Устройство для непрерывного передвижения предметов с симметрией вращения, применяемое для визуального осмотра и проверки

Устройство для непрерывного передвижения предметов с симметрией вращения, применяемое для визуального осмотра и проверки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение направлено на устройство, предназначенное для непрерывного передвижения предметов, обладающих симметрией вращения. Один из вариантов его применения состоит в осмотре цилиндрических предметов с высокой скоростью.

Приведение в движение в данном случае означает придание комбинированного движения и вращательного движения; при этом предметы вращаются одновременно с перемещением вперед, например, для представления их полной боковой поверхности (например, цилиндрической) по отношению к датчикам, которые производят проверку их внешнего вида или характеристик. При этом предпочтительно получить устройство, позволяющее обеспечить высокую скорость потока предметов в производственной линии или в линии проверки при минимальных манипуляциях с этими предметами, которые могут следовать очень близко друг за другом в непрерывном потоке. Поэтому требуемый тип движения должен обеспечить непрерывность производственного потока и перемещения каждого предмета одновременно. Устройство, которое позволяет решить эту проблему, должно гарантировать равномерность движения, которое должно быть исключительно непрерывным, как в отношении перемещения вдоль основной оси предмета, так и в отношении вращения вокруг этой оси, что, например, позволяет обеспечить хорошее качество проверки (получение высококачественных изображений в визуальном приложении и приложении проверки), даже при высокой скорости, несмотря на ограничения, накладываемые на скорость перемещения предметов. Конструкция устройства такого типа должна быть основана на простом принципе и должна обеспечивать простоту регулировки его работы.

Хорошо известны конвейерные ленты и другие устройства, предназначенные для транспортировки, но необходимость поворачивать предметы при их одновременном передвижении после правильного их ориентирования создает определенные проблемы. Построение системы, поворачивающей и одновременно переносящей предметы, является не простой задачей, поскольку требуется прикладывать к предмету две различные силы, при этом движение поворота и переносное движение противодействуют друг другу, что создает трение, которое снижает плавность получаемого в результате движения. Однако существует решение, используемое в "бесцентровых шлифовальных станках", в котором применяется вращательное движение цилиндрических деталей, выполняемое за счет силы трения, приложенной под углом. В этом случае детали также передвигаются продольно. Однако это возможно только если детали имеют достаточную длину. Кроме того, при этом не гарантируется непрерывность потока.

Этот принцип повторяется в некоторых системах проверки таких, как запатентованные в патенте US5249912 компании Rohrer Inc. Company (США) "Устройство проверки", который был опубликован 10 мая 1993 года. Затем цилиндрическому предмету придается двойное движение с помощью ленты, которая вовлекает предметы во вращение под действием силы трения, и с использованием двойной направляющей, проходящей над этой лентой и через нее, которая придает переносное движение этим предметам. Предложение, раскрытое в этом патенте, было направлено на проверку предметов с использованием вихревых токов. Решение, раскрытое в этом патенте, состоит в ориентировании цилиндрических предметов при их скольжении под инвертированным каналом передачи, который заранее выравнивает их оси по направлению, и вращение обеспечивается путем пропускания предметов по бесконечной ленте, которая движется в поперечном (но не перпендикулярном) направлении и придает им вращательное движение.

Однако этой системе присущи ограничения, обусловленные трением между предметами и направляющей. Это трение не позволяет обеспечить совершенно правильное движение по спирали с высокой скоростью. Одновременное вращение/переносное движение, придаваемое бесконечной лентой предмету, который задерживается направляющей, независимо от типа направляющей, обязательно создает трение между предметом и направляющей (инвертированным каналом в вышеуказанном патенте), что нарушает равномерность этого движения и создает толчки и вибрации предмета, в частности при высоких скоростях. Это трение и создаваемые в результате нарушения равномерности могут в свою очередь искажать изображения предмета, снимаемые оптическим детектором, например, при визуальном осмотре. В этом случае и, в частности, при высоких скоростях такое устройство не позволяет получить изображение высокого качества, необходимое для высококачественной проверки. Кроме того, в случае, когда появляются детали со значительными повреждениями, их захват может производиться исключительно неравномерно, и вращательное движение может затрудняться или даже останавливаться. При этом происходит исключительно плохой захват детали, поскольку кроме воздействия паразитного трения на движение направляющей, существует только одна линия контакта между деталью и лентой. И, наконец, место, в котором возможна установка датчиков для проверки, ограничено из-за наличия направляющей (например, простого или двойного рельса) и может быть недостаточным для таких вариантов проверки, в которых используются другие датчики, чем те, которые были описаны в патенте компании Rohrer.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением предназначено для улучшения движения и, в частности, для полного решения проблем, связанных с нарушающим движение трением, путем устранения недостатков, связанных с устройствами известного уровня техники.

