CN1161194C - 一种直线型激光板形检测装置 - Google Patents
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Abstract
一种直线型激光板形检测装置，适用于钢铁企业的冷轧、热轧及矫直精整工序的板带平直度的在线测量。该装置是由带钢(1)、支撑辊(2)、工作辊(3)、纵向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构(6)、摄像头支撑架及位置调控机构(8)，数个面阵CCD摄像头及滤光片(9)、计算机处理系统(10)组成。其特征在于该装置安装了纵向直线型半导体激光发生器(7)、横向直线型半导体激光发生器(5)及横向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构(4)。通过纵向及横向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构可以调节照射到板带上的激光光线之间的距离及激光光线倾斜角度。该装置结构简单，便于制造、维护和操作，费用低，而且可以得到带钢表面任何位置的三维板形信息，有效地避免由于带钢的振动而引起的测量误差，不损伤带钢表面。
Description
技术领域：
本发明属于板形轧制过程中的检测技术，适用于钢铁企业的冷轧、热轧及矫直、精整工序的板带平直度的在线测量。
背景技术：
带钢板形的控制成为世界各国研究的重点。实现板形自动控制的关键是能否实现板形的在线自动检测，因为只有向板形控制系统提供准确而可靠的板形信息，控制系统才能向板形调节执行机构发出正确的调控指令。板形检测装置可分为接触式和非接触式两种。目前，国内外常用的板形检测技术有：分割辊式张力检测技术，激光三角法检测技术，莫尔法检测技术。
分割辊式测张力板形仪是一种接触式板形检测装置，检测原理为通过测量带钢对分割辊子压力沿带钢宽度方向的分布，求出带钢内部张应力沿宽度方向的分布，推算出带钢纵向纤维条的相对延伸率分布，从而得到板形平直度的信息。分割辊式测张力板形仪适合于冷轧的薄带钢板形检测，不适于中厚板的板形检测。另外，由于这种检测方式属于接触式检测，容易磨损带钢表面，且结构复杂，成本高。
从近些年来板形检测装置的发展来看，非接触式板形检测装置逐渐占主导地位。这主要是由于非接触式板形仪具有结构简单、无损带钢表面、易于维护、价格低等优点。典型的非接触式板形检测装置有：激光三角法，莫尔法。
激光三角法的实质是用激光检测位移。最早用于热轧带钢的平直度测量。其原理为：沿带钢宽度方向设置3台以上激光位移传感器，由激光位移传感器测量带钢因浪形而上下跳动的位移量，推算出沿带钢宽度方向不同点的纵向纤维长度，从而得到板形信息。由于这种平直度测量方法简单，响应速度快，结构简单，在线数据处理容易实现，直到现在仍然广泛应用于板形测量领域。但是激光三角法无法避免由于带钢振动而引起的测量误差。这种误差有时甚至会使测量结果与真实板形情况完全相反。为板形控制系统提供完全错误的信息。并且由于这种测量方法属于离散点测量，提供的板形信息有限。
莫尔法的测量原理为：从点光源发出的照明光把格栅投射到被测带钢上，随着带钢形状的变化，在带钢表面形成的格栅影像会变形为不同的“变形格栅”。如果从另一点通过格栅去观察“变形格栅”，就可看到两块光栅重叠形成的莫尔条纹等高线。由于变形格栅包含着被测带钢形状的三维信息，因此，莫尔等高线反映被测带钢的三维形状。莫尔法属于三维形状测量方法，可以实时测量带钢的真实形状，从而可以实时得到板形信息。通过适当的数据处理可以克服带钢跳动对平直度的影响。然而采用格栅照射法测量带钢板形时，需要一大型的耐热格栅。在实际测量中，大型格栅的加工、耐热、变形，以及靠近被测热轧带钢安装等，都妨碍了测量系统的可靠性。
本发明目的在于提供一种结构简单，能准确测量带钢的平直度的非接触式板形检测装置。
发明内容：
一种直线型激光板形检测装置，该装置是由带钢1、支撑辊2、工作辊3、计算机处理系统10组成，其特征在于该装置设置了横向激光位置角度调控机构4、横向直线型激光器5、纵向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构6、纵向直线型激光器7、摄像头支撑架及位置调控机构8，1～20个面阵CCD摄像头及滤光片9、利用横向激光位置角度调控机构4调节1～20横向直线型激光器5，使激光线均匀分布于整个板带表面，倾斜角度为15°～75°，照射到板带上的激光光线之间的距离20mm～1000mm；利用纵向激光位置角度调控机构6调节1～20同样的直线型激光器7，使之沿板带轧制方向等距离倾斜照射出多条纵向激光线，倾斜角度为15°～75°，激光光线之间的距离20mm～1000mm；对于带宽小于300mm的窄带，在纵横激光交线的上方放置一个CCD摄像机，摄取包含纵横激光线的板带图像；对于宽板或宽带，沿板带纵横两向，在纵横激光交线的上方阵列放置多个CCD摄像机，将每个摄像机摄取的包含激光线的板带图像拼合为一幅大的图像。
