CN1103440C - 一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置 - Google Patents

Abstract

一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置，该装置包括有：被测钢板、高稳定度电源、照明装置、光学成象系统、光电探测器、处于电路、信号采集单元、开关、计算机、显示单元、传感器及精粗测量组合开关等，利用光电空间滤频方法在该装置上能测定钢板的整米长度值，小于整米的长度通过测量装置进行多次测量，消除累计误差，提高测量精度。

Description

一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置

(一)技术领域：

本发明为一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置，属于机电一体化光电检测技术。

(二)背景技术：

目前，现有技术如下：

1，钢板测长的现有技术：

(1)滚轮测量法：将与测角装置相连的滚轮和运动的钢板相接触，滚轮受摩擦而转动。由于钢板的运动长度和滚轮的转数转角成正比，通过测量滚轮的转数转角可以测定钢板的长度。这种方法的不足是：滚轮转动时的跳动和打滑以及滚轮外周的磨损会引起测量误差。此外，由于是接触式测量，对高温高速的钢板不适宜。

(2)成象测量法：利用光学镜头将钢板的部分或全部轮廓成象在阵列式光电器件上，利用电视测量的方法可计算出钢板的长度。这种方法的不足是：当钢板下方的传送辊与钢板重叠时钢板的轮廓难以确定通常需要高架设备；测量范围和测量精度有矛盾；高温状态下的轮廓测量有困难。此外成象镜头距离钢板较远，空气中的灰尘和高温气流影响测量结果。

(3)激光多普勒法：将激光束以一定角度投射到钢板表面，运动钢板使激光散射波形成多普勒频移。利用相干测量法可获取光频差，进而计算出钢板的运动速度和长度。该方法以激光波长为基准，虽测量精度较高但对环境条件要求高，灰尘和气流影响测量稳定性和精度。成本高，维护不方便。

2，光电空间滤频现有技术：

(1)利用光电空间滤频方法测长测速的现有技术是车载汽车车速仪。它的技术特点是采用梳状差分式的特种探测器实现光学空间滤频。光学镜头将路面的光学图象成象在探测器上，根据付里叶原理，这个图象的光强分布可看成是由许多不同光强振幅、不同光学空间频率、不同相位的正弦分量叠加而成。特种探测器只采集该图象中与其基准空间频率相匹配的光学分量，称作基波分量。特种探测器只对该基波分量有最大的响应，这种方法称作光学空间滤频。由探测器得到的光电信号是一种调频、调幅的类似正弦信号，信号的频率正比于汽车相对地面运动的速度，信号中所有波数的总数与汽车相对地面运动的位移成正比。利用这种方法可以测量汽车运动的速度和位移。这是一种已公开的技术。

(2)前述方法的不足之处是：测量汽车相对地面运动的位移需要人为地在地面上设置起止点的标志；路面上如有明显的缺欠或疵病会造成光电信号的波形畸变，引起波数计数和位移测量的误差。此外，目前尚无将此项技术用于运动钢板长度在线测量的报导。

本发明的目的是：提供一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置，达到如下目的：

1，克服现有钢板长度在线测量技术的不足，提出一种利用光电空间滤频技术在线测量运动钢板长度；

2，提出一种能适应不同钢板表面光学性质和不同钢板运动速度，具有自动增益控制和自动频率跟踪能力，可得到有最佳信噪比的光电信号的信号处理；

3，克服现有光电空间滤频技术的不足，提出一种补偿因光电信号波形畸变引起的波数计数误差；

4，提出一种能消除测量累计误差，提高钢板测长精度的粗、精测组合测量法；

5，提出一种能提高运动钢板端头进入、退出定位精度的光电开关；

6，提出一种即使在钢板倾斜运动情况下也能正确测量钢板真实长度的倾斜补偿法；

7，设计一种结构简单、工作可靠、维护方便，能适应钢厂生产环境，测量精度高而稳定的一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置。

(三)发明内容：

本发明为一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置，该装置包括有：被测钢板1，沿矢头方向运动，在钢板1上方设置由高稳定度电源2供电的照明装置3，被照亮的钢板1表面由光学成象系统4成象在光电探测器5上，所得到的空间滤频信号经电子前处理电路6连接到信号采集单元7上，当钢板1通过时由端头定位开关8控制采集，进入计算机9中完成数据的演算和补偿，最后由显示单元10输出测长结果，倾斜传感器11测量钢板1的运动倾斜，送给计算机9进行长度修正，精粗测量组合开关12能测定钢板的整米长度值，小于整米的长度通过主测量装置进行多次测量，消除累计误差，提高测量精度。

其中，该方法包括有：

1、空间滤频信号的电子信号处理技术：

(1)信号的自动增益控制处理：不同的钢板或者同一钢板的不同位置的表面结构是不完全相同的，所检测到的空间滤频信号其幅度相差很大，过大的信号引起波形饱和畸变，过小的信号无法测量，都会引起测量误差，为此需要信号的自动增益控制处理；

(2)信号的自动跟踪滤波处理：电子器件和检测电路的噪声和干扰使小信号无法处理，需要进行窄带滤波，但是钢板以不同速度运动时信号的频率随之改变，为了得到最佳的信号噪声比，需要采用信号的自动跟踪滤波处理；

(3)信号的倍频锁相跟踪处理：空间滤频信号的波形是调频、调幅类似正弦信号，为了便于波形计数，同时提高测量灵敏度，本发明采用了信号的锁相倍频跟踪处理，将波形转换成倍频方波；

