše každého nosníku 4.4* při-vrácené ke měřicí rovině 1 je upevněna lišta 5.« 5 *. Lišty 5.5*sestávají z vodotěsných pouzder s podélnou Štěrbinou 50.50*.která probíhá v rozsahu měřicí roviny £ a je zakryta afclem.

Uvnitř lišt Je v kruhovém oblouku uspořádána ve stá-lých vzdálenostech asi 3 mm řada přijímacích prvků 6; 6* sestá-vajících z fototranzistorů. Řada přijímacích prvků 6.6* je se-stavena ze stejných Částí 60._60_*. z nichž každá obsahuje 64 ku-sů přijímacích prvků 6i>6* usazených na desce s plošnými spoji.

Ve středu kruhového oblouku každé řady přijímacích prvků 6,6 je v pevné vzdálenosti A od nosníku 4.4* uspořádán vysí-lací prvek 8.8 . Vysílací prvek 8.8* obsahuje jednotku laserovédiody. Vysílací prvky 8.8 jsou uloženy v utěsněném pouzdru seštěrbinou 80.80 a jsou umístěny proti přiřazené liště 5.5*

-5- popřípadě proti její štěrbině 50« 50 « Pouzdro je uloženo mezidvěma obdélníkovými deskami 18.19,18 *,19*. které jsou pevně spo-jeny se stojinou 11.11 * rámu 10 a bočně přečnívají přes pouzdro.Obdélníkové desky 18,19.18 *.19# jsou na svých plochách přivráce-ných k pouzdru nabarveny na černo k zamezení zrcadlení laserové-ho paprsku·

Na výložníkéch 12.12* rámu 10 je uloženo infračervené svě-telné hradlo 9.2*« Pokud předmět 1 projíždí v oblasti tohotoinfračerveného světelného hradla 9.9*. jsou vybavovány měřicípochody. Z doby přerušení infračerveného světelného hradla 2,2_a z rychlosti řetězového dopravníku 2,2 Je kromě toho možnospočítat přesně délku předmětu 1. Přehlídka nebo snímání rych-losti řetězového dopravníku 2.2 * se m^že provádět známým způ-sobem přes svázaný zdroj impulzů.

Vyhodnocovací jednotka 20 je elektricky spojena s oběma řa-dami přijímacích prvků 6,ť/, s vysílacími prvky a s infračer-veným světelným hradlem 5,9*. j0k je schematicky znázorněno ča-rami v obr.lí K vyhodnocovací jednotce 20.je mimoto připojen displej 21z tekutých krystalů pro Číslicové oznamování měřených hodnot..s®Pi9V'á svorkovnice 22 slouží k dalšímu zpracování a protokolo-vání měřených hodnot, Z obr.2 je patrno, že předmět 1 právě projíždí rámem 10popřípadě měřicí rovinou 2 a že jeden jeho konec je právě nadmezerou řetězového dopravníku 2.2*. Po projití infračervenýmsvětelným hradlem 9.9* se ve vyhodnocovací jednotce 20 vybavíměřicí pochody.

Po tomto vybavení a po nastaveném zpoždění pro čas, kterýpředmět 1 potřebuje k dosažení měřicí roviny 2, začne první mě-řicí pochod. Vyhodnocovací jednotka 20 sestávající z mikropro-cesorového systému s pamětovou jednotkou při tom aktivuje vysí-lací prvky 8ζβ* 0 taktovým kmitočtem alespoň 300 Hz. Přijímacíprvky áŤ6 lišt 5.5* tyty teké aktivovány zapojením zařízení po-případě řetězového dopravníku 2.,2^.