Краткое описание изобретения

В настоящем изобретении предложено устройство, предназначенное для приложения непрерывного движения предметам с симметрией вращения, содержащее конвейер, в котором, согласно изобретению, конвейер содержит две параллельные направляющие (такие как цилиндры или закругленные ребра) и, по меньшей мере, одну пару лент, плотно прижатых к каждой из направляющих, между которыми и по которым перемещаются предметы на одном уровне с направляющими, причем эти ленты формируют угол (11) между верхним участком ленты транспортера и нижним участком ленты транспортера для каждой ленты, причем ленты в паре имеют одно направление огибания вокруг направляющих, одинаковое значение измеряемого угла (11) для верхней ленты и нижней ленты и одинаковую скорость передвижения.

Для упрощения краткого описания изобретения две параллельные направляющие, которые перекрываются частями движущихся лент, будут называться "направляющие-ленты" в остальной части данного описания для выражения того факта, что предметы находятся в контакте с подвижными частями лент, покрывающими направляющие, но никогда не находятся в прямом контакте с самими направляющими. Каждая направляющая-лента формирует угол α (не равный прямому углу) с той частью ленты, которую она направляет, этот угол зависит непосредственно от угла 11.

Расстояние между этими двумя направляющими-лентами регулируется и используется для формирования естественной V-образной формы для направления предметов, которые захватываются с обеих сторон системой лент, как во вращательное движение, так и при их передвижении вдоль оси этой естественной направляющей.

Отношение перемещения/вращения зависит от угла (11) и может регулироваться путем изменения ориентации ленты по отношению к ее направляющей.

В этом решении отсутствует какое-либо паразитное трение между деталями, которые захватываются/инспектируются, и отсутствует какая-либо искусственная направляющая, которая их задерживает, препятствуя одновременному вращательному движению и движению перемещения, что обеспечивается благодаря используемому принципу. Предметы при этом передвигаются равномерно, и проверка может происходить даже при высокой скорости без каких-либо толчков или вибраций. При этом обеспечивается получение изображений очень высокого качества при визуальном осмотре.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением улучшает захват предметов не только благодаря устранению толчков или вибраций, но также благодаря большей площади контакта, лучше распределенного на нескольких гомокинетических областях (по меньшей мере, две кромки предмета вместо одной контактной линии) между предметом и поверхностями захвата, что улучшает равномерность спирального движения даже для поврежденных деталей. Поскольку предметы направляются промежутком между параллельными направляющими-лентами, этот регулируемый промежуток может быть выбран для оптимизации захвата/направления предметов как функция диаметра предметов. Такой промежуток выбирают большим при использовании более крупных предметов для придания лучшего вращения предметам, которые будут глубже удерживаться в V-образной направляющей, естественным образом формирующейся двумя частями ленты, а также обеспечивает лучший захват частями ленты, которые будут иметь лучший захват предмета при большем промежутке.

Наконец, место, доступное для произвольной установки датчиков или других полезных устройств, является совершенно свободным вокруг предметов в секторе более 180 градусов вокруг их боковой поверхности, поскольку полностью устраняется искусственно установленная направляющая для предметов.

