專利名稱：一種板材測量儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光機電一體化的測量技術領域，具體涉及熱軋環境下板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷的板材測量儀。
背景技術：
熱軋寬厚板、中板、扁鋼的寬度參數、表面質量參數是描述產品質量的重要指標， 為了使板材在生產過程中進行寬度控制或按照寬度指標和表面質量指標對產品進行分類， 都需要在生產線上安裝寬度和表面質量測量儀。通常板材安裝表面質量測量儀只測量上下表面的質量，板材側表面的裂紋缺陷沒有經濟可靠的測量方法。板材寬度測量分為激光寬度儀和光學攝像寬度儀。光學攝像法寬度測量是在被測板材的上方安裝線陣列攝像機，利用熱態板材本身與環境的光學反差或在板材下方安裝背景光源，攝像機對板材進行成像， 進而測量板材寬度。激光寬度儀適用于寬厚板的寬度測量，在板材的左右兩側各安裝一套測量裝置，每套測量裝置包括一個點激光器和一個線陣列攝像機，點激光器發出一束激光垂直照射到被測板材的側面，在板材的側面形成一個點狀光斑，板材寬度變化時，激光光斑的位置隨之變化，線陣列攝像機測量出光斑的位置變化量，板材兩側的測量裝置同一時刻分別測出光斑的位置變化量，可以得到板材的寬度值，該寬度值只是一點的數值，不能完整反映板材斷面寬度。比利時IRM公司的WlO測寬儀采用2個或多個點激光器可以在一定程度上解決單點激光器測量寬度的局限性，也能夠一定程度測量板材的邊部形狀，由于點光源光線的不連續性，在板材的邊部寬度測量也是不連續的，因此，描述板材邊部形狀的精度不高，不能測量邊部缺陷。同時它的攝像頭和激光器在豎直方向的一個平面內，選用二維攝像頭的主要目的是為了調試方便，激光器位置發生左右偏差時，攝像機還能捕捉到信號，除此之外，二維攝像頭與一維攝像頭的作用是相同的。如圖1所示，板材軋制過程中橫斷面可能出現圖中a、b、c所示的幾種形狀，其中圖中b為邊部突出型所占比例最大，且板材厚度越大時突出尺寸越大，一點測寬在板材上的測量點位置不能全面描述板材的真實寬度，由此可見上述測寬儀測量厚度較大板材的寬度時存在一定的局限性，只測量到板材斷面某一位置的寬度值，斷面的寬度最大值、最小值、平均寬度值等參數不能測量，更不能精確測量板材邊部缺陷。
發明內容本實用新型的目的是為了解決上述問題，提出一種板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷測量儀。一種板材測量儀，包括兩套邊部測量裝置、測量控制柜和顯示器；兩套邊部測量裝置分別位于被測的板材兩側對稱設置，邊部測量裝置與板材同高度；每個邊部測量裝置均包括金屬箱體、一臺全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、 數據采集板卡和供電電源；全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、數據采集板卡、供電電源均位于金屬箱體內部；供電電源為全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、數據采集板卡供電；金屬箱體靠近板材一側設有三個通光孔，一個通光孔對應全高清面掃描攝像機的成像光路，兩個通光孔分別對應兩個平行的線激光器的出射光路；兩個線激光器在板材的側面垂直于板材安裝，兩個線激光器發射出的兩束線激光照射在板材厚度方向表面，形成兩條垂直于板材的激光照射線；高清面掃描攝像機與線激光器同等高度設置，高清面掃描攝像機的光學中心線與激光器的中心線夾角為30-60度；高清面掃描攝像機高速拍攝正在運動的被測板材側面激光照射線的位置變化，將高清面掃描攝像機拍攝的圖像發送至數據采集板卡；數據采集板卡接收高清面掃描攝像機拍攝的激光照射線的圖像，獲取被測板材側面激光照射線上每一點的位置，將位置信息傳輸至測量控制柜；用戶根據生產線上板材寬度的最大變化范圍和板材在生產線上的最大左右擺動范圍設定基準面；測量時兩套邊部測量裝置中的數據采集板卡分別得到的每一點的位置傳輸至測量控制柜，測量控制柜獲取每一點的位置與基準面的距離，根據被測板材兩側的邊部測量裝置同一時刻測量到的被測板材左右對稱位置點與基準面的距離，