CN216308903U - 一种木板有效宽度连续扫描装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种木板有效宽度连续扫描装置，包括传送木板的传送带机构、测距传感器、线阵相机扫描装置、图像采集单元、木板位置检测单元、主控制器单元和显示单元，传送带机构上的传送带驱动其上的木板从前向后运动，测距传感器设置于传送带前端上方，以测量木板的厚度以及检测木板的端部位置，线阵相机扫描装置设置于测距传感器后侧的传送带上方，以对传送的木板进行线阵成像，木板位置检测单元设置于传送带机构上，以对木板运动的位置信息进行实时测量，线阵相机扫描装置连接图像采集单元，测距传感器、图像采集单元、木板位置检测单元分别与主控制器单元连接，主控制器单元连接显示单元。该装置有利于对木板宽度进行自动连续扫描。

Description

一种木板有效宽度连续扫描装置

技术领域

本实用新型涉及一种木板有效宽度连续扫描装置。

背景技术

圆木到完整大片成品木板的加工流程是，长料圆木先进行锯断，然后锯断后的圆木采用多片锯进行分片，由于多片锯并不能对木材的树皮进行清理，所以需要清边机或清边锯对片材进行清边锯切处理，清边后的木板按不同宽度规格进行拼接压合成整大片成品木板。该加工流程中，多片锯加工出来的带边皮的木板，在进入清边机进行边皮处理前，需要测量其扣除边皮后的木板有效宽度，根据测量的有效宽度，把木板放到清边机上的预设两锯片之间宽度与测量宽度接近的锯片位置进行锯切清边。

在清边之前要对木板的有效宽度进行测量，传统的方法有两种，第一种采用方法是靠人工目测整块木板的最小位置，同时配合直尺测量其最小宽度，然后根据测量宽度，把木板放置到清边机上两锯片间距与之接近的位置进行锯切清边。这种方法因为需要逐块木板测量，操作速度非常低，无法满足高生产效率的要求，所以这种方法目前使用的较少；第二种是清边机在多组预设不同间距锯片的前方，照射与锯片间隔宽度对应的可见激光线，操作工人靠熟练程度结合激光线的可视范围,目测比较木板的可视有效宽度，找到与木板预估宽度接近的清边机锯切位置进行清边，这种方法对工人的熟练程度要求很高，有其很大的弊端，工人的操作速度依赖于工人的熟练程度，同时由于宽度是由操作工人目测与激光线比较进行的，所以对木板的宽度预估误差较大，这样就可能因木板宽度与锯切宽度不匹配造成木板清边的板材浪费。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种木板有效宽度连续扫描装置，该装置有利于对木板宽度进行自动连续扫描。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种木板有效宽度连续扫描装置，包括传送木板的传送带机构、测距传感器、线阵相机扫描装置、图像采集单元、木板位置检测单元、主控制器单元和显示单元，所述传送带机构上的传送带驱动其上的木板从前向后运动，所述测距传感器设置于传送带前端上方，以测量木板的厚度以及检测木板的端部位置，所述线阵相机扫描装置设置于测距传感器后侧的传送带上方，以对传送的木板进行线阵成像，所述木板位置检测单元设置于传送带机构上，以对木板运动的位置信息进行实时测量，所述线阵相机扫描装置连接图像采集单元，所述测距传感器、图像采集单元、木板位置检测单元分别与主控制器单元连接，所述主控制器单元连接显示单元。

进一步地，所述线阵相机扫描装置由线阵CCD相机单元和相机镜头组成，所述线阵CCD相机单元的输出连接图像采集单元。

进一步地，所述线阵CCD相机单元为单色线阵CCD相机或彩色线阵CCD相机。

进一步地，所述测距传感器为超声测距传感器、激光位移传感器或者其他距离或者位移传感器，以进行厚度测量。

进一步地，所述木板位置检测单元为旋转编码器，所述旋转编码器安装于传送带上，以测量传送带的运动位置，进而测量木板运动的位置信息。

进一步地，所述传送带机构如果采用同步电机驱动传送带，由于采集同步电机运行步数即可反映木板的位置信息，因此省略基于旋转编码器实现的木板位置检测单元。

进一步地，所述主控制器单元通过其自带的通信接口与外部的计算机通信传输。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型采用线阵CCD对木板的长度方向的各个位置的有效宽度进行非接触的连续快速扫描，同时对木板进行直线传输，结合扫描到的不同位置的宽度和长度方向的运动速度信息，不但可以计算出木板的最小宽度，还可以拼接还原出整块木板的有效宽度的轮廓图。该装置扫描测量木板有效宽度不仅精度高，而且速度快，且可以连续走板，无需停顿，从而提高了操作效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的装置实现原理图；

