CN116558431B - 一种棒材测径装置及其测径方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种棒材测径装置及其测径方法，其中测径装置包括平行光源和与之相对的两个反射镜；反射镜为折弯结构具有两个反射面，能够将平行光源发射的光束分两路反射出去；每个反射路径上均设有聚光透镜和光传感器，所述聚光透镜将反射出的光束汇聚射入光传感器，每个光传感器对应一个反射面，用于感测对应的反射光强度。本发明基于待测物遮挡平行光束导致后方感光器件测得的光强度发生变化这一原理，通过测量光强度换算得到对应的棒材外径。并在此基础上，进一步利用两个直角反射镜分出四路反射光线，通过测量四路反射光线的光强度计算待测棒材外径，能够有效规避棒材振动倾斜所所造成的测量误差影响。
Description
技术领域
本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种棒材测径装置及其测径方法。
背景技术
激光测径技术是一种利用激光测量棒材、线材或管材外径的非接触式测量技术，其中激光扫描测径和CCD投影测径是目前较为传统的外径测量方法。激光扫描测径是在一侧利用不断旋转的扫描棱镜将激光器射出的激光以至另一侧，并在另一侧由透镜聚焦后被光电传感器接收；当扫描路径上存在棒材等待测物时，激光束被待测物遮挡时，光电传感器上输出低电平，反之未受遮挡时输出高电平；根据低电平的扫描时间并通过扫描棱镜的旋转速度可计算出待测物外径。然而由于实际中激光扫描速度不恒定，因此计算出的外径精度受扫描速度变化影响。与之相对的，CCD投影测径则是利用平行光束照射待测物，通过感测待测物后方阴影大小测得外径；但此种测量方法的量程又严格受到CCD尺寸限制。
同时上述两种主流的测量方法均要求棒材及类似的待测物严格垂直于测量方向。然而实际钢铁企业的棒材产线环境较为恶劣，受振动影响会存在棒材倾斜情况，影响测量的准确度。针对此情况，有通过八轴等多轴测量方式来对棒材整个圆周面进行全方位测量，以此消除棒材抖动影响。但是简单地增加测量的方位数量，势必要成倍数地增加元器件数量，器材成本负担较重，难以得到推广普及。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种棒材测径装置及其测径方法，用以解决棒材外径测量问题，消除棒材抖动倾斜影响。
本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。
一种测径装置，测量通道一侧设有平行光源，另一侧设有两个反射镜；所述反射镜为折弯结构具有两个反射面，能够将平行光源发射的光束分两路反射出去；每个反射路径上均设有聚光透镜和光传感器，所述聚光透镜将反射出的光束汇聚射入光传感器，每个光传感器对应一个反射面，用于感测对应的反射光强度。
进一步地，所述反射镜为直角折弯结构，上下两个反射面相对水平面对称，所述聚光透镜及光传感器设置在反射镜的上侧和下侧。
进一步地，所述的两反射镜对称设置，两者之间留有间隙。
一种基于上述测径装置的测径方法：待测物置于测量通道内遮挡反射镜，反射光强度受反射面遮挡高度的不同而改变，基于反射光强度与遮挡高度之间的对应关系，根据四个光传感器的测量值分别得到四个反射面的遮挡高度，根据四个遮挡高度计算得到待测物外径。
进一步地，待测物外径d为：
或/>
其中b11、b12、b21、b22分别为四个反射面的遮挡高度，a为两个反射镜的中心间距。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种棒材测径装置及其测径方法，基于待测物遮挡平行光束导致后方感光器件测得的光强度发生变化这一原理，通过测量光强度换算得到对应的棒材外径。并在此基础上，进一步利用两个直角反射镜分出四路反射光线，通过测量四路反射光线的光强度计算待测棒材外径，能够有效规避棒材振动倾斜所所造成的测量误差影响。
附图说明
图1为本发明棒材测径装置的结构示意图；
图2为本发明棒材测径装置无待测物时的光路示意图；
图3为本发明棒材测径装置有待测物时的光路示意图；
图4为本发明光斑受待测物遮挡情况的示意图；
