CN1047921A - 光电在线测宽仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了由CCD线阵图象传感器、光学系统、微机采集处理、大屏幕显示、打印、外壳及电子线路部分组成的光电在线测宽仪，它具有独特的积分自动曝光量控制装置和双边自适应阈值跟随装置，特别适合于热轧带钢的在线测试，其精度优于1毫米，对带钢的宽度变化有较高的跟踪精度和较快的响应时间。
Description
本发明涉及一种利用CCD线阵图象传感器探测生产过程中物体宽度的装置。
在生产过程中，长期以来一直沿用的是对离线样品多点宽度卡尺实测的方法，其不能保证产品质量，而且劳动强度大，工人们迫切需要一种新的检测方法，来替代人工操作。
为解决这个问题，近年来发展了CCD测宽仪，但由于物体在作高速运动，要精密测量物体的几何量很困难，一般还是采用离线抽样检查办法，利用这种方法，不能进行在线测量和实时控制，因而对保证产品质量还是有一定的困难。
本发明的目的是提供一种改进的光电在线测宽仪，它不但能随时进行测量和修正轧制参数，而且能够有效地克服一般测量仪由于目标发出的辐射或照明光强度变化引起的误差，从而获得高质量的产品。
先对本发明的附图作一些说明：
图1是本发明的光电在线测宽仪的工作框图。图中，1为CCD线阵摄像机，2为CCD驱动板，3为一号放大器，4为低通滤波器，5为模拟比较器，6、7分别为前沿和后沿阈值采样保持器，8为选择开关，9为二号放大器，10为固定阈值和自动阈值切换电路，11为三号放大器，12、14分别为前沿和后沿触发电路，13、15为数字存储器，16为时序及计数电路，17、18分别为前沿和后沿采样脉冲发生器，19为数字比较器，20为计算机并行接口，21为计算机，22为控制电路，23为曝光量采样脉冲发生器，24为加法器/选择器，25为曝光量采样保持电路，26为积分器，27为曝光范围调节电路，28为电压-电流变换器，29为曝光量控制器。
图2是本光电在线测宽仪的外形示意图，图中示出了安装有光学系统和CCD线阵图像传感器的测宽仪头部30、线路箱31、显示装置32和打印装置33。
本发明的目的是这样来实现的：
由CCD线阵摄像机1接收被测物体的信号串接CCD驱动电路2、放大器3、低通滤波器4得到被测物体在宽度方向的视频信号。同时在CCD驱动电路2的输出端设置了前沿阈值采样保持电路6和后沿采样保持电路7，分别对前沿和后沿的峰值采样，作为测宽仪的阈值。前沿和后沿的采样时间长短由前沿采样脉冲发生器17和后沿采样脉冲发生器18来控制。当视频信号前沿刚结束达到平顶时，对视频信号采样作为前沿阈值，而在视频信号即将离开平顶开始下降时，对视频信号采样作为后沿阈值。当一帧视频信号开始时，选择开关8将前沿阈值采样保持电路6的信号送到放大器9通过串接的固定阈值和自动阈值切换电路10后再送到放大器11放大后作为前沿的阈值，与低通滤波器4输出的视频信号在比较器5中比较，确定视频信号的前沿位置，在前沿位置确定后，选择开关8自动转到后沿阈值采样电路7的输出，为确定后沿位置作准备;当低通滤波器4输出的视频信号达到后沿位置时，通过它与后沿阈值比较确定后沿位置;比较器5输出的脉冲信号分别通过前沿触发电路12和后沿触发电路14触发将前沿和后沿发生的时间锁存在数字存储器13、15中，然后送到计算机21将前后沿采样时间通过并行接口20送到数字比较器19，它和时序电路16送来的时序信号比较，产生前沿和后沿采样脉冲分别送到前沿采样脉冲发生电路17和后沿采样脉冲发生电路18，产生具有一定宽度的前沿和后沿采样脉冲。时序电路16的时序信号还锁至数字存储器13和15;固定阈值和自动阈值切换电路10在开机时置于阈值，在检测到被测物体并输出一帧信号后转到自动阈值，亦可由操作人员置于固定阈值。视频信号前沿和后沿出现饱和时往往使视频信号失真，引起前沿和后沿位置测量不准。为了避免前沿和后沿出现饱和，对前沿和后沿阈值采样保持电路6和7的输出送到加法器/选择器24处理，其输出为前沿阈值和后沿阈值之和或前沿阈值和后沿阈值中最大的一个信号。曝光量采样保持电路25对加法器/选择器24的输出进行采样，采样时间由曝光量采样脉冲发生器23来控制;电路25的输出通过积分器26积分，送到曝光范围调节电路27，然后串接电压电流变换器28和曝光量控制电路29组成的压控振荡器控制CCD摄像机的曝光量，使视频信号的前沿和后沿不出现饱和失真，并能保持足够幅度和信噪比的视频信号，提高了测量精度，控制单元22分别控制选择开关8、固定和自控阈值切换电路10、曝光量采样脉冲发生器23、加法器/选择器24电路的工作。
本发明的发明人推荐如下实施例：
采用折反式光学系统，系统焦距500毫米，口径110毫米。
CCD线阵图象传感器输出的两路模拟信号，经暗电平补偿，两路合并，然后经过阈值比较器输出与物体宽度对应的方波脉冲，并将与物体两个边缘对应的计算值（即CCD象元号）锁入寄存器，由单片机定时读出并处理。阈值跟随电路是当钢带温度变化，自动调整阈值电平，使其始终正确对准物体边缘区对应的位置。考虑到热轧板材温度变化较大，设置了专门的积分自动曝光量控制装置和专门的双边自适应阈值跟随装置，使信号的峰值电平始终箝在某一电平。
积分自动曝光量控制装置是这样组成的，由前沿和后沿阈值采样保持器6和7的输出送到加法器/选择器24处理，其输出为前沿阈值和后沿阈值之和或前沿阈值和后沿阈值中最大的一个信号，然后送到曝光量采样保持电路25，曝光量采样保持电路25对加法器/选择器24的输出进行采样，采样时间由曝光量采样脉冲发生器23来控制，曝光量采样保持电路25的输出通过积分器26积分，送往曝光范围调节电路27，然后由电压电流变换器28和曝光量控制电路29组成压控振荡器控制CCD摄像机的曝光量。
双边自适应阈值跟随装置是这样组成的，当一帧视频信号开始时，选择开关8将前沿阈值采样保持电路6的信号送到放大器9通过串接的固定阈值和自动阈值切换电路10后，再送到放大器11放大后作为前沿的阈值，与低通滤波器4输出的视频信号在比较器5中比较，确定试频信号的前沿位置。在前沿位置确定后，选择开关8自动转动后沿阈值采样电路7的输出，为确定后沿位置作准备;比较器5输出的脉冲信号分别通过前沿触发电路12和后沿触发电路14触发前沿采样脉冲发生器17和后沿采样脉冲发生器18，即将前沿和后沿发生的时间锁存在数字存储器13、15中。然后送到计算机21处理计算出宽度和前后沿采样时间，在由计算机21将前后采样时间通过并行接口20送到数字比较器19和时序电路16送来的时序信号比较，产生前、后沿采样脉冲，分别触发前沿采样脉冲发生电路17和后沿采样脉冲发生电路18。
由本发明的发明人安装的样机，经实地使用，其性能满足以下指标：
1.测量宽度：135-300毫米
2.测量误差：实验室静态测量：小于±0.5毫米
现场在线测量：小于±1.0毫米
3.带钢温度：900-1500摄氏度
4.带钢速度：2.3-2.7米/秒
5.仪器分辨率：0.2毫米
6.稳定性：24小时内漂移小于0.2毫米（实验室）
7.温度漂移：小于±0.01毫米/摄氏度
8.工作环境温度：10-50摄氏度
本发明有如下积极效果：
光电在线测宽仪采用了先进的被动式测量方法，解决了以往主动式测宽仪器照明光原寿命短，安装不便，难以适应轧钢车间恶劣环境等弊病。并采用独特的电路设计及高速实时处理方法，解决了带钢表面氧化铁皮、水珠等因素干扰。该测宽仪并采用了较好的隔热、防震、防尘结构，在仪器安装设计上有符合老厂改造使用新技术的特点。该测宽仪在线精度优于1毫米，对带钢宽度的变化有较高的跟踪精度与较快的响应时间，可作为计算机轧制线全线闭环控制中一个关键前馈检测仪，可在冶金行业中大力推广。
Claims (4)
1、由CCD线阵图像传感器、光学系统、微机采集处理、大屏幕显示、打印装置、外壳及电子线路部分组成的光电在线测宽仪，其特征在于：
由CCD线阵摄像机1接收被测物体的信号，串接CCD驱动电路2、放大器3低通滤波器4得到被测物体在宽度方向的视频电信号，同时在CCD驱动电路2的输出端设置了前沿阈值采样保持电路6和后沿采样保持电路7，分别对前沿和后沿峰值采样，作为测宽仪的阈值：前沿和后沿的采样时间长短由前沿采样脉冲发生器17和后沿采样脉冲发生器18来控制；当一帧视频信号开始时，选择开关8将前沿阈值采样保持电路6的信号送到放大器9，通过串接固定阈值和自动阈值切换电路10后再送到放大器11放大后作为前沿的阈值，与低通滤波器4输出的视频信号在比较器5中比较，确定视频信号的前沿位置；在前沿位置确定后，选择开关8自动转到后沿阈值采样电路7的输出，为确定后沿位置作准备；当低通滤波器4输出的视频信号达到后沿位置时，通过它与后沿阈值比较确定后沿位置；比较器5输出的前沿脉冲信号和后沿脉冲信号分别通过前沿触发电路12和后沿触发电路14，将前沿和后沿发生的时间锁存的数字存储器13、15中，然后送到计算机21处理计算出宽度和前后沿采样时间；再由计算机21将前后沿采样时间通过并行接口20送到数字比较器19和时序路16送来的时序信号比较，产生前沿和后沿采样脉冲分别送到前沿采样脉冲发生电路17和后沿采样脉冲发生电路18，产生具有一定宽度的前沿和后沿采样脉冲：时序电路16的时序信号还馈至数字存储器13和15；前沿和后沿阈值采样保持器6和7的输出送到加法器/选择器24处理，其输出为前沿阈值和后沿阈值之和或前沿阈值和后沿阈值中最大的一个信号；曝光量采样保持电路25对加法器/选择器24的输出进行采样，采样时间由曝光量采样脉冲发生器23来控制：曝光量采样保持电路25的输出通过积分器26积分，送到曝光范围调节电路27，然后串接电压电流变换器28和曝光量控制电路29组成的压控振荡器控制CCD摄像机的曝光量；控制单元22分别控制选择开关8、固定和自控阈值切换电路10、曝光量采样脉冲发生器23、加法器/选择器24电路的工作。
2、根据权利要求1所述的测宽仪，其特征在于具有专门的积分自动曝光量控制装置，它是由前沿和后沿阈值采样保持器6和7的输出送到加法器/选择器24处理，其输出为前沿阈值和后沿阈值之和或前沿阈值和后沿阈值中最大的一个信号，然后送到曝光量采样保持电路25，曝光量采样保持电路25对加法器/选择器24的输出进行采样，采样时间由曝光量采样脉冲发生器23来控制，曝光量采样保持电路25的输出通过积分器26积分，送往曝光范围调节电路27，然后由电压电流变换器28和曝光量控制电路29组成的压控振荡器控制CCD摄像机的曝光量所组成。
3、根据权利要求1所述的测宽仪，其特征在于具有专门的双边自适应阈值跟随装置，它是这样具体组成的：
当一帧视频信号开始时，选择开关8将前沿阈值采样保持电路6的信号送到放大器9通过串接的固定阈值和自动阈值切换电路10后再送到放大器11放大后作为前沿的阈值，与低通滤波器4输出的视频信号在比较器5中比较，确定视频信号的前沿位置;在前沿位置确定后，选择开关8自动转到后沿阈值采样电路7的输出，为确定后沿位置作准备;比较器5输出的脉冲信号分别通过前沿触发电路12和后沿触发电路14，将前沿和后沿发生的时间锁存在数字存储器13、15中，然后送到计算机21处理计算出宽度和前后沿采样时间，再由计算机21将前后沿采样时间通过并行接口20送到数字比较器19和时序电路16送来的时序信号比较，产生前后沿采样脉冲，分别触发前沿采样脉冲发生电路17和后沿采样脉冲发生电路18。
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1990
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