图2是本实用新型实施例中木板厚度测量原理图；

图3是本实用新型实施例中木板带皮的俯视示意图；

图4是本实用新型实施例中木板横截面及图像处理原理图；

图5是本实用新型实施例的装置结构示意图。

图1中：U1、线阵CCD相机单元，U2、相机镜头，U3、图像采集单元，U4、主控制器单元，U5、显示单元，U6、木板位置检测单元，U7、测距传感器，U8、传送带机构，U9、被测量木板。

图5中：1、滚轮传送带，2、待测量的木板，3、超声测距传感器，4、线阵CCD相机，5、传送带滚轮的旋转编码器，6、主控制器板，7、显示屏，8、带驱动板的步进电机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种木板有效宽度连续扫描装置，包括传送木板的传送带机构U8、测距传感器U7、线阵相机扫描装置、图像采集单元U3、木板位置检测单元U6、主控制器单元U4和显示单元U5，所述传送带机构U8上的传送带驱动其上的木板U9从前向后运动，所述测距传感器U7设置于传送带前端上方，以测量木板的厚度以及检测木板的端部位置，所述线阵相机扫描装置设置于测距传感器后侧的传送带上方，以对传送的木板进行线阵成像，所述木板位置检测单元U6设置于传送带机构上，以对木板运动的位置信息进行实时测量，所述线阵相机扫描装置连接图像采集单元U3。图像采集单元实现对CCD进行曝光电子快门机型控制及CCD的图像采集功能。所述测距传感器U7、图像采集单元U3、木板位置检测单元U6分别与主控制器单元U4连接。主控制器单元U4实现对木板的位置检测、厚度检测、图像采集数据进行综合处理及输出。所述主控制器单元U4连接显示单元U5。显示单元U5用于输出木板的测量宽度信息。

在本实施例中，所述线阵相机扫描装置由线阵CCD相机单元U1和相机镜头U2组成，所述线阵CCD相机单元U1的输出连接图像采集单元U3。所述线阵CCD相机单元可以为单色线阵CCD相机，也可以为彩色线阵CCD相机。

用于测量木板厚度的测距传感器，可以采用超声测距传感器，也可以采用激光位移传感器，或者采用其他距离或者位移传感器进行厚度测量。

木板位置的检测，即木板位置检测单元可以采用旋转编码器安装到传送带上进行测量，以测量传送带的运动位置，进而测量木板运动的位置信息。如果传送带机构的传送带是采用同步电机驱动的，可以通过采集电机运行步数的装置，从电机运行步数来间接获取传送带的运行实时速度，进一步获得木板的运行位置。因此可以省略基于旋转编码器实现的木板位置检测单元。

所述主控制器单元通过其自带的通信接口与外部的计算机通信传输。

工作开始时，主控制器单元U4把扫描间隔参数发送到CCD的图像采集单元，使CCD的图像采集单元按设定的时间间隔采集CCD的图像。传送带持续运行，测距传感器U7测量到的距离值会持续送到主控制器单元U4中，当木板从传送带的一端放入时，木板随着传送带运动前进，当木板运动到测距传感器U7下方时，主控制器单元U4检测到测距传感器测量的距离出现一定的变化值，当变化值超过预设定的木板最小厚度值时，主控制器单元U4判断为已经检测到木板端部，同时计算出木板的厚度（无木板的测量距离与有木板的测量距离的差值），随着木板的持续运行，木板位置检测单元U6持续检测木板前进运动的位置信息，并把信息发送给主控制器单元U4中，主控制器单元U4控制图像采集单元U3对线阵CCD相机单元U1按预设定的位置隔间距离持续扫描木板的宽度图像，每个位置采集的图像经过处理计算后可以获得木板的宽度数据和木板宽度两边边沿的位置信息。主控制器单元U4把处理测量后的宽度信息和位置信息送到显示单元U5显示，也可以通过通讯接口送到后道加工配合的锯切模块中，以便于进行锯切宽度和位置的控制。

木板厚度测量原理如图2所示，其中测距传感器采用的是非接触式测距传感器，测距传感器测量木板厚度的原理是，在木板还未进入测量范围时，测距传感器测量到传感器到传送带表面的距离H1，当木板进入测量范围时，测距传感器测量到传感器到木板上表面的距离为H2，那么木板的厚度T=H2-H1。

木板的正反两面去边皮后的有效宽度不同，因为木板的清边锯切需要切割为长方形木板，所以需要按宽度小的那一面的最小宽度作为最后的锯切宽度，所以在扫描测量木板宽度时，需要把T型木板宽度小的那一面朝上放置进行扫描。

