CN105698689A

CN105698689A - 一种板材外观的扫描图样测量控制方法

Info

Publication number: CN105698689A
Application number: CN201410708184.7A
Authority: CN
Inventors: 杨小东; 周建中; 谢晖奕; 卫福强; 江涛
Original assignee: Beijing New Building Material Group Co Ltd
Current assignee: Beijing New Building Material Group Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-22

Abstract

一种板材外观的扫描图样测量控制方法，用于对板材上进行采样测量与并对获得的测量数据进行处理，包括：对所述板材的同一个采样点或同一组采样点用多台测量仪进行测量从而获得多个测量数据；对同一采样点或同一组采样点测量完成后，再继续测量其他的采样点；对所有的采样点测量完成后，对获得的测量数据进行数据处理，测量点多，测量速度快，效率高。

Description

一种板材外观的扫描图样测量控制方法

技术领域

本申请设计工业自动化领域，尤其是一种板材外观的扫描图样测量控制方法。

背景技术

在石膏板生产过程中，通常采用人工测厚的方法来测量石膏板的厚度。用人工方式测量板厚,存在着测量精度差,测量点少(仅为抽样测量),测量速度慢，对生产控制及产品质量调控不及时等缺点。在现场环境下，若操作不当，还可能存在安全隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供板材外观的扫描图样测量控制方法，用于对板材上的采样点进行测量与对获得的测量数据进行处理，包括：

对所述板材的同一个或同一组采样点用多台测量仪进行测量从而获得多个测量数据；

对同一个或同一组采样点测量完成后，再继续测量其他单个或其他组的采样点；

对所有的采样点测量完成后，对获得的测量数据进行数据处理。

可选地，当所述测量的数据为厚度时，对所述板材的同一个采样点用多台测量仪进行测量从而获得多个测量数据，包括：采用三组激光反射探头连续对所述采样点进行测量，获得3个所述采样点的厚度的数据。

可选地，在获得所述3个厚度数据后，显示3个数据的平均值，最大值、最小值。

可选地，当所述测量数据为宽度时，

对所述板材的同一组采样点用多台测量仪进行测量从而获得多个测量数据；

包括：将两台漫反射式激光测量仪分别安装在位于所述板材的两侧的固定装置上；所述两台测量仪的连线方向垂直于板材行进的方向；

第一激光测量仪对所述板材的第一侧边缘的第一采样点进行测量，获得第一激光仪与所述板材第一测边缘的第一距离；

第二激光测量仪对所述板材的第二侧的边缘的第二采样点进行测量，获得第二激光测量仪与所述板材的第二侧边缘的第二距离；

用已知的两个激光测量仪之间的距离减去第一距离与第二距离得到第一采样点与第二采样点之间的第三距离；

所述第三距离为所述板材的宽度值。

可选地，所述测量数据包括所述板材的宽度值和/或厚度值；

所述对获得的测量数据进行数据处理，包括：将多个采样点采集到的离散的厚度值拟合成厚度曲线或将离散的宽度值拟合成宽度曲线。

可选地，所述对获得的测量数据进行数据处理，包括：将测量数据的测量值与预先保存的标准值作比较，若测量值超出公差范围，显示红色；若测量值在公差允许范围内，显示绿色，所述公差范围是指所述测量值大于或者小于所述标准值的范围。

所述对获得的测量数据进行数据处理之后，还包括：显示测量结果，显示测量数据的变化曲线。

可选地，所述数据处理的过程还包括，当所述测量值超过预先设置的阀值时，触发报警提示，所述阀值为预先设置的所述测量值大于或者小于所述标准值的公差范围的上限或者下限。

激光测厚仪用于石膏板生产线上实时在线连续测量板材厚度的非接触式测量设备。它具有测量准确、安全可靠、接触式测量等人工测量方法无法比拟的优点,并为板材厚度及宽度控制提供了准确的信息,从而提高了生产效率和产品质量,降低了劳动强度。

附图说明

图1为斜射式激光测量仪的测量原理图；

图2为直射式激光测量仪的测量原理图；

图3为CCD硬件框架图；

图4为CCD软件流程图；

图5为整个方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

一种板材外观的扫描图样控制方法，用于对板材上的采样点进行测量与对获得的测量数据进行处理，其特征在于，对所述板材的同一个或同一组采样点进行测量从而获得一个或者多个测量数据；当所述采样点为多个时，多个不同的测量仪器对同一采样点或同一组采样点测量完成后，再继续测量其他的单个或者其他组的采样点，一直到对所有的采样点测量结束，测量完成后对获得的测量数据进行数据处理。

在生产实践中，更多的是石膏板实时连续的测量，板材在生产线上，不停的运行，经过测量设备后，可以采用多个测量设备测量，具体过程为

当某一个采样点经过时，多个测量设备同时对这一个采样点采样，测量其厚度或者宽度值，当多个测量设备对这一个采样点测量结束后，保存测量的数据；然后，板材继续向前运动，下一个采样点到来，不同的采样设备再一次对下一个采样点进行测量，如此，连续进行，当板材运动结束，或者说扫描结束后，完成了对所有采样点的测量，