經計算得到該位置被測板材的寬度值；將被測板材側面激光照射線上每一點的距離合成圖像，得到被測板材激光照射線位置的側面形狀，進而得到該測量斷面板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷；當板材向前運動時，連續測量得到板材所有斷面的寬度值和側面形狀并分析出邊部缺陷的程度，進而得到被測板材斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值和最小值的位置，結合測量到的邊部缺陷和邊部形狀進行質量判斷；測量控制柜將得到的板材斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值和最小值的位置、邊部形狀、邊部缺陷在顯示器上進行顯示。所述的通光孔設有防止煙塵、水氣污染吹掃裝置。所述的兩個線激光器相距20mm-100mm。本實用新型的優點在于(1)本實用新型采用一臺測量儀解決了板材寬度、邊部形狀、邊部缺陷的綜合測量。(2)本實用新型采用線激光光源及面陣列攝像機，可以準確測量板材邊部形狀、并根據邊部形狀精確計算板材的寬度及測量時刻被測板材斷面寬度最大值、最小值、平均值、 最大值最小值的位置，提高了測量精度。(3)本實用新型通過連續測量板材的邊部形狀并根據邊部形狀的變化可以測量板材邊部缺陷(如邊裂)。(4)本實用新型的現場測量裝置安裝在被測板材的側面，高溫、煙塵、水蒸氣對裝置影響減小，減少現場防護難度，降低成本。(5)本實用新型提供的在線測量儀簡單易于制造，并且成本低，適合于大規模推廣使用。

圖1是背景技術中被測板材斷面形狀示意圖；圖2是本實用新型的結構示意圖；圖3是本實用新型的俯視結構示意圖；圖4是本實用新型的方法流程圖；[0020]圖5是本實用新型的激光三角法測距原理示意圖。圖中1-邊部測量裝置2-測量控制柜3-顯示器4-板材101-全高清面掃描攝像機102-線激光器103-數據采集板卡104-金屬箱體105-通光孔
具體實施方式
下面將結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。本實用新型是一種板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷測量儀，如圖1所示，包括兩套邊部測量裝置1、測量控制柜2和顯示器3。兩套邊部測量裝置1分別位于被測的板材4兩側對稱設置，邊部測量裝置1與板材4同高度。每個邊部測量裝置1均包括金屬箱體104、一臺全高清面掃描攝像機101、兩個平行的線激光器102、數據采集板卡103和供電電源。全高清面掃描攝像機101、兩個平行的線激光器102、數據采集板卡103、供電電源均位于金屬箱體104內部，金屬箱體104具有水冷卻和空氣吹掃等現場防護功能，保證殼體內部溫度在電子元器件工作允許溫度范圍內。供電電源為全高清面掃描攝像機101、兩個平行的線激光器102、數據采集板卡103供電。金屬箱體104靠近板材4 一側設有三個通光孔105，通光孔105設有防止煙塵、水氣污染吹掃裝置，一個通光孔105對應全高清面掃描攝像機101的成像光路，兩個通光孔 105分別對應兩個平行的線激光器102的出射光路。兩個線激光器102在板材104的側面垂直于板材4安裝，兩個線激光器102發射出的兩束線激光照射在板材4厚度方向表面，形成2條垂直于板材4的激光照射線。兩個線激光器102相距20mm-100mm(根據板材4的速度確定)。本實用新型中對于低速運動的板材4設置1個線激光器102也可以，當板材速度高時，全高清面掃描攝像機 101每一楨畫面拍攝的板材4位置變化大，會影響邊部缺陷的測量(小缺陷漏拍)。當板材 4的生產速度高時，線激光器102可以增加到3-4個。綜上，本實用新型線激光器102為1 至4個。改變線激光器102個數時，對應改變通光孔的個數。高清面掃描攝像機101與線激光器102同等高度設置，高清面掃描攝像機101的光學中心線與激光器102的中心線夾角為30-60度，具體角度根據被測板材4的最大寬度變化范圍在儀器設計階段確定。高清面掃描攝像機101高速拍攝正在運動的被測板材4側面激光照射線的位置變化，將高清面掃描攝像機101拍攝的圖像發送至數據采集板卡103。