|
Shapeline gör det platt
Foto: Shapeline tekniker.
Eftersom ett mätsystem för planhet oftast installeras i befintliga produktionslinjer, måste sensorn vara flexibel och anpassad för att klara de speciella omständigheterna i linan. Dessa kan vara: begränsat utrymme, dålig miljö, olika nivåer på passlinjen, ytförändringar och varierande ytegenskaper. Speciellt ett icke plant material i kombination med vanliga transportsystem – som rullar – kan skapa vibrationer och elastiska materialdeformationer. Vår metod behandlar vibrationer och dess effekter och är ett effektivt sätt att uppskatta materialets lokala vektor vid varje punkt genom lasertriangulering. För att kunna garantera kvalitet, räknas inte bara I-enhetsprofilen ut, samtidigt erhålls också materialets topografi.
Vi använder lasertrianguleringsmetod för online mätning av synbar planhet baserad på en laserprojektor med två parallella linjer. Genom att använda dubbla laserlinjer kan mätningar av lokala lutningar, utöver 3D-positionering, göras vilket kan användas för kompensering vid materialvibrationer samt till viss del elastisk deformation. Nyttan är att synbar planhet kan mätas med hög upplösning på material som rör sig på rullband eller vibrerar kraftigt i produktionslinan.
Några fördelar:
• Kamerorna är kalibrerade efter samma ljusvåglängd som lasern, vilket effektivt tar bort spilljus.
• Laserns förväntade livslängd är lång.
• Mätningen är mer eller mindre oberoende av ytan. Vi mäter på ytor som är spegelblanka så väl som på svarta ytor eller ytor med olja eller fukt.
• Sensorerna kan göras kompakta för att passa små utrymmen i befintliga linor.
Ett exempel på en del av användargränssnittet för ett Shapelinesystem.
I-enheter och planhetsprofil
I-enhet är en kraftfull beskrivning av fibrernas längdfördelning i bandets bredd. Definitionen är geometrisk men mätningen är ofta indirekt genom att spänningsvariationer mäts på en tensiometerrulle.
För att få fram synbar planhet är I-enhet beräknad genom väglängdsskillnader per meter band multiplicerad med 10-5. Vanligtvis sätts medelväglängden till noll och då får vi en kurva av planhetsprofilen centrerad runt X-axeln.
En planhetsprofil är användbar för processkontroll (valsning, riktning, kylning) så väl som för kvalitetsgarantier och är därför ett viktigt mått.
Lasertriangulering
Lasertriangulering är vanligtvis baserad på en röd diodlaser med en linjeproducerande optik. Den linjeproducerande optiken sprider laserljuset i en dimension och skapar som en solfjäder av ljus (Se illustration 1). Shapeline använder brytande optik för att göra styrkan jämn och därigenom säkras en jämn mätnoggrannhet över bredden. Linjen fokuseras på materialet och är väl synlig. Om ytan är ojämn, kan den något böjda laserlinjen uppfattas av det mänskliga ögat.
För att erhålla formen automatiskt och precist, observeras laserlinjen av en 2D matriskamera. Linjen projiceras sedan över kamerabilden och mjukvaran kan spåra linjen för varje kolumn i bilden. Det vanligaste sättet är att spåra linjens gravitationscenter vid varje punkt med sub-pixels noggrannhet. Detta gör att mätningen är exakt, men också oberoende av den verkliga styrkan. Själva styrkan är inte viktig, bara linjens position.
Principerna för lasertriangulering.
Eftersom kameran kan ha flera hundra kolumner är antalet mätpunkter stort. Shapeline kan till exempel skapa fler än 4 000 punkter över bredden genom att använda flera synkroniserade kameror. Mätningsprincipen är exakt och robust. För varje tvärprofil ”fryses” formen eftersom alla mätpunkter erhålls samtidigt.
När materialet förflyttas mäts profilerna kontinuerligt. Resultatet presenteras vanligtvis för operatören, och används för processkontroll av linan, produktionsförbättringar och uppföljning.
Vibrationskompensering
Vanliga lasertrianguleringssystem är begränsade eftersom vibrationer och ojämnheter inte kan separeras på rätt sätt. Men, genom att projicera två laserlinjer efter varandra i transportriktningen, kan vi mäta lokala lutningar. En formdefekt skapar alltid en förändring i den lokala lutningen, medan en vibration inte gör det.
Faktum är att en elastisk deformation skapar en liten eller ingen förändring i lutning om inte materialet omformas (bucklorna rör sig). Därför kompenserar metoden också för elastisk deformation.
Den dubbla lasertrianguleringsprincipen
Kompensering för vibrationer och elastisk deformering
Dataanalysen kan delas in i två underkategorier: I-enhetsprofilvärdering och rekonstruktion av topografin.
Rekonstruktionen av topografidatan är komplex. Till exempel måste följande faktorer tas med i beräkningen:
• Kalibrering. Shapeline använder sedan flera år en patenterad kalibreringsprocedur.
• Avdrift. Systemgeometrin och avståndet mellan laserlinjerna är inte konstant, utan ändras över tiden. Detta måste kontinuerligt kompenseras.
• Prov av tätheten. Lutningen är bara en uppskattning av den verkliga ytans lutning, eftersom den bara är avmätt vid två punkter. Detta behöver kompenseras, speciellt för korta våglängder.
• Slumpmässiga mönsterfel som introduceras i integrationen av topografisk data.
• Kamera- och laseröverlappning och gränseffekter.
• Kamera- och laseröverlappning och gränseffekter.
• Variationer i materialposition (passlinje och sidledes)
Mjukvaran hanterar dessa faktorer både för plåtar och för band.
Metoden i verkliga situationer
Systemet har testats genom jämförelser mellan mätningar på stenbord och rullbord.
Justeringar av rullbordet
Rullbordet förbättrades genom att lägga till små hjul mellan de vanliga rullarna. Anledningen är att vi vill förhindra att plåten hänger ner, kollisioner med rullar och stående vågor i tunna material.
Resultatet är en transport med liten elastisk deformation, men vibrationerna är fortfarande tydliga, speciellt för tunna, oplana plåtar. Elastiska kantdeformationer förekommer också hos plåtar med U-form.
Mätningsresultat
För att testa algoritmerna mättes ett antal plåtar både på ett rullbord och på ett stenbord. Resultatet av mätningarna stämde överrens, och ett exempel visas i illustrationen nedan.
Samma plåt mätt på ett stenbord (vänster) och ett rullbord (höger).
Ett stort antal plåtar har mätts och jämförts. Generellt är skillnaden mindre än en millimeter med några undantag för plåtens början och slut.
Sammanfattning
Principen bygger på en dubbel lasertriangulering som ger en precis, kompakt och tålig lösning för både plåtar och band. Mätningarna kompenserar för vibrationer och levererar planhet, tvärprofiler, planhetskompenserad bredd och topografi. Metoden är tålig tack vare dess arkitektur och teknik. Mycket lite underhåll krävs. Data kan visualiseras på flera sätt, även i realtid.
|