测量设备将测量的结果发送给数据处理装置，进行数据处理，

可选地，所述数据包括所述板材的宽度值或者厚度值，在所述的数据处理过程中，当所述采样点为多个时，将离散的厚度值拟合成厚度曲线；或者将离散的宽度值拟合成宽度曲线。

系统测厚方式采用三组激光反射探头连续对被测物进行测量，采用直射式、斜射式均可，三点定点测量，三点分布方式可均布也可根据需求调整，同时显示3个点的数据和3条厚度曲线，并显示3点平均值，最大值和最小值。

当所述测量数据为宽度时，

所述第三距离为所述板材的宽度值。

系统测宽方式采取2台漫反射式，将激光测量仪装在板材两侧的固定装置上，与板材非接触，两台激光测量仪分别将激光照射在板材的两侧，激光线中间部分压在边缘上；

从而可以得到激光测量仪到边缘点的距离值，

因为两个激光测量仪或者说两个CCD传感器的距离为已知，用两个传感器之间的距离值减去第一测量仪到板材边缘的第一距离，再减去第二测量仪到板材第二边缘的第二距离，就可以得到石膏板宽度值。

一组采样点包括第一激光测量仪照射在第一边缘上的第一采样点；

第二激光测量仪照射在第二边缘上的第二采样点。

尤其注意的是，第一激光测量仪与第二激光测量仪之间的连线垂直于板材的行进的方向，保证测量的距离为垂直距离，保证计算得到的值为垂直于轴线的距离值，也就是宽度值。

结合图3阐述系统硬件。

可选地，在所述数据处理结束后，显示测量结果，显示测量数据的变化曲线，在所述数据处理的过程中，还包括，将测量数据的测量值与预先保存的标准值作比较，若测量值超出公差范围，显示红色；若测量值在公差允许范围内，显示绿色，所述公差范围是指所述测量值大于或者小于所述标准值的范围。

比如举例说明，可以设置公差范围为正负1毫米，标准值为4毫米，也就是说，当测量值在大于或者等于3毫米到小于或者等于5毫米范围内的时候，测量值在公差允许的范围内，显示装置显示绿色；

当测量值超过了5毫米或者低于3毫米时，说明测量值已经超出了公差的范围，显示装置显示红色。

比如举例说明，阀值，也就是极限值，可以设置公差范围为正负1毫米，比如当标准值为4毫米时，阀值就是3毫米或者5毫米，也就是说，当测量值在大于或者等于3毫米到小于或者等于5毫米范围内的时候，测量值在公差允许的范围内，报警装置不报警；

当测量值超过了5毫米或者低于3毫米时，测量值大于上限5毫米或者低于了下限3毫米，报警装置将报警。

下面结合图1，图2，图3，图4来阐述系统的硬件和软件

激光测厚仪、测宽仪的构造和工作原理

激光测厚仪是伴随着激光技术、CCD(光电转换图像传感器)技术的发展而研制的新一代在线、非接触式测厚仪。该套测厚仪设备主要由两部分组成:一部分是激光的发射接收、信号转换处理、驱动等；另一部分是数据处理,即计算机对采集到的数据信号进行综合处理且输出相关的内容。

激光测量原理

激光测厚仪原理图如图1和图2(图1为斜向入射式，图2为垂直入射式)所示。

图1为斜向入射式测量原理

光源发出的光线经狭缝后，形成一束长亮线投射并和被测表面的法线成α°

方向照射在被测量物体的表面上。具有厚度变化的表面,被长亮线照射后，通过透镜接收来自光点在被测物体表面的散射光和反射光，它们的成像在图像传感器CCD的点也会产生变化。若像点的移动距离为N，被测表面的厚度变化M即为：

M＝Nlsinα

仪器显示的厚度值＝常量+M

其中，1为激光束光轴的交点到接受透镜前主面的距离。

图2为直射式测量原理图

激光器发出的光束垂直投射到被测板材两个表面，形成测量光点。光点上的激光漫反射的能量，经光学系统后，成像在CCD器件上。如果被测物体产生位移或表面高低发生变化，将导致物体表面上的光点沿着激光束的方向产生移动，那么位置探测器件CCD上的像点也会随之移动，通过后续电路处理以及运算就可求出物体的位移。为了保证测量的精度，要求光点所成的像完善聚焦于CCD上，这样就必须满足Scheimpflug条件，成像面、物面、透镜主面必须相交于同一直线。因此要求接受透镜光轴与CCD接受表面之间必须有一夹角β，若像点在CCD上的移动距离为N，被测物体表面移动距离为M。则

M＝lsinβN

仪器显示的厚度值＝常量+M

其中,β为激光束光轴与接受透镜之间的夹角。

垂直入射式和斜向入射式各有优缺点，斜向入射式更适合表面光滑的物体表面，因为其可接受物体表面的反射光，不会由于散射光弱而导致测量信号太小；而垂直入射式适合散射性能好的表面。同垂直入射式相比，斜向入射式传感器测量分辨率更高，但其测量范围较小且体积较大。