數據采集板卡103接收高清面掃描攝像機101拍攝的激光照射線的圖像，獲取被測板材4側面激光照射線上每一點的位置，將位置信息傳輸至測量控制柜2。根據生產線上板材4寬度的最大變化范圍和板材4在生產線上的最大左右擺動范圍設定基準面。測量時兩套邊部測量裝置1中的數據采集板卡103分別得到的每一點的位置傳輸至測量控制柜2，測量控制柜2獲取每一點的位置與基準面的距離，然后，根據被測板材4兩側的邊部測量裝置1同一時刻測量到的被測板材4左右對稱位置點與基準面的距離，經計算得到該位置被測板材4的寬度值。將被測板材4側面激光照射線上每一點的距離合成圖像，得到被測板材4激光照射線位置的側面形狀，進而得到該測量斷面板材的寬度、
5邊部形狀、邊部缺陷。如圖3所示，當板材4向前運動時，連續測量得到板材4所有斷面的寬度值和側面形狀并分析出邊部缺陷的程度，進而得到被測板材4斷面寬度最大值、最小值、 平均值、最大值和最小值的位置，結合測量到的邊部缺陷和邊部形狀進行質量判斷。測量控制柜2將得到的板材4斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值和最小值的位置、邊部形狀、邊部缺陷在顯示器3上進行顯示。所有測量數據在用戶指定時間存儲在測量控制柜2中，作為追蹤產品質量的依據。所述的測量數據是指板材4斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值和最小值的位置、 邊部形狀、邊部缺陷。—種板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷測量方法，如圖4所示，包括以下幾個步驟第一步，用戶標定邊部測量裝置1的測量基準面；用戶根據生產線上板材4寬度的最大變化范圍和板材4在生產線上的最大左右擺動范圍設定基準面，對兩套邊部測量裝置1的測量基準面進行標定，得到基準位置；第二步，線激光器102照射被測板材4厚度方向表面，形成垂直方向的激光照射線.
一入 ，兩臺線激光器102照射被測板材4，在被測板材4側面的厚度方向形成兩條平行的激光照射線；當采用1臺或者3、4臺線激光器102時，得到不同條數激光照射線，得到多條時，激光照射線平行；第三步，高清面掃描攝像機101高速拍攝正在運動的被測板材4側面激光照射線的位置變化，將高清面掃描攝像機101拍攝的圖像發送至數據采集板卡103。第四步，數據采集板卡103獲取被測板材4側面激光照射線上每一點的位置，傳輸至測量控制柜2。第五步，測量控制柜2采用光學三角法測量出被測板材4邊部與基準位置的距離值；獲取板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷。本實用新型采用激光三角法具體為如圖5所示，設邊部測量裝置1的測量基準位置為0點，當有板材4通過測量位置時，激光照射在板材上0'點，全高清面掃描攝像機101 拍攝到激光照射光斑位置的變化，智能化的數據采集板卡103采集0'位置信號，經過圖像處理得到0'點的精確位置送測量控制柜2，測量控制柜2經過計算得到板材4測量點偏離基準位置的距離h。設置測量基準面如圖5所示，為經過0點的豎直面，設定基準面時應考慮生產線板材4寬度的最大變化范圍和板材4在生產線上的左右擺動范圍。在板材4兩側對稱安裝的兩套邊部測量裝置1設定的基準面的距離W0要小于最窄板材4的寬度值減去板材4在生產線上的左右擺動的最大范圍。假設在被測板材4同一高度左右對稱位置左側邊部測量裝置1測出的距離為h1; 右側邊部測量裝置1測出的距離為h2，則被測板材4該高度的寬度值為W = hi+Wo+h；,(1)將同一平面內同一時刻測量到的板材4所有厚度(高度)位置的寬度值進行統計分析，可以得到該時刻在測量位置板材的最大寬度值、最小寬度值、平均寬度值以及最大、 最小寬度值的位置，將所有寬度值在顯示器3上以圖像形式顯示，得到板材4在該斷面的形狀。根據板材4生產的速度(從現場速度儀表引入)將連續測量的板材4斷面形狀拼接成圖，得到板材4的邊部形狀。根據分析板材4邊部形狀的變化情況，可以判斷板材邊部是否存在缺陷以及缺陷的大小和形狀。當一塊板材測量完成后，本實用新型還能夠給出整塊板材的平均寬度值、最大寬度值、最小寬度值及所在板材的位置。實施例以某企業的扁鋼生產線為例扁鋼產品的厚度范圍6-150mm、寬度范圍300_800讓、扁鋼最大左右偏移20mm。考慮到測量余量，本實例為該生產線設計的綜合測量儀參數為基準面距離:w0 = 280mm ；每套邊部測量裝置1距離測量范圍300mm ；寬度最大測量范圍為880mm ；全高清面掃描攝像機101的光學中心線與線激光器102的中心線夾角為45°。本實例高清面掃描攝像機101采用1400 X 1024的工業數字攝像機，幀頻60fps，高清面掃描攝像機101的視場范圍是300mm(板材寬度方向)X 180mm(板材厚度方向)，2個線激光器102相距50mm，寬度測量精度0. 5mm。