Synchronně s taktovým kmitočtem vyvíjejí oba vysílací prvky 8.8 vějířovité záblesky laserového světla ve viditelné oblastivlnových délek asi 670 nm nebo v infračervené oblasti asi 950 nmležící ve měřicí rovině 2 0 dopadající jako světelná čáta na při-jímací prvky 6,6*, pokud nenastane zatemnění předmětem 1. Vějířo-vitý laserový paprsek vznikne tříčočkovým kolimátorem, který -6— zaostřuje světlo přicházející z laserové diody a přeměňuje je narovnoběžné paprsky, které se potom v poloválcové čárové opticepřetvoří vějířovitě. Vysílací jednotky 8.8* mohou obsahovat polo-vodičový laser s výstupním výkonem asi 3 mW nebo He-Ne-lasers rotujícím prismatem k vyvíjení záblesků laserového světla. Svě-telná čára vyvíjí ve přijímacích jednotkách poměrně silnéelektrické signály, které bez zesílení mohou být dále zpracoványv bistabilních klopných obvodech. Každý přijímací prvek 8.8je připojen přes filtr sestávající z kondensátoru a rezistoruk bistabilnímu klopnému obvodu aby byly potlačeny podíly cizíhostálého světla a aby pouze záblesky laserového světla byly ulo-ženy v bistabilních klopných obvodech. 2 vyhodnocovací jednotky 20 se uložené signály sečtou a zeznámého celkového počtu přijímacích prvků 6,6* jedné liSty 5.5se odečtou, přičemž se pomocí určité logiky potlačí vliv zatem-nění přijímacích prvků 8.6* způsobených odstávajícími Částmipředmětu 1.

Na základě dané geometrie optoelektronického měřicího zaří-zení, to znamená pevných vzdáleností mezi řadami přijímacíchprvků 6;6* a přiřazených vysílacích prvků 8.8* a těmito a pra-vým úhlem mezi oběma lištami 5.5* může být při známé délce kru-hového oblouku řad přijímacích prvků 6.6* a poloze a počtu zatem-něných přijímacích prvků 6.6* vypočítán průměr i vzdálenost stře-du předmětu 1.

Vytvořírae-li například trojúhelník mezi středem předmětu 1s oběma vasílacími prvky £.8*. vypočítají se vzdálenosti středuod obou vysílacích prvků 8,8. použitím sinové věty podle známýchvzorců.

Je zřejmé, že lze také vypočítat podle známých vzorců úhly,které svírají průměry předmětu 1, popřípadě průměry samotné kdyžse vezme v úvahu poloha předmětu 1, takže od podrobnějšího vysvě-tlení může být upuštěno.

Ve vyhodnocovací jednotce 20 je algoritmus odpovídající po-třebným vzorcům naprogramován a umožňuje přesný výpočet průměrůpředmětu~l, přičemž je také vzata v úvahu teplotní kompenzace.

Na dobře viditelném místě mohou být na rámu 10 popřípaděna vyhodnocovací jednotce 20 umístěny červené a zelené svítivédiody, které signalisují výpadek taktového kmitočtu nebo přítom-nost vysílacího napětí. -7- £ &

Jednotlivé měřicí pochody mohou být vyhodnocovací jednotkou20 řízeny tak; aby střední průměr předmětu 1 mohl být z ji Stěn a-ritmeticky. Přes řezné místo 22 vyhodnocovací jednotky 20 může být při-pojeno protokolovací zařízení popřípadě displej s tiskárnou, tak- £ že jednotlivé průměry; střední průměr, délka a identifikační čís- | lo předmětu 1 mohou být oznámeny a vytisknuty. r

Vyhodnocovací jednotka 20 může také být vyzbrojena tak, žeje umožněno další připojení poruchových hlášení při zněčlstěníoptoelektronického měřicího zařízení, překročení měřicího rozsa-hu, výpadku řetězového dopravníku 2.2*. nebo také připojení nad-řazeného počítače.

Stabilně vytvořeným rámem 10 s lištami 5^5*. vysílacími prv-ky 8,8* a infračerveným světelným hradlem 9.9 , které jsou pevněnavzájem spojeny, je vytvořeno vysoce robustní a spolehlivé zaří-zení pro zjištění průměru a případně i objemu předmětu 1, napří-klad dřevěného kmenu. Přesnost měření vyplývá v podstatě z počtupřijímacích prvků 6.6* v liště 5.5 *, V popisovaném příkladu pro-vedení vynálezu obsahuje každá lišta 512 přijímacích prvků6,6*. Přesazeným uspořádáním by mohl být tento počet bez dalšíchopatření zdvojnásoben. ' ''.z1 ;v >1

Claims (7)