系统测厚方式采用三组激光反射探头连续对被测物进行测量，采用垂直入射式、斜向入射式均可，三点定点测量，三点分布方式可均布也可根据需求调整，同时显示3个点的数据和3条厚度曲线，并显示3点平均值，最大值和最小值。

系统测宽方式采取2台直射式，装在板材两边，激光线中间部分压在边缘上；可以得到边缘点的值，以及两个传感器的距离，可以得到石膏板宽度值。

结合图3阐述系统硬件

CCD，英文全称：Charge-coupledDevice，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器,也叫图像控制器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。CCD是一种能够将光信号转换成电信号的光敏器件。CCD接收到光信号后就能把光信号转换成电信号，再送往上位机处理。该部分硬件的整体框架如图3所示。

系统包括系统处理器，与系统处理器相连的总线接口，与总线接口相连的上位机，

CCD驱动电路，CCD运行处理电路，CCD模块、CCD驱动电路CCD运行处理电路

CCD表面接收到经过物体表面和光路系统的光信号后，系统处理器驱动CCD工作，CCD通过光电转换后得到相应的电压值，经过后续电路处理后，送入系统处理器，利用芯片中的ADC将模拟信号转换成数字信号。

ADC为模拟数字转换装置。

通过总线送入上位机中，并在上位机显示结果。

主处理器与上位机通过总线相连，系统总线接口用于连接总线。

结合图4来阐述软件系统

该系统软件部分主要包括固件程序(下位机软件)、通讯程序、计算机程序(上位机软件)三个部分。

固件程序采用模块化控制的设计思想，可分为三个模块:CCD模块的驱动控制、模数转换装置的数据采集以及总线系统数据通信，模块化设计思路清晰、结构简单、可读性强，便于维护和扩展。固件驱动程序流程如图4所示。

步骤包括：开始，系统时钟、中断程序、IO口设置初始化，配置模数转换模块并初始化，定时器初始化、驱动CCD模块运行及触发ADC数据采集，判断采集是否完成，采集完成后将数据通过总线发送至上位机。

在测量过程中,石膏板以一定的线速度通过激光入射点(测量区)时,测量系统以一定的频率在板材上采样，在每一个采样点上，都能得到三个厚度测量值和一组宽度测量值。

上位机内部包括数据拟合单元，用于将测量的数据拟合成曲线，所述数据包括所述板材的宽度值或者厚度值，在所述的数据处理过程中，当所述采样点为多个时，数据拟合单元将离散的厚度值拟合成厚度曲线；或者将离散的宽度值拟合成宽度曲线。

测量结束后，系统将采集到的各测量值的数据,送入计算机进行数据分析处理。送入计算机的每点的测量值，通过级数f(x)＝a₀+a₁x+a₂x²+a₃x³+...方法进行统计、平滑计算后,求出石膏板的各参数指标，再送到输出设备显示屏幕。

操作显示界面中，各探头组测量数据与公差范围进行比较，若测量值超出公差范围，显示红色；若测量值在公差允许范围内，显示绿色。当测量值超过阈值时，触发报警提示。操作界面可显示厚度、宽度变化曲线、公差上下限、测量时间段内最大值、最小值等。

比如当需要知道某一个时间段内的测量的最大值或者最小值，可以参看显示屏，显示屏内可以显示出来在任意一段时间段内的测量值，或者测量的曲线。

板材外观扫描图样系统依托于激光测量技术和CCD技术，根据模块化思想设计系统固件，可以有效替代传统人工测量的非接触式测量设备。它具有测量准确、实时性强，可以辅助石膏板成型系统的成型控制,从而提高了生产效率和产品质量,降低了劳动强度。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种板材外观的扫描图样测量控制方法，其特征在于，用于对板材进行采样测量与对获得的测量数据进行处理，包括：

对所述板材的同一个或者同一组采样点用多台测量仪进行测量从而获得多个测量数据；

对同一个或同一组采样点测量完成后，再继续测量其他单个或者其他组的采样点；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量数据为厚度，对所述板材的同一个采样点用多台测量仪进行测量从而获得多个测量数据，包括：采用三组激光反射探头连续对所述采样点进行测量，获得3个所述采样点的厚度的数据。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在获得所述3个厚度数据后，显示3个数据的平均值，最大值、最小值。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述测量数据为宽度时，

所述第三距离值为所述板材的宽度值。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述测量数据包括所述板材的宽度值和/或厚度值；

所述对获得的测量数据进行数据处理，包括：将多个采样点采集到的离散的厚度值拟合成厚度曲线；和/或将离散的宽度值拟合成宽度曲线。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述对获得的测量数据进行数据处理，包括：将测量数据的测量值与预先保存的标准值作比较，若测量值与标准值的差值超出公差范围，显示红色；若测量值与标准值的差值在公差允许范围内，显示绿色，所述公差范围是指所述测量值大于或者小于所述标准值的范围。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述对获得的测量数据进行数据处理之后，还包括：显示测量结果及测量数据的变化曲线。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述数据处理的过程还包括，当所述测量值超过预先设置的阀值时，触发报警提示，所述阀值为预先设置的所述测量值大于或者小于所述标准值的公差范围的上限或者下限。