2、空间滤频信号波形计数误差的补偿技术：由于钢板表面是不均匀的，个别位置有疵病、疤痕、划伤、氧化皮等，造成滤频信号波形的局部畸变，引起波形计数的遗漏或多余，无法进行正确的计数，这种波形畸变是随机的，计数误差的累计造成根本无法进行长度测量，本发明提出了两种波形计数误差的补偿技术；

(1)平均周期补偿技术：在测量过程中，利用计算机将信号波形实时地记录下来，同时实时地确定波形的峰点、中点和谷点的位置，并由这些极点分别组成了三组周期系列，从这些周期图中可以看到正常波形对应的周期是均匀的，畸变波形对应的周期是不均匀的，以一定的域值定义畸变周期值后，将相邻的畸变周期划分为畸变区，这时，在畸变区两侧的周期是均匀的，计算两侧区域的平均周期，再除以畸变区的时间，即可以得到畸变区中所包含的正常波形的波数，这样，在全部周期图中，对正常波形进行正常的波形计数，对畸变区进行补偿计数，就可以得到周期正确的波形计数值，由此可计算出钢板的长度值；

(2)连续周期补偿技术：在钢板运动不均匀的情况下，波形的周期图是不均匀的，这时，可在包含畸变区的较大范围内定义一个计算区，在该区内计算出各周期的拟合曲线，根据这个拟合曲线确定畸变区内波形的周期，可以得到补偿的计数值；

3、钢板端头定位用的光电开关：

为了确定钢板的头尾位置，给出计数空间滤波信号的起停区间，本发明采用了两种形式的定位光电开关：

(1)透射式：在钢板的下方，对着主光路放置两个相距一定距离的光电管，钢板通过时光线被分别阻挡和通光，形成光开关信号，控制空间滤波信号的采集；

(2)反射式：在接受光路的接受面上装置两个相距一定距离的光电管，钢板通过时光线被分别被接受或不接受，形成光开关信号，控制空间滤波信号的采集；

4、钢板位置倾斜的补偿技术：

钢板运动时发生的位置倾斜使垂直长度的测量变成倾斜长度的测量，造成测量误差，为此提出的补偿措施是：在垂直于钢板的长度方向，在测头装置的两侧，装置两个光电管，钢板通过时，倾斜运动使两个光电管通断光形成时间差，相应于倾斜的大小，可以利用作为钢板倾斜的补偿依据：

5、消除累计误差的精粗组合测长技术：

空间滤频波形的计数可能产生计数误差，对于较长的钢板这个累计误差可能很大，必须消除，本发明提出一种精粗组合测长技术：在沿钢板运动方向距测头中心整数米的位置按需要设置光电开关，当钢板的端头进入到主测头瞬间，判断诸光电开关的状态能测定钢板的整米数，小于一米的长度利用主测头测量，这种方法在钢板长度大于10米以上时采用。

本发明具有以下的优点和积极效果：

1、发明的优点：

(1)是无接触、全自动的在线测量；

(2)测量精度高，测量范围不限(能测量任意长度的钢板)；

(3)无摩擦磨损，长期工作可靠、耐用，工作寿命长；

(4)装置结构精巧，辅助机构少，安装维修方便；

(5)工作空间小，测长范围大，测量能力强；

(6)环境要求低，适合恶劣环境的轧钢生产线上工作。

2、本发明的积极效果：

随着钢铁工业生产向集约化方向发展，对产品的质量检验愈来愈严格。钢板成品的长度测量是一个重要的项目，本发明提出的测长方法和系统是解决这个问题的有效手段。这一系统的推广应用对完善钢铁生产的自动化水平；提高成品的成材率、合格率；提高企业的市场竞争能力，必将产生良好的经济和社会效应。

(四)附图说明：

图1系统技术方案示意图。

图中标号如下：

1  钢板                2  电源              3  照明装置

4  光学成象系统        5  光学探测器        6  电路

7  信号采集单元        8  开关              9  计算机

10 显示单元            11 传感器            12  开关

(五)具体实施方式：

请参阅图1所示，其中被测钢板1，沿矢头方向运动，在钢板1上方设置由高稳定度电源2供电的照明装置3，被照亮的钢板1表面由光学成象系统4成象在光电探测器5上，所得到的空间滤频信号经电子前处理电路6连接到信号采集单元7上，当钢板1通过时由端头定位开关8控制采集，进入计算机9中完成数据的演算和补偿，最后由显示单元10输出测长结果，倾斜传感器11测量钢板1的运动倾斜，送给计算机9进行长度修正，精粗测量组合开关12能测定钢板的整米长度值，小于整米的长度通过主测量装置进行多次测量，消除累计误差，提高测量精度。

在工厂相继完成了三次生产线上的试验，取得了理想的结果，测长精度达到万分之零点五到千分之一的水平。

Claims (1)

1、一种采用光电空间滤频的钢板长度在线测量装置，其特征在于：该装置包括有：被测钢板(1)，沿矢头方向运动，在钢板(1)上方设置由高稳定度电源(2)供电的照明装置(3)，被照亮的钢板(1)表面由光学成象系统(4)成象在光电探测器(5)上，所得到的空间滤频信号经电子前处理电路(6)连接到信号采集单元(7)上，当钢板(1)通过时由端头定位开关(8)控制采集，进入计算机(9)中完成数据的演算和补偿，最后由显示单元(10)输出测长结果，倾斜传感器(11)测量钢板(1)的运动倾斜，送给计算机(9)进行长度修正，精粗测量组合开关(12)能测定钢板的整米长度值，小于整米的长度通过主测量装置进行多次测量，消除累计误差，提高测量精度。

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