CN1307224A

CN1307224A - 在线宽度测量方法

Info

Publication number: CN1307224A
Application number: CN 00100573
Authority: CN
Inventors: 卢治功; 贾志国; 黄海霞; 职连杰; 王书建; 马胜利
Original assignee: CETC 27 Research Institute
Current assignee: Henan Zhongyuan Optoelectronic Measurement And Control Technology Co ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2001-08-08
Anticipated expiration: 2020-01-26
Also published as: CN1136431C

Abstract

本发明涉及一种在线测量方法,其关键技术在于通过双镜头成像测量目标像的四个沿位,进一步计算出被测目标边沿的两维坐标,由此可以计算出被测目标的宽度。同时运用主动光源技术,照射被测目标的两个边沿。采用此方法测量的宽度不受被测目标的摆动和倾斜影响,不受被测目标温度变化的影响,可以测量任意冷热状态的被测目标。标校设备时可以使用一冷目标进行测量标校。此外,由于此方案不受倾斜和摆动影响,将标校测量目标放入测量区域内能够迅速进行测量标校工作。

Description

在线宽度测量方法

本发明涉及工业在线自动测量方法，尤其涉及一种在线宽度测量方法。

现有技术中通常采用被动成像式测宽方法。附图1是该被动成像式测宽方法的示意图。

如附图1所示，在该被动成像式测宽仪的测量方法中，被测热目标1发出红外光线或可见光(根据测量系统选用的光电器件特性和被测目标的温度选择)。滤光片2将不需要的光滤除。成像透镜3对被测目标成像。被测目标的像5成在光电转换器4(CCD或其他光电器件)上。光电转换器件4将目标像5转换为电信号。处理电路计算出目标像的大小。最后，计算机根据目标的像大小和光学系统的关系计算出被测目标的宽度。

现有技术的方法存在的问题主要在于：随着被测目标温度的变化，被测目标辐射出的光线波长和强度会变化。这样就会带来像大小的变化，从而引起测量误差。此测量方法应用的是固定光学放大倍率的测量方法，但是，在实际测量过程中被测目标是运动的，当被测目标偏离理想的物平面时测量系统的放大倍率随着改变。此时测量结果就会引起测量误差。被测目标偏离理想物平面距离为Δ，被测目标与测量光学透镜的距离为L，则由此引入的相对测量误差δ=Δ/L。此系统的测量方法假定被测目标的宽度方向与系统光轴始终为垂直方向，而实际情况时被测目标与光轴存在不定的夹角。由此会引入测量误差。在不考虑倾斜引起的光学成像倍率变化的条件下倾斜引起的相对测量误差δ=1-cosθ，其中θ为夹角。作为测量设备必须能够对设备进行标校。此测量方法由于采用被动光源测量标校困难。标校的方法是对测量的前几个目标人工卡量，然后与测量数据比较进行修正。此标校方法速度慢、操作复杂、影响生产、前边几个目标容易造成废品。

本发明的目的在于提供一种新的测量方法，以解决实际测量中的问题。

本发明所要解决的问题主要包括：消除被测目标温度变化对测量精度的影响；消除被测目标倾斜对测量精度的影响；消除被测目标摆动对测量精度的影响；提高设备的标校速度。

附图2显示了本发明采用的测量方法。

如图所示，其中1为发光光源，2为被测目标，3、4为滤光片，5、6为成像透镜，7、8为光电转换器件，A、B为被测目标的两个边沿，它们的坐标为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂),N₁、N₂、N₃、N₄为光电转换器上的被测目标像的边沿位置。

本发明的测量方法所包括的步骤为：光源1发射出的光线照射被测目标2的两个边沿A、B。被测目标2的边沿A、B将光源照射的光线散射出去。两个滤光片3、4分别将测量系统不需要的背景光滤除。两个镜头5、6分别将被测目标2的边沿A、B散射的光线成象在各自的光电转换器器件7、8上。光电转换器7、8将光学信号转换为电信号后送给信号处理电路。信号处理电路将信号经过放大、二值化、光电隔离等环节，将计算机识别的二值化信号传送给计算机终端。计算机根据前端输入的信号求出N₁、N₂、N₃、N₄的数值。然后根据建立的数学计算模型求出被测目标的宽度值。

测量用的数学模型为：

设A、B分别为被测目标的两个边沿。它们的坐标为A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)。带钢边沿A、B分别对应光电转换器上的沿位N₁、N₂、N₃、N₄。根据光学系统的成像公式它们之间具有如下关系式：

x_{1} = \frac{a_{1}}{N_{2} - N_{4}} + b_{1}

y_{1} = \frac{a_{2} * N_{2}}{N_{2} - N_{4}} + b_{2}

x_{2} = \frac{a_{3}}{N_{1} - N_{3}} + b_{3}

y_{2} = \frac{a_{4} * N_{3}}{N_{1} - N_{3}} + b_{4}

根据上边四个关系式在测试过程中可以计算出目标边沿A、B的实时位置。根据求直线两点距离的公式就可求出被测目标的宽度值。

W = AB = \sqrt{{(x_{1} - x_{2})}^{2} + {(y_{1} - y_{2})}^{2}}

采用上述的测量原理可以实时修正由于被测目标偏离测量平面和倾斜运行所引入的测量误差。

本发明的技术方案中，其关键技术特征在于：通过双镜头成像测量目标像的四个沿位N₁、N₂、N₃、N₄，进一步计算出被测目标边沿的两维坐标A(x₁,y₁)、B(x₂,y₂)，由此可以计算出被测目标的宽度。采用此方法测量的宽度不受被测目标的摆动和倾斜影响。上述公式只是实现测量的一种计算方法，不是唯一的计算方法。运用主动光源技术，照射被测目标的两个边沿。本测量方法不受被测目标温度变化的影响，可以测量任意冷热状态的被测目标。标校设备时可以使用一冷目标进行测量标校。由于此方案不受倾斜和摆动影响，将标校测量目标放入测量区域内能够迅速进行测量标校工作。

本发明与现有技术相比较所具有的有益效果包括：测量精度不受影响。系统的测量标校迅速。现场的应用表明设备的标校只需要几分钟。被测目标在生产过程中的摆动对测量精度没有影响。

以下给出实验数据

	摆动位置(MM)	0	50	100	-50	-100
	摆动位置(MM)	0	50	100	-50	-100	现有技术	标准宽度(MM)	100	100	100	100	100
测量宽度(MM)	100.1	100.7	101.4	99.3	98.6			标准宽度(MM)	100	100	100	100	100
测量宽度(MM)	100.1	100.7	101.4	99.3	98.6	测量误差(MM)		0.1	0.7	1.4	-0.7	-1.4
本方案	标准宽度(MM)	100	100	100	100	测量误差(MM)		0.1	0.7	1.4	-0.7	-1.4	100
	标准宽度(MM)	100	100	100	100	测量宽度(MM)	100.1	100.2	100.3	100	99.8		100
	测量误差(MM)	0.1	0.2	0.3	0	测量宽度(MM)	100.1	100.2	100.3	100	99.8	-0.2

此外，被测目标运动过程中的倾斜对测量精度的没有影响。

以下给出实验数据：

	倾斜角(度)	0	5	10	20	30
	倾斜角(度)	0	5	10	20	30	现有技术	标准宽度(MM)	100	100	100	100	100
测量宽度(MM)	100.1	99.7	98.4	93.9	86.6			标准宽度(MM)	100	100	100	100	100
测量宽度(MM)	100.1	99.7	98.4	93.9	86.6	测量误差(MM)		0.1	-0.3	-1.6	-6.1	-13.4
本方案	标准宽度(MM)	100	100	100	100	测量误差(MM)		0.1	-0.3	-1.6	-6.1	-13.4	100
	标准宽度(MM)	100	100	100	100	测量宽度(MM)	100.1	100.2	100.3	99.7	99.7		100
	测量误差(MM)	0.1	0.2	0.3	-0.3	测量宽度(MM)	100.1	100.2	100.3	99.7	99.7	-0.3

附图1是现有技术的被动成像测宽仪的测量方法示意图。

附图2是本发明的测量方法示意图。

附图3是本发明的测量方法所采用的测宽仪示意图。

下面结合附图，以热轧带钢测宽仪为例描述本发明实现的过程：

如附图3所示，该热带测宽仪主要包括发射箱2、接收箱3、终端计算机柜4组成。其实现步骤为：发射箱里发射光源发射的光线照射到被测带钢1的两个边沿；带钢两个边沿将发射光源照射的光线散射；经过两个滤光片滤除背景光的干扰；两个接收光学镜头将被测带钢1的两个边沿成象到两个CCD光敏面上；CCD将光信号转换成电信号；电路处理系统将信号处理后送给计算机进行数据处理和计算；计算机根据数学模型和信号处理求出的位置数据求出目标的宽度值。

此外，发射箱2体内设备包括发射光源、驱动电路、保护窗片等部件。接收箱3体包括保护窗片、滤光片、接收镜头、CCD及驱动电路、电源、信号处理电路等部件。计算机终端4包括工控机、接口电路、其他电路。

Claims

1、一种在线测量方法，其特征在于通过双镜头成像测量目标像的四个沿位，进一步计算出被测目标边沿的两维坐标，由此计算出被测目标的宽度。

2、根据权利要求1的测量方法，其特征在于利用主动光源，照射被测目标的两个边沿。