图3为木板长度方向的图像采集示例，图3中示例出3个位置宽度采集，采集需要有效的宽度信息，3个示例位置的有效宽度为Wa、Wb、Wc。因为木板在清边锯切时需要用到有效的宽度信息，所以图像采集后的宽度需要去除木板边皮宽度，去除木板边皮宽度后获得有效宽度信息。在示例的3个位置测量到的有效宽度分别为Wa、Wb、Wc，其中最小宽度为Wb，因为木板的清边锯切需要切割为长方形木板，所以需要按最小宽度Wb进行清边锯切，控制器在测量处理后会把最小宽度Wb的信息通过U5显示出来，同时把Wb信息通过通讯接口发送到配合的清边锯切模块中。

采集的带边皮的图像需要处理成有效的宽度和数据信息。如图4所示，图示为木板长度方向某一个位置的木板横截面以及图像采集的信息。线阵CCD对木板宽度进行扫描，因为木板的边皮部分的颜色与中心木板板肉部分的颜色不同，板肉部分的颜色比较亮，该区域的图像的亮度值比较高，而木板的边皮部分，因为颜色比较暗，所以图像采集的亮度比较低。CCD的本身是在亮度越亮时输出的电压越低。根据线阵CCD的采集图像的图形，在左右上升沿和下降沿的边沿中心之间的距离为有效宽度W1，木板的边皮WL和WR由于对应CCD输出图形的电压较高，被主控制器自然滤除掉。

采集图像的位置基准点为P0，P0是在CCD相机安装后，预设定宽度方向的某一个固定位置作为基准的位置P0，对应线阵相机的采集图像的横向位置也是固定的。图5所示中，宽度方向的左边P1和右边P2对应的图像中，与P0的间隔位置信息，即反应了木板的宽度方向的边沿的位置信息。

本实用新型的装置中，线阵CCD采用的是单色灰度CCD，被测木板的亮度直接反映在CCD的图像灰度信息上，实际对应CCD的输出电压值。

进一步的，长度方向的不同位置的扫描，结合同一位置上的宽度方向的位置信息，可以获取木板的整个宽度轮廓图形，在获取木板的轮廓信息后，还可以对S型木板的宽度进行切线运算，以获取清边的最小宽度。

本实用新型的装置中，木板的宽度扫描是在木板的运行过程中进行实时扫描的，整个扫描过程无需测量的停顿等待，所以效率非常高，适合流水线测量作业。

厚度测量和木板的宽度信息对应关系：由于CCD相机的镜头有一定的可视角，所以测量的最大宽度与高度有一定的比例关系。假设线阵CCD的全幅面对应的总点数为C，在镜头配合的景深范围内，那么随着测量木板表面距离镜头越远，全幅面总点数C对应的最大测量宽度越大。所以假设以传送带面作为基准面，随着木板的厚度越厚，同样宽度的木板的上表面的在CCD上占用的点数越多，所以需要结合厚度信息进行补偿计算，使之不同厚度木板的上表面测量的宽度值一致。

本实用新型的装置中，每次扫描可以测量到木板长度方向的一个位置的宽度，木板长度方向间隔多大扫描一次可以预先灵活设定，这样可以按需获得不同间隔密度的采集数据，采集越密集，形成的轮廓信息的精度越高。

线阵CCD测量中为了区分板和传送带，需要把传送带的颜色制作成黑色，这样就可以区分是传送带还是木板，便于在CCD的拍照图像上去除传送带的本地图像，以便进一步提取木板扫描的图像数据。

本实用新型的相机不是用面阵相机，而是采用线阵相机，结合木板的运动可以实现木板整个长度方向的宽度扫描。本实用新型线阵CCD应用比面阵相机的优势在于，线阵CCD的一个方向上的有效点数比面阵相机要多，测量精度更高，同时单个位置的线阵数据量比面阵的小很多，对采集及控制器的处理速度要求更低，CCD及控制器的设备成本更低。

本实用新型的装置中，测距传感器U7不但可以作为厚度测量，还可以实现板端位置测量的传感器功能。根据厚度测量传感器的测量方法，在监测到厚度数据时，就可以判断木板端部的位置，这种功能可以替代木板端部位置检测的接近传感器，本装置不但节省了专用的位置。

除了可以测量带边皮木板的有效宽度外，本装置同时适用于不带边皮的木板的宽度测量,因为不带边皮的木板的板芯与测量背景之间有明显的色差,所以从采集的图像上就可以识别出木板的宽度。

