CN1136432C - 一种激光自动测长仪的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种激光测长仪测量方法，包括根据测量的需要选取使用的测量系统数量。将测量接收箱安装于辊道的另一侧。滤光片将背景光滤除后当前有效的接收透镜将钢板散射的光线成像到CCD上。接收到的系统光信号经CCD光电转换后送给后级处理电路。处理电路对信号进行放大、二值化处理。然后送给计算机终端。计算机终端接收到信号后首先判断钢板头部位于那一个测量区，根据信号计算出钢板头部在本测量区的位置。计算机将综合钢板的测量区号和长度位置计算出钢板的长度值。

Description

一种激光自动测长仪的测量方法

本发明涉及一种工业在线测量方法，尤其涉及一种利用激光自动测长仪的测量方法。

现有技术在热轧中厚板的生产过程中应用的长度测量和控制剪切应用的设备和手段主要包括两类：手工划线测量人工对线剪切和定尺小车控制剪切。下面描述了这两种方法的过程和存在的问题。

就手工方式而言，该手工控制剪切的操作过程包括：在长度剪切机前设置一个标尺，标尺上刻有距离剪刃的距离值。被剪切钢板到达后，划线工根据板头形状划出头部剪切线。操作工根据此线剪切钢板的头部。在剪切头部时划线工根据钢板尾部形状和生产需要(定尺或非定尺)将尾部的剪切位置划出。操作工控制钢板到达画出的剪切位置进行剪切。最后完成剪切过程。重复以上各步，进入下一个操作过程。

此方法存在的问题主要包括：长度测量精度差，标尺上的刻度一般100mm一格。而且温度补偿要靠人工根据经验估计，进一步影响测量精度。成材率低，人工划线方式由于误差大，为了保证产品不出现短尺，采用放大钢板的长度余量降低钢板的成材率。生产效率低，由于采用手工划线和普通交流电机，定位速度慢，影向生产效率。工人劳动强度大，环境恶劣。钢板生产时的温度一般在200℃左右，有时高达500℃。

就定尺小车的测量控制方法而言，定尺小车的应用是为了解决钢板生产过程中定尺板生产的低效率、精度差而研制的。此方法的工作方法如附图1所示。图中显示了定位小车的设备现场安装。在生产辊道上方、剪切机1后安装一套定位系统及基础4。其中能够移动的运动小车2是工作部分。小车的定位测量和传动采用光电编码器和齿轮齿条传动3方法。在生产定尺钢板的过程中，剪切长度确定后操作工控制将定位小车2移动。光电编码器测量定位小车的位移。定位小车到需要的长度位置后停止，放下小车挡板。操作工操作辊到6将待剪切钢板5送到挡板位置，钢板装到定位小车后被迫停止。此时钢板达到剪切长度，操作工操作剪刀进行钢板剪切。操作工抬起小车挡板放走剪切完毕钢板。此过程完成钢板的一次剪切过程。重复以上过程即可以剪切下一块钢板。

此方法存在的问题主要在于：运用接触式测量定位方法，设备承受比较大的冲击力，设备容易出现故障。钢板撞击定位小车后有回弹，剪切精度仍难以控制。设备复杂庞大。由于钢板自重在1吨以上，运行之中惯性比较大。为了让钢板停止小车的自重要达到十吨以上、甚至几十吨，在生产线上是个庞然大物。且投资比较大，现场施工量比较大。机械设备的升降速度慢，生产效率低。只能剪切定尺板，对非定尺板不能使用。

本发明的目的在于提供一种新的测量方法，以解决现有技术中存在的问题。本发明提供的方法所要解决的问题主要包括：改接触式测量为非接触式测量方式，提高系统的自动化程度。解决在线生产过程中钢板的长度测量精度问题，提高设备的测量精度。定尺和非定尺钢板同时测量和控制剪切功能。实现辊道自动和手动两种方式连续调速，提高钢板剪切过程中定位速度。减小设备的体积和现场施工量。