В соответствии с предпочтительным вариантом воплощения настоящего устройства передвижения в соответствии с настоящим изобретением, ленты в паре принадлежат одной и той же непрерывной петле, при этом верхние части ленты и нижние части ленты представляют собой продолжение друг друга, при этом две соединительные части ленты соединяют нижние части ленты и верхние части ленты соответственно. При таком использовании одной вращающей ленты обеспечивается простая и надежная синхронизация скорости перемещения в направляющих-лентах.

Устройство проверки такого типа используется для оптического наблюдения за предметами путем установки источника света, предназначенного для освещения предметов вдоль, по меньшей мере, одной образующей линии, датчика изображения, перекрывающего область образующей линии, и, возможно, датчика, например оптического датчика, который передает сигналы в камеру, сообщающие о том, что предмет был только что установлен в поле обзора камеры. Такой дополнительный датчик может быть расположен на пути предметов, в поперечном направлении по отношению к их перемещению.

При таком применении оптического наблюдения используются общие характеристики настоящего изобретения, что позволяет освободить доступное пространство вокруг предметов.

Краткое описание чертежей

Предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения, то есть вариант, не являющийся уникальным, будет описан ниже со ссылкой на следующие чертежи:

- фиг.1 изображает общий вид сверху устройства конвейера,

- фиг.2 изображает вид сбоку новой части устройства конвейера,

- фиг.3 иллюстрирует устройство оптического детектора.

Подробное описание конкретных вариантов воплощения

Как показано на фигуре 1, предметы, которые должны перемещаться вперед так, что может производиться их проверка, представляют собой цилиндрические топливные таблетки 1 для ядерного реактора, поступающие из произвольного устройства подачи (например, после того как их вначале высыпают в чашу 2 вибратора, и затем проходят вдоль лотка 3 так, что они попадают на наклонный желоб, в котором производится их ориентация); они попадают на участок конвейера 5, связанный с оптическим детектором (показан на других чертежах) в соответствии с настоящим изобретением.

Участок конвейера 5 содержит пару параллельных направляющих 6 и бесконечную петлю 7, вытянутую с образованием сложной формы. Практически ее можно разбить на пару лент 8, намотанных и вытянутых вдоль направляющих 6 лент, которые содержат верхний участок 9 ленты и нижний участок 10 ленты, расположенные рядом друг с другом на направляющих 6 и под ними. Нижний участок 10 ленты и верхний участок 9 ленты расположены так, что они не находятся точно друг под другом и между ними формируется угол 11, который имеет одинаковое значение (по величине и по знаку) для двух лент 8, при измерении его от верхнего участка 9 ленты к нижнему участку 10 ленты с поворотом вокруг вертикальной оси. Кроме того, верхние участки 9 ленты имеют одинаковую ориентацию и направление вращения ленты 8 вокруг соответствующей направляющей 6 обеспечивается таким, как показано на фигуре 2. Различные направляющие для ленты имеют точно одинаковую скорость без необходимости использования устройства синхронизации, поскольку в данном варианте воплощения они физически формируют участок одной и той же ленты. Направляющие 6 ленты могут представлять собой круглые бруски или закругленные твердые детали, такие как ребра, другими словами, плоские держатели с криволинейной кромкой, изогнутой вдоль полукруга.

В результате топливная таблетка 1, поступающая на две ленты 8 между ними, подвергается одновременно вращению и исключительно плавному движению перемещения, поскольку два верхних участка 9 ленты перемещают ее одинаково, с одновременным вращением и определенной скоростью переносного движения вдоль направляющей 6. В связи с этим таблетка 1 без остановки последовательно перемещается вдоль своей боковой поверхности, при этом один детектор производит ее инспектирование в течение этого времени. Отношение скоростей вращения и перемещения регулируется путем выбора величины угла 11. Пара роликов 12 используется для каждой ленты 8 для натяжения верхнего участка 9 и нижнего участка 10 ленты вокруг роликов. В данном варианте воплощения, в котором ленты 8 выполнены в виде непрерывной петли 7, достаточно использовать один двигатель 19, приводящий во вращение один из четырех роликов 12 для передачи движения петле 1, которая также включает два соединительных участка 13 и 14 ленты, натянутые между парами роликов 12, которые соединяют верхний участок 9 ленты и нижний участок 10 ленты соответственно. Использование одной петли 7 позволяет обеспечить точную синхронизацию скорости ленты 8. Ролики 12 могут быть установлены на держателях с регулируемым положением, закрепленных на раме (не показана) для обеспечения возможности регулировки значения угла 11 и натяжения ленты 8. Аналогично, зазор между двумя параллельными направляющими 6 для лент может регулироваться так, что таблетки могут приводиться во вращение/направляться наилучшим образом в зависимости от их диаметра. После того как таблетки 1 выйдут за пределы петли 7, они выводятся из нее и падают в отверстие 20, сформированное между направляющими 6. Их затем удаляют произвольным устройством удаления, которое не показано. Отметим, что устройство подачи, которое может быть произвольным, в некоторых случаях может быть выполнено непосредственно с использованием верхнего участка ленты 8 на верхней стороне центральной части конвейера, при условии, что таблетки будут правильно устанавливаться на ленте.

Эффективная конструкция машины визуального осмотра с использованием решения, с применением одной ленты с двойным проходом, обеспечивающим двойной привод во вращение ядерных топливных таблеток цилиндрической формы, представляет собой средство, позволяющее обеспечить высокую скорость осмотра без каких-либо особенных манипуляций с таблетками с получением изображений очень высокого качества. Используемый принцип позволяет упростить конструкцию этой машины и процедуру ее регулировки.

В предпочтительном варианте воплощения, в котором устройство позиционирования используется для визуального осмотра, устройство детектирования содержит источник 15 света, направленный на таблетку 1, который может испускать луч, предпочтительно плоский луч, освещающий образующую линию таблетки. Детектор 16 состоит из линейной полоски датчиков 17 яркости, соединенных с камерой 18. Луч источника 15, попадая на образующую линию 25 таблетки 1, возвращается на детектор 16 для формирования изображения этой образующей линии, и камера 18 составляет изображения образующих линий по мере передвижения таблетки 1 вперед для получения ее общего изображения. Датчик, помещенный перед путем прохода таблеток 1, может использоваться для определения входа таблетки в область обзора детектора 16 и камеры 18 для начала съемки изображения. Такие процессы получения изображения являются известными и поэтому их подробное описание не приводится.

Дефекты таблеток обычно представляют собой ошибки размеров или местные поверхностные дефекты, такие как сколы, трещины, открытые полости, отметины, царапины, пятна или включения инородных тел. Во всех случаях они образуют неравномерность на поверхности таблетки 1. Свет, поступающий из источника 15, направляется таким образом, чтобы он отражался на детектор 16, при направлении света на образующую линию нормально к поверхности таблетки 1. В противном случае свет возвращается неравномерно, очень ослабленным или на удалении от полоски датчиков 17.

Существуют два возможных варианта освещения предмета. В соответствии с первым вариантом свет может представлять собой скользящий свет, направленный на верхнюю образующую линии таблетки 1, как показано на фигуре 2. При нормальных условиях свет возвращается на полоску датчиков 17 благодаря рассеиванию. Если на поверхности таблетки 1 присутствует полость или трещина, и т.д., свет не будет правильно отражаться, а будет рассеиваться в этом месте, и соответствующие датчики 17 не будут освещены. Этот способ обеспечивает очень хорошие результаты, но требует использования очень мощного источника света (или очень чувствительной камеры/узла объектива), поскольку рассеянный свет, возвращаемый таблеткой, является довольно слабым. Кроме того, должна быть обеспечена возможность выполнения точной настройки скользящего положения луча света.

В соответствии со вторым вариантом воплощения свет может быть направлен на произвольную образующую линию таблетки 1 и возвращаться при отражении. Свет отражается на равномерной части таблетки с максимальной интенсивностью точно вдоль центральной линии правильно установленного датчика и, наоборот, поверхностный дефект не отражает луч света вдоль оси этого датчика и дефект становится видимым как намного более темная область. Преимущество этого способа состоит в том, что для него требуется использовать гораздо менее мощное освещение; кроме того, в такой системе легко производить регулировку путем регулировки положения камеры для получения практически достаточной насыщенности изображения при полностью открытом объективе.