除了可以测量木板的有效宽度外，本装置还可以用于其他物体的宽度扫描测量，只要被测量物体的颜色和背景色有明显的色差，采集的图像上就可以识别出木板的宽度。

图5是本实施例的装置结构示意图。如图5所示，其中部件1为滚轮传送带，部件2为待测量的木板，部件3为距离测量的超声测距传感器，部件4为线阵CCD相机，部件5为传送带滚轮的旋转编码器，部件6为主控制器板，部件7为显示屏，部件8为带驱动板的步进电机。本实施例的电源采用外接的电源适配器，所以在本实施例中未画出。

本实施例中的部件4为CCD线阵相机，包含相机镜头、线阵CCD、CCD图像采集主板以及外壳共4个组件，这4个组件安装一起组成线阵CCD相机。

本实施例中，部件1的滚轮传送带用于传送木板，朝木板长度方向运动，传送带的驱动动力是由部件8的自带驱动板的步进电机进行驱动，步进电机的驱动板与部件6的主控制器连接，由主控制器控制其启动和停止。部件3的超声测距传感器与部件6的主控制器连接，测量的距离数据实时传送到部件6的主控制器中。部件4的线阵CCD相机与部件6的主控制器连接，相机采集的图像实时传送到主控制器中。部件5的滚轮旋转编码器与部件6的主控制器连接，滚轮编码器测量的编码脉冲数传送到主控制器中。部件7的显示屏与主控制器6连接，主控制器把测量的实时有效宽度和最小有效宽度通过显示屏进行显示。

本实施例中，木板厚度测量采用超声测距传感器，超声测距传感器测量木板厚度的原理是，在木板还未进入测量范围时，超声测距传感器测量到传感器到传送带表面的距离H1，当木板进入测量范围是，超声测距传感器测量的传感器到木板上表面的距离为H2，那么木板的厚度等于H2-H1。

本实施例中，木板位置检测采用带滚轮的旋转编码器，用于测量木板的运动位置，实现CCD对板宽度扫描动作与木板长度方向的位置同步。滚轮编码器有两种安装方式，一种是编码器轴与传送带的滚轮同轴安装；另一种是用旋转编码器的滚轮靠在同步带表面上。由于第二种的安装方式简单，所以该实施例中采用第二种安装方式。第二种安装方式的旋转编码器的滚轮外径上的线速度与传送带的线速度相同，所以通过旋转编码器的滚轮直径和旋转编码器的旋转角的角度度数关联，以及旋转编码器的脉冲数和旋转角度的关联，就可以在主控制器中通过接收到旋转编码器的脉冲数计算出同步带的运动位置，而同步带的运动位置等于木板的运动位置。

线阵CCD的全幅面点数为1500点，在基准面上的最大测量宽度在本实施例中设计为300mm，对应的基准面的测量分辨率为300mm/1500=0.2mm，该测量分辨率完全满足木板宽度测量和清边的精度要求。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，包括传送木板的传送带机构、测距传感器、线阵相机扫描装置、图像采集单元、木板位置检测单元、主控制器单元和显示单元，所述传送带机构上的传送带驱动其上的木板从前向后运动，所述测距传感器设置于传送带前端上方，以测量木板的厚度以及检测木板的端部位置，所述线阵相机扫描装置设置于测距传感器后侧的传送带上方，以对传送的木板进行线阵成像，所述木板位置检测单元设置于传送带机构上，以对木板运动的位置信息进行实时测量，所述线阵相机扫描装置连接图像采集单元，所述测距传感器、图像采集单元、木板位置检测单元分别与主控制器单元连接，所述主控制器单元连接显示单元。

2.根据权利要求1所述的一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，所述线阵相机扫描装置由线阵CCD相机单元和相机镜头组成，所述线阵CCD相机单元的输出连接图像采集单元。

3.根据权利要求2所述的一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，所述线阵CCD相机单元为单色线阵CCD相机或彩色线阵CCD相机。

4.根据权利要求1所述的一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，所述测距传感器为超声测距传感器、激光位移传感器或者其他距离或者位移传感器，以进行厚度测量。

5.根据权利要求1所述的一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，所述木板位置检测单元为旋转编码器，所述旋转编码器安装于传送带上，以测量传送带的运动位置，进而测量木板运动的位置信息。

6.根据权利要求5所述的一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，所述传送带机构如果采用同步电机驱动传送带，由于采集同步电机运行步数即可反映木板的位置信息，因此省略基于旋转编码器实现的木板位置检测单元。

7.根据权利要求1所述的一种木板有效宽度连续扫描装置，其特征在于，所述主控制器单元通过其自带的通信接口与外部的计算机通信传输。

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