使用的板形检测装置摄取包含纵横激光线的板带图像，利用数字图象处理技术提取图像中的激光线形，将所提取的激光线形还原为空间曲线，将空间曲线拟合为三维板形曲面，根据板形曲面求出沿板宽方向的板形曲线。本发明的结构原理如图1所示：点式半导体激光发生器经过柱镜扩束，形成直线型激光。使用这样的1～20个直线型激光器7，通过纵向激光位置角度调控机构6，使直线型激光器沿板带纵向(轧制方向)等距离倾斜照射。倾斜角度为15°～75°。照射到板带上的激光光线之间的距离20mm～5000mm。使用1～20个同样的直线型激光器5，通过横向激光位置角度调控机构4，使之沿板带横向倾斜照射板带的中部、边部和1/4边部等重要部位。沿板带的横向，在纵、横向激光线交点的正上方放置1～20个面阵CCD摄像头，通过摄像头的位置调控机构8使之分别位于板带的中部、边部和1/4边部。在每个CCD摄像头前安装滤光片，以滤除杂质光源(如热轧板带时近红外光)。如果板带表面是平坦的，则投射到板带上的纵、横两向激光线反映在CCD中均是直线，若板带表面有浪形，则投射到板带上的纵、横两向的激光线反映到CCD中时均为曲线。纵向和横向曲线结合可得到板带挠曲变形的三维信息。将每个CCD摄取的包含激光线的图像进行拼合，形成一幅板带横向的完整图像，然后对图像进行图像处理，提取图像中的特征曲线，分析特征曲线，最终得到板形平直度信息。或者对每幅CCD图像分别进行处理分析，处理每幅图像中的特征曲线，最后进行综合分析，得到板形的平直度信息。
计算机控制系统工作过程如图2所示。向计算机输入纵、横两向激光器入射角及位置信息，计算机通过步进电机控制卡，控制纵、横两向激光器及CCD摄像头运动到指定位置。CCD摄像头摄取板形图像信息，经过图像采集卡进入计算机进行处理得到板形信息。将板形信息传送至板型控制系统的计算机来完成板形控制任务。
本发明结构简单，便于制造、维护和操作，费用低，可用于各种板带(热轧、冷轧的薄、中、厚板)的板形检测；而且由于是采用横向连续点测量，因此可以得到带钢表面任何位置的三维板形信息，可以有效的避免由于带钢的振动而引起的测量误差，且不损伤带钢表面。
附图说明：
图1为直线型激光板型测量装置结构原理图。
图2为计算机控制系统及数据处理示意图。
具体实施方式：
实施例1.由带钢1、支撑辊2、工作辊3、横向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构4、3个横向直线型半导体激光发生器5，纵向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构6、3个纵向直线型半导体激光发生器7、摄像头支撑架及位置调控机构8，5个面阵CCD摄像头及滤光片9、计算机处理系统10组成，直线型激光板型测量装置，激光光线之间的距离采用等距离照射，距离是100mm，激光光线倾斜角度是35°。
实施例2.由带钢1、支撑辊2、工作辊3、横向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构4、5个横向直线型半导体激光发生器5，纵向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构6、5个纵向直线型半导体激光发生器7、摄像头支撑架及位置调控机构8，5个面阵CCD摄像头及滤光片9、计算机处理系统10组成，直线型激光板型测量装置，激光光线之间的距离采用等距离照射，距离是50mm，激光光线倾斜角度是45°。
实施例3.由带钢1、支撑辊2、工作辊3、横向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构4、7个横向直线型半导体激光发生器5，纵向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构6、7个纵向直线型半导体激光发生器7、摄像头支撑架及位置调控机构8，8个面阵CCD摄像头及滤光片9、计算机处理系统10组成，直线型激光板型测量装置，激光光线之间的距离采用等距离照射，距离是30mm，激光光线倾斜角度是40°。
Claims (2)
1.一种直线型激光板形检测装置，该装置是由带钢(1)、支撑辊(2)、工作辊(3)、计算机处理系统(10)组成，其特征在于该装置安装了横向激光位置角度调控机构(4)、横向直线型激光器(5)、纵向激光器支撑架及激光器位置角度调控机构(6)、纵向直线型激光器(7)、摄像头支撑架及位置调控机构(8)，1～20个面阵CCD摄像头及滤光片(9)、利用横向激光位置角度调控机构(4)调节1～20横向直线型激光器(5)，使激光线均匀分布于整个板带表面，倾斜角度为15°～75°，照射到板带上的激光光线之间的距离20mm～1000mm；利用纵向激光位置角度调控机构(6)调节1～20同样的直线型激光器(7)，使之沿板带轧制方向倾斜照射出多条纵向激光线，倾斜角度为15°～75°，激光光线之间的距离20mm～1000mm；对于带宽小于300mm的窄带，在纵横激光交线的上方放置一个CCD摄像机，摄取包含纵横激光线的板带图像；对于宽板或宽带，沿板带纵横两向，在纵横激光交线的上方阵列放置多个CCD摄像机，将每个摄像机摄取的包含激光线的板带图像拼合为一幅大的图像。
2.如权利要求1所述的板形检测装置，其特征在于使用的板形检测装置摄取包含纵横激光线的板带图像，利用数字图象处理技术提取图像中的激光线形，将所提取的激光线形还原为空间曲线，将空间曲线拟合为三维板形曲面，根据板形曲面求出沿板宽方向的板形曲线。
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