權利要求1.一種板材測量儀，其特征在于，包括兩套邊部測量裝置、測量控制柜和顯示器；兩套邊部測量裝置分別位于被測的板材兩側對稱設置，邊部測量裝置與板材同高度；每個邊部測量裝置均包括金屬箱體、一臺全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、數據采集板卡和供電電源；全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、數據采集板卡、供電電源均位于金屬箱體內部；供電電源為全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、數據采集板卡供電；金屬箱體靠近板材一側設有三個通光孔，一個通光孔對應全高清面掃描攝像機的成像光路，兩個通光孔分別對應兩個平行的線激光器的出射光路；兩個線激光器在板材的側面垂直于板材安裝，兩個線激光器發射出的兩束線激光照射在板材厚度方向表面，形成兩條垂直于板材的激光照射線；高清面掃描攝像機與線激光器同等高度設置，高清面掃描攝像機的光學中心線與激光器的中心線夾角為30-60度；高清面掃描攝像機高速拍攝正在運動的被測板材側面激光照射線的位置變化，將高清面掃描攝像機拍攝的圖像發送至數據采集板卡；數據采集板卡接收高清面掃描攝像機拍攝的激光照射線的圖像，獲取被測板材側面激光照射線上每一點的位置，將位置信息傳輸至測量控制柜；用戶根據生產線上板材寬度的最大變化范圍和板材在生產線上的最大左右擺動范圍設定基準面；測量時兩套邊部測量裝置中的數據采集板卡分別得到的每一點的位置傳輸至測量控制柜，測量控制柜獲取每一點的位置與基準面的距離，根據被測板材兩側的邊部測量裝置同一時刻測量到的被測板材左右對稱位置點與基準面的距離，經計算得到該位置被測板材的寬度值；將被測板材側面激光照射線上每一點的距離合成圖像，得到被測板材激光照射線位置的側面形狀， 進而得到該測量斷面板材的寬度、邊部形狀、邊部缺陷；當板材向前運動時，連續測量得到板材所有斷面的寬度值和側面形狀并分析出邊部缺陷的程度，進而得到被測板材斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值和最小值的位置，結合測量到的邊部缺陷和邊部形狀進行質量判斷；測量控制柜將得到的板材斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值和最小值的位置、邊部形狀、邊部缺陷在顯示器上進行顯示。
2.根據權利要求1所述的一種板材測量儀，其特征在于，所述的通光孔設有防止煙塵、 水氣污染吹掃裝置。
3.根據權利要求1所述的一種板材測量儀，其特征在于，所述的兩個線激光器相距 20mm-100mmo
專利摘要本實用新型公開了一種板材測量儀，包括兩套邊部測量裝置、測量控制柜和顯示器；兩套邊部測量裝置分別位于被測的板材兩側對稱設置，邊部測量裝置與板材同高度；每個邊部測量裝置均包括金屬箱體、一臺全高清面掃描攝像機、兩個平行的線激光器、數據采集板卡和供電電源；本實用新型采用一臺測量儀解決了板材寬度、邊部形狀、邊部缺陷的綜合測量，采用線激光光源及面陣列攝像機，可以準確測量板材邊部形狀、并根據邊部形狀精確計算板材的寬度及測量時刻被測板材斷面寬度最大值、最小值、平均值、最大值最小值的位置，提高了測量精度。
文檔編號B21B38/00GK202238932SQ20112040038
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者楊溪林, 由菁菁, 胡宇, 趙宏, 邱忠義, 鄒鳳欣 申請人:北京金自天正智能控制股份有限公司