本发明提供的激光自动测长方法包括：利用激光自动测长剪切装置，包括激光测长仪、变频控制系统、计算机控制终端等。激光测长仪是系统的检测部分。计算机终端是系统的控制中心。变频调速系统是系统的执行机构。操作工设定生产钢板的长度。计算机根据实时的钢板温度和钢种计算出温度补偿值。置辊道速度最大值，使钢板进入测量区。当被测钢板进入测量控制区域后，激光测长仪实时检测钢板头部距离剪刃的距离即钢板长度，然后将测量的数据实时传送给计算机终端。计算机终端根据设定的剪切长度、红外温度计测量的温度值、设定的长度公差计算出应该剪切的钢板长度，然后根据目前钢板的头部位置和控制数学模型计算出实时的辊道运行速度和给定的频率值，同时通过控制系统控制变频器的运行频率和辊道运行速度。当钢板到达剪切位置时计算机向控制系统发出停止运行的命令，变频器控制系统控制辊道停止运行。计算机发送剪切命令。此过程即完成一个运行周期。

附图1是现有技术的定位小车测控方法示意图。

附图2是本发明的激光自动测长剪切装置工作流程图。

附图3是本发明的激光发射系统示意图。

附图4是本发明的激光测长仪测量方法示意图。

根据本发明的激光测长仪测量方法，如附图3所示，其中激光器7发出激光经过准直光学系统8准直为平行光。扩束光学系统9将平行光扩束为条形光斑，形成测量需要的光束形状。采用条形光束是为了解决钢板在运动过程中跳动引起的测量误差和无法测量。反射光学系统将测量光束照射到被测钢板的头部10形成测量用照射光斑。钢板的头部10将光斑散射。激光测长仪的工作方法是基于三角测量的方法。由于受到CCD器件的单元数限制和光学系统的制约每一个接收系统在保证测量精度的条件下测量范围只能做到3M左右。因此对于测量区域大于3M的测量系统可以采用多个接收系统拼接的方法实现高精度测量。滤光片将背景光滤除后当前有效的接收透镜将钢板散射的光线成像到CCD上。接收到的系统光信号经CCD光电转换后送给后级处理电路。处理电路对信号进行放大、二值化处理。然后送给计算机终端。计算机终端接收到信号后首先判断钢板位于哪一个测量区，根据信号计算出钢板在测量区的位置X。 $X=\frac{l\·Y}{f\·\sin \mathrm{\θ}+Y\·\cos \mathrm{\θ}}$

X-钢板头部位置

L-系统物距

f-光学系统焦距

Y-像点在CCD上的位置

θ系统光轴与测量线的夹角

计算机将综合钢板的测量区号和长度位置X计算出钢板的长度值。长度的计算方法如下： $L=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{n-1}+x$

L-测量长度

L_n-相应测量区的长度

X-测量位置

本测量方法中激光测长仪是系统的核心技术。

本发明与现有技术比较所达到的技术效果主要有：采用激光和CCD测量技术，实现了非接触式测量。设备中去除承受冲击的部件，可以很大程度上提高设备的使用寿命和无故障工作时间。系统的测量精度和控制精度高，测量精度为±5mm，控制剪切精度0-15mm。采用红外测温系统自动计算温度补偿长度值，消除人为因素对测量剪切的影响。应用本系统后钢板剪切对准时间由原来的25秒提高到10秒钟。提高生产效率。定尺和非定尺板具有同样的剪切精度。应用变频调速器作为系统的执行单元提高系统控制精度和速度，减轻工人的劳动强度。同时具有节能的效果。由于长度剪切精度的提高钢板剪切的长度余量由原来的25mm以上减小到15mm以内，每块钢板的节材长度方向上达到10mm。设备小巧、灵活，安装和调试不需要对生产线做大规模的改造工作。由于设备安装于生产线的两侧，设备的检修和维护不影响生产线的正常运行。

以下是本发明的一个实施例，即在中板生产线实现自动剪切加以描述。激光自动测长剪切装置包括激光测长仪、变频控制系统、计算机测量控制终端、操作盘等。激光测长仪是系统的检测部分。计算机终端是系统的控制中心。变频调速系统是系统的执行机构。

激光测长仪自动剪切过程包括：激光自动测长剪切装置包括激光测长仪、变频控制系统、计算机控制终端等。激光测长仪是系统的检测部分。计算机终端是系统的控制中心。变频调速系统是系统的执行机构。操作工设定生产钢板的长度。计算机根据实时的钢板温度和钢种计算出温度补偿值。求出目标剪切长度值。置辊道速度为最大值，使钢板进入测量区。当被测钢板进入测量控制区域后，激光测长仪实时检测钢板头部距离剪刃的距离即钢板长度，然后将测量的数据实时传送给计算机终端。计算机终端根据计算出和目标剪切长度、钢板头的部位置、控制数学模型计算出实时的辊道运行速度和给定的频率值，同时通过控制系统控制变频器的运行频率和辊道运行速度。当钢板到达剪切位置时计算机向控制系统发出停止运行的命令，变频器控制系统控制辊道停止运行。计算机发送剪切命令。此过程即完成一个运行周期。

激光测长仪测量方法包括：将激光器、光学准直系统、扩束光学系统做成发射箱安装于辊道一侧。将反射棱镜光学系统安装在辊道内。激光器7发出激光经过准直光学系统8准直为平行光。扩束光学系统9将平行光扩束为条形光斑，形成测量需要的光束形状。条形光束能够准确捕捉钢板的头部。反射光学系统将测量光束照射到被测钢板的头部10形成测量用照射光斑。钢板的头部10将光能量散射出去。激光测长仪的工作方法是基于三角测量的方法。由于受到CCD器件的单元数限制和光学系统的制约每一个接收系统在保证测量精度的条件下测量范围只能做到3M。因此对于测量区域大于3M的测量系统可以采用多个接收系统拼接的方法实现高精度测量。根据测量的需要选取使用的测量系统数量。数量的选取依据的原则是：(测量长度范围-起始测量长度)/3。将测量接收箱安装于辊道的另一侧。滤光片将背景光滤除后当前有效的接收透镜将钢板散射的光线成像到CCD上。接收到的系统光信号经CCD光电转换后送给后级处理电路。处理电路对信号进行放大、二值化处理。然后送给计算机终端。计算机终端接收到信号后首先判断钢板头部位于那一个测量区，根据信号计算出钢板头部在本测量区的位置X。 $X=\frac{l\·Y}{f\·\sin \mathrm{\θ}+Y\·\cos \mathrm{\θ}}$

X-钢板头部位置

L-系统物距

f-光学系统焦距

Y-像点在CCD上的位置

θ系统光轴与测量线的夹角

计算机将综合钢板的测量区号N和长度位置X计算出钢板的长度值。长度的计算方法如下： $L=\underset{n=0}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{n-1}+x$

L-测量长度

L_n-相应测量区的长度

X-测量位置

N钢板头部所在测量区

Claims (3)

1、一种激光自动测长仪的测量方法，其特征在于：采用的测量设备包括由激光器、光学准直系统和扩束光学系统构成的激光发射箱、反射光学系统、由接收透镜、CCD及其后级处理电路构成的测量接收箱和计算机终端；激光发射箱安装于辊道的一侧；测量接收箱安装于辊道的另一侧，反射光学系统安装在辊道内；

测量时，激光器发出激光经过准直光学系统准直为平行光，扩束光学系统将平行光扩束为条形光斑，反射光学系统将测量光束照射到被测钢板的头部形成测量用照射光斑；接收透镜将来自钢板的散射光线成像到CCD上；接收到的系统光信号经CCD光电转换后送给后级处理电路；处理电路对信号进行放大、二值化处理后将其送到计算机终端；计算机终端收到信号后首先判断钢板头部位于哪一个测量区，根据信号计算出钢板头部在测量区的位置，然后综合钢板的测量区号和长度计算出钢板的长度值。

2、据权利要求1所述的测量方法，其特征在于：测量接收箱为拼接的多个接收系统。

3、据权利要求1或2所述的测量方法，其特征在于：测量接收箱还包括滤光片，来自钢板的散射光线在到达接收透镜之前先经过滤光片，从而将背景光滤除。

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