Работа камеры 16 синхронизирована с таблетками с помощью оптического микродатчика, работающего в режиме излучения/приема, который установлен в поперечном направлении по отношению к их перемещению. Датчики такого типа хорошо известны, и он не показан на чертеже.

Устройство такого типа может использоваться для многих других вариантов применения в дополнение к визуальному осмотру, таких как проверка с использованием любого другого типа датчика (оптического, магнитного, электрического, ультразвукового, с использованием вихревых токов и т.д.).

Система может также использоваться в любом процессе, кроме проверки, в котором не требуется прикладывать значительные усилия к обрабатываемым предметам вращения.

В общем случае такое устройство позволяет производить захват предметов произвольной формы, имеющих симметрию вращения (таких как цилиндрические, сферические предметы и т.д.).

1. Устройство, предназначенное для управления непрерывным передвижением предметов (1) с симметрией вращения, содержащее конвейер (5), отличающееся тем, что конвейер содержит две параллельные направляющие (6) и, по меньшей мере, одну пару лент (8), натянутых поверх этих направляющих, между которыми и на которых происходит перемещение этих предметов на том же уровне, что и направляющие, причем эти ленты формируют угол (11) между верхним участком ленты и нижним участком ленты каждой из лент, причем ленты в паре имеют одинаковое направление вращения вокруг направляющих, одинаковое значение измеряемого угла (11) между верхним участком ленты и нижним участком ленты и одинаковую скорость передвижения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его используют с детектором (16), состоящим из датчика или ряда датчиков (17), установленных параллельно направляющей (6), и которые чувствительны к свету, отражаемому или рассеиваемому предметами (1).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что свет является скользящим светом, направленным на верхнюю образующую линию предмета и отражается путем рассеяния на полосу датчиков (17),

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что свет направляется на любую образующую линию предмета (1) и отражается на полосу датчиков (17).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит датчик, установленный на пути предметов (1), который позволяет подавать сигналы в камеру, сигнализирующую о том, что предмет только что был установлен в поле ее обзора.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что оно соединено с системой, предназначенной для обнаружения дефектов на предметах (1).

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что предметом (1) для оптического осмотра являются ядерные топливные таблетки.

8. Устройство для управления непрерывным движением предметов (1) с симметрией вращения, содержащее конвейер (5), отличающееся тем, что конвейер содержит две параллельные направляющие (6) и, по меньшей мере, одну ленту, расположенную в виде непрерывной петли (7), натянутой поверх направляющих, между которыми и на которых эти предметы перемещаются на том же уровне, что и направляющие, при этом лента образует пару углов (11) между соответствующими верхними участками и нижними участками ленты, при этом нижние участки (10) ленты и верхние участки (9) ленты являются непрерывными по отношению друг к другу, при этом лента дополнительно содержит два соединительных участка (13, 14), соединяющие нижние участки и верхние участки соответственно, при этом лента имеет одинаковое направление вращения вокруг направляющих, одинаковую величину измеряемого угла (11) от верхнего участка ленты к нижнему участку ленты и одинаковую скорость перемещения.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что его используют с детектором (16), состоящим из датчика или ряда датчиков (17), установленных параллельно направляющей (6), и которые чувствительны к свету, отражаемому или рассеиваемому предметами (1).

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что свет является скользящим светом, направленным на верхнюю образующую линию предмета, и отражается путем рассеяния на полосу датчиков (17).

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что свет направляется на любую образующую линию предмета (1) и отражается на полосу датчиков (17).

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно содержит датчик, установленный на пути предметов (1), который позволяет подавать сигналы в камеру, сигнализирующую о том, что предмет только что был установлен в поле ее обзора.

13. Устройство по любому из пп.8-12, отличающееся тем, что оно соединено с системой, предназначенной для обнаружения дефектов на предметах (1).

14. Устройство по любому из пп.8-13, отличающееся тем, что предметом (1) для оптического осмотра являются ядерные топливные таблетки.

Приоритет по пунктам:

09.11.2000 - все пункты формулы.