图5为待测物倾斜时的光斑示意图。
附图标记：1-平行光源； 2-反射镜； 3-聚光透镜；4-光传感器；5-待测物。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所示实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相通或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示的棒材测径装置，包括一个平行光源1、两个反射镜2、四个聚光透镜3和四个光传感器4。平行光源1用于产生平行光束。反射镜2为直角折弯结构，分为上下两个反射面，上下两反射面相对水平面对称。两反射镜2设置在于平行光源1相对的一侧，两反射镜2之间空有一定间距。反射镜2凸起一侧朝向平行光源1，从而将平行光源1射来的光束分为两束，分别向上和向下反射。每个反射镜2上下两侧均设有聚光透镜3和光传感器4；聚光透镜3用于将反射镜2反射出的光束汇聚后射入光传感器4，光传感器4用于感测反射光的强度，四个光传感器4分别对应两反射镜2所形成的四个反射面。
如图2~3所示，平行光源1与反射镜2之间留有测量通道，用以供待测物5穿过；当待测物5通过时，将同时对两反射镜2的四个反射面造成部分遮挡，从而使得四个光传感器4感测到的光强度发生变化。由于反射面受遮挡部分的宽度始终恒定，因此反射光强度只与遮挡部分的高度相关；因此对于每个光传感器4而言，通过拟合光强度测量值与对应的反射面遮挡高度之间的关系，可以得出光强度与遮挡高度之间的关系表达式；也即通过光传感器4测量光强度可以间接换算得到对应的遮挡高度。
如图4所示，分别设四个光传感器4的高度测量值为b11、b12、b21、b22，理论上待测物5棒材垂直于测量方向，b11=b21、b12=b22。那么棒材外径d等于左右任一对的上下两光传感器4的高度测量值相加之和（d=b11+b12或d=b21+b22）。
如图5所示，当待测物5棒材倾斜时，b11≠b21、b12≠b22。而此时棒材外径d可通过基本的几何运算得出。以下示例性地给出一种计算方法：设两反射镜2的中心间距为a，则棒材倾斜角度α满足：
从而棒材外径d等于：
上述表达式可写为：
或
待测物5棒材垂直于测量方向也可以视为图5所示的一种特殊情形，即斜角度α=0°；同样可以套用公式进行计算。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变形均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种测径装置，其特征在于：测量通道一侧设有平行光源（1），另一侧设有两个反射镜（2）；所述反射镜（2）为折弯结构具有两个反射面，能够将平行光源（1）发射的光束分两路反射出去；每个反射路径上均设有聚光透镜（3）和光传感器（4），所述聚光透镜（3）将反射出的光束汇聚射入光传感器（4），每个光传感器（4）对应一个反射面，用于感测对应的反射光强度；测径时，待测物置于测量通道内遮挡反射镜（2），反射光强度受反射面遮挡高度的不同而改变，基于反射光强度与遮挡高度之间的对应关系，根据四个光传感器（4）测得的反射光强度换算出对应的四个遮挡高度，并由四个遮挡高度计算出待测物外径；
所述反射镜（2）为直角折弯结构，上下两个反射面相对水平面对称，所述聚光透镜（3）及光传感器（4）设置在反射镜（2）的上侧和下侧；所述的两个反射镜（2）对称设置，两者之间留有间隙。
2.一种基于权利要求1所述测径装置的测径方法，其特征在于：待测物置于测量通道内遮挡反射镜（2），反射光强度受反射面遮挡高度的不同而改变，基于反射光强度与遮挡高度之间的对应关系，根据四个光传感器（4）的测量值分别得到四个反射面的遮挡高度，根据四个遮挡高度计算得到待测物外径。
3.根据权利要求2所述的测径方法，其特征在于：待测物外径d为：
或/>，其中b11、b12、b21、b22分别为四个反射面的遮挡高度，a为两个反射镜（2）的中心间距。
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