1. -8- KtfTOiířží PRAHA t, Žítr/é Zš P AT B N TO.V é NÁROKY 1· ZaMzení ke zjištění rozměrů pohybujícího se předmětu s opto-elektronickým měřicím zařízením, které má v alespoň jedné kolmok podélné ose předmětu stojící měřicí rovině*umístěné vysílacíprvky a přijímací prvky jskož i vyhodnocovací jednotku, přičemž í Γ ' V " ' měřicí rovina je ohraničena rámem a alespoň dvěma předem určenýúhel svírajícími nosníky, vyznačující se tím, že na boční plošekaždého nosníku (4,4*) přivrácené ke měřicí rovině (7) je uspo-řádána alespoň jedna řada přijímacích prvků (6,6 ), přičemž kaž-dé této řadě přijímacích prvků (6,6*) je přiřazen periodicky ak-tivovaný vysílací prvek (8,8*) ležící v měřicí rovině (7) v pev-né vzdálenosti (A) od nosníku (4,4*) pro vysílání vějířovitéhopaprsku světla namířeného na přijímací prvky (6,6 ).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že řada přijímá- <0 cích prvků (6,6 ) je uspořádána v kruhovém oblouku, v jehož stře-du je umístěn přiřazený vysílací prvek (8,8 ). 3· Zařízení podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se tím, že každývysílací prvek (8,8*) sestává z jednotky s laserovou diodou,tříčočkového kolimátoru, Čárové optiky a multiplexní řídicíelektroniky.
3. 4. Zařízení podle kteréhokoli z bodů 1 až 3, vyznačující se tím,Že přijímací prvky (6,6*) sestávají z fototranzistorů a jsouumístěny ve vodotěsné liště (5,5*) s podélnou štěrbinou (50,50 )probíhající v rozsahu vějířovitého světelného paprsku a utěsně-nou sklem.
4. 5. Zařízení podle kteréhokoli z bodů 1 až 4, vyznačující se tím,že řada přijímacích prvků (6,6*) je rozdělena na stejné čisti(60^60*), přičemž přijímací prvky (6,6*) každé části (60,60*) na stejné desce s plošnými spoji.
5. 6. Zařízeni podle kteréhokoli z bodů 1 až 5, Vyznačující se tím,Že každý vysílací prvek (8,8*) je uložen ve vodotěsném pouzdruse štěrbinou (80,80*) uzavřenou sklem.u přiřazené lišty (5,5*),přičemž pouzdro je upevněno mezi dvěma obdélníkovými deskami(18,19,18*,19*) pevně spojenými se sloupkem (11,11*) rámu (10) a přečnívajícími bočně pouzdro.
6. 7. Zařízení podle kteréhokoli z bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že oba vysílací prvky (8,8 ) jsou propro trvalé světlo. Π

   > 1 : O < C· 1 rn N iVovateTú^" o fs) · O’ c> CD ςπ ςη GO oo η -9- 8· Zařízení podle kteréhokoli z bodů 1 až 7, vyznačující ae tím,že vyhodnocovací jednotka (20) sestává z mikroprocesorového sys-tému s pamětí, která aktivuje vysílací prvky (8'i'8 ) a přijímacíprvky (6,6*) synchronně s kmitočtem vyěěím než 300 Hz. - 9* Zařízení podle kteréhokoli-z bodů 1 až 8,- vyznačující-se-tím, že vyhodnocovací jednotka (20) je vytvořena pro zjiětění a ozná-mení průměru popřípadě objemu předmětu (1) ze sečtených signálůpředmětem (1) zatemněných přijímacích prvků (6,6*) a stálé délkyobou řad přijímacích prvků (6,6*) jakož i stálých vzdálenosti řad přijímacích prvků (6,6*) od jim přiřazených vysílacích prv-ků (8,8*) a obou vysílacích prvků (8,8*) navzájem, při vyvíjenípolohového signálu odpovídajícího vzdálenosti mezi předmětem.(1)a vysílacími prvky (8j8 ).
7. 10. Zařízení podle kteréhokoli z bodů 1 až 9, vyznačující setím, že vyhodnocovací jednotka (20) je vytvořena pro potlačenízatemnění přijímacích prvků (6,6*) způsobených vyčnívajícímičástmi předmětu (1). Zastupuje: