專利名稱：中厚板激光在線測厚裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及測量技術領域，特別是一種中厚板激光在線測厚裝置。
背景技術：
在現(xiàn)代中厚板軋制生產(chǎn)線上，為了保證設備安全，要求對進入平整機的鋼板厚度 進行在線測量。目前國內(nèi)外生產(chǎn)線上常用的非接觸實時在線測量方法有射線法和光學法， 采用射線法的優(yōu)點是快速非接觸連續(xù)測量，精度不受被測物體彈跳、移動影響，誤差很 小，主要缺點是射線會對人體造成傷害，射線也污染環(huán)境。激光測量法對人體和環(huán)境無污 染，但由于中厚板軋制現(xiàn)場，被測工件高溫熱輻射強、環(huán)境灰塵污染嚴重，用于測量的激光 器、攝像機等電子器件極易受到干擾和損壞，為了提高整個系統(tǒng)的測量精度，保證電子器件 長期有效工作，特進行了本實用新型研究和開發(fā)工作。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種中厚板激光在線測厚裝置，該裝置 具有實用性好、安全可靠、無輻射和測量精度高的特點。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是本實用新型提供的中厚板激光在線測厚裝置，該裝置包括具有隔熱、制冷、防塵功 能的測量柜體，裝在該測量柜體內(nèi)部隔層上的激光器、攝像機，裝在該測量柜體后門上的門 式空調(diào)，帶有遠程感應控制電路，以及工控機。該測量柜體設有激光窗口和攝像窗口，兩個 窗口均裝有可自動打開和關閉的窗門；工控機通過以太網(wǎng)接口由通訊電纜與攝像機相連。 該裝置的工作狀態(tài)和測量結果均實時顯示在工控機的顯示屏上。所述的窗門為氣動窗門。在兩個窗口的的底部均裝有噴嘴，該噴嘴均通過裝有電動氣閥和球閥的氣管與高 壓氣源相連。在測量柜體面對測量工件一側安裝有隔熱水套，該隔熱水套通過管道與冷卻水循 環(huán)回路連通。所述的帶有遠程感應控制電路，其由信號感應無線發(fā)射器和信號感應無線接收器 組成，該信號感應無線發(fā)射器感應到軋板到來時發(fā)出信號，由所述信號感應無線接收器接 收信號后自動打開窗門，通過噴嘴在窗口形成氣幕，開啟激光器，系統(tǒng)進入測厚工作狀態(tài); 軋板過后，自動恢復到原來的休眠狀態(tài)。所述工控機裝有D/A卡，可以將屏幕顯示的測量結果通過D/A卡轉換成標準的電 流信號，輸出給系統(tǒng)主控PLC進行控制。工控機也能將測量結果通過串口通訊線上傳給上 位控制系統(tǒng)。所述上位控制系統(tǒng)是指控制相關生產(chǎn)線動作的主控工控機。本實用新型與現(xiàn)有技術比較，主要有以下優(yōu)點其一.可提高激光器和攝像機的使用壽命能有效地防止惡劣環(huán)境對電子元件
3的損壞，保證有鋼板通過時開啟測量裝置，鋼板通過后，停止激光器工作，大大延長了測量 器件在鋼板高溫熱輻射的惡劣現(xiàn)場環(huán)境中的使用壽命。其二 .可保證平整機的安全被測量熱軋中厚板(下簡稱熱板)的厚度為d時，測 量結果輸出給平整機的主控PLC，在主控PLC中與平整機開口高度h進行比較，如果d>h，產(chǎn) 生聲音警示禁止操作工向前輸送熱板，若d<h，可以向前輸送熱板，從而保證了平整機的安全。其三.安放在操作室的工控機通過以太網(wǎng)接口與攝像機進行通訊，接線簡單，具 有較強的抗干擾能力。采集攝像機圖像信號，通過開發(fā)的應用軟件進行數(shù)據(jù)分析及非線性 校正處理，計算結果顯示在中文人機界面上，便于平整機生產(chǎn)線上的工人監(jiān)控和操作。其四.綜合利用激光三角法和光學成象法原理，激光器傾斜照在被測量的中厚板 的側面，形成“光帶”，經(jīng)過濾光片濾除激光波長以外的雜散光后，成像于CCD靶面上，這樣 經(jīng)過處理得到的測量數(shù)據(jù)精度高，安裝方便，經(jīng)過現(xiàn)場實驗調(diào)試，當測量物體厚度在10 120 mm范圍內(nèi)，測量誤差小于用戶要求的士0. 5毫米?？傊緦嵱眯滦途哂袑嵱眯院?、安全可靠、無輻射和測量精度高等優(yōu)點。
圖1是本實用新型的主視圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是圖1的A-A剖視圖。圖4是測量系統(tǒng)控制框圖圖中1.被測板；2.測量柜體；3.隔熱水套；4.窗口 ；4-1.激光窗口 ；4_2.攝像 窗口 ；5.噴嘴；5-1.第一氣幕噴嘴；5-2.第二氣幕噴嘴；6.氣管；7.電動氣閥；7-1.第 一電動氣閥；7-2.第二電動氣閥；8.球閥；9.門式空調(diào)；10.激光器；11.攝像機；12.水 管；12-1.進水管；12-2.出水管；13.地腳螺栓；14.窗門；14-1.激光窗門；14-2.攝像 窗門；15.氣缸；15-1.第一氣缸；15-2.第二氣缸；16.黑板；17.可調(diào)遮光板；18.濾 光片；19.通訊電纜，20.工控機；21.信號感應無線發(fā)射器；22.信號感應無線接收器。
具體實施方式
本實用新型涉及一種中厚板激光在線測厚裝置，適用于在中厚板軋機生產(chǎn)線上， 對正在軋制和平整的板材進行在線板厚測量。本裝置包括激光器、攝像機、工控計算機和具 有隔熱、制冷、防塵等功能的裝置本體及帶有遠程感應控制電路，能有效地防止惡劣環(huán)境對 電子元件的損壞，保證有鋼板通過時開啟測量裝置，鋼板通過后，停止激光器工作，大大延 長了激光器在鋼板高溫熱輻射的惡劣現(xiàn)場環(huán)境中的使用壽命，本測量裝置的測量厚度d可 由工控機通過串口通訊傳給上位控制系統(tǒng)，也可轉換成標準模擬量形式輸出給主控PLC，在 主控PLC中與平整機開口高度h比較，如果d>h，產(chǎn)生聲音警示禁止操作工向前輸送熱板，若 d<h，可以向前輸送熱板，保證了平整機的安全。下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型提供的中厚板激光在線測厚裝置，其裝置結構和系統(tǒng)組成框圖如圖1 至圖4所示主要由測量柜體2、門式空調(diào)機9、激光器10、攝像機11、黑板16、工控機20和帶有遠程感應控制電路組成。所述測量柜體2具有隔熱、防塵等功能，其底部由地腳螺栓13與地面基座固定相 連；其內(nèi)部隔層可安裝激光器10和攝像機11，柜體2面對測量工件一側安裝有隔熱水套3， 通過管道12提供循環(huán)冷卻水。窗口 4包括激光窗口 4-1和攝像窗口 4-2，它們均裝有可自 動打開和關閉的窗門14，該窗門為氣動窗門。窗門14包括激光窗門14-1和攝像窗門14-2。 激光窗口和攝像窗口的底部均裝有噴嘴5，分別為第一氣幕噴嘴5-1、第二氣幕噴嘴5-2，所 述噴嘴均通過裝有電動氣閥7和球閥8的氣管6與高壓氣源相連。當窗口打開時，電動氣 閥7動作，高壓氣流通過噴嘴5在窗口形成氣幕，防止工件熱輻射損壞激光器和攝象機，球 閥8可以調(diào)節(jié)風量的大小。所述門式空調(diào)9為制冷機，可以采用陜西雷博公司或者其它公司的產(chǎn)品，其安裝 在測量柜體2的后門上，該制冷機的冷風口與測量柜體2后門上的開孔相連，并對著柜內(nèi)輸 送冷氣。所述激光器10通過可調(diào)固定架裝在測量柜體2內(nèi)部的中層隔板上，光路前面裝有 可調(diào)遮光板17，擋住約三分之一光斑直徑的激光光束，可在被測板1的側面光帶上產(chǎn)生一 個清晰的沿厚度方向的光邊緣，作為進行厚度計算的一個基準。在本例中，激光器選用的是 波長為532nm的綠色激光器。所述攝像機11通過可調(diào)固定架安裝在測量柜體2內(nèi)部的中層隔板上，攝像機鏡頭 前裝有濾光片18，其作用是濾除激光本身以外的雜散光，使激光形成的光帶能清晰地成 像于攝像機CXD靶面上；攝像機采用網(wǎng)線與控制室的工控機20連接。攝像機前面的測量柜 體2上裝有攝像窗門14-2，其作用是隔熱、防塵。攝像機中軸線遠方，安裝有黑板16，作為 被測鋼板1的背景。在本例中，攝像機選用的是GE1650型工業(yè)攝像機，分辨率1600x1200 感光元件1〃(XD，像元大小7.4 χ 7. 4 (um)2，使用千兆網(wǎng)(Gigabit Ethernet)接口連接電 腦，不需要專門的圖像采集卡。線纜采用普通的CAT5e網(wǎng)線，制作方便，成本低廉，可以長距 離迅速傳輸大量數(shù)據(jù)流。所述工控機20可采用研華工控機，其通過以太網(wǎng)接口與攝像機11進行通訊，采集 攝像機圖像信號，并且進行數(shù)據(jù)分析及非線性校正處理，計算出被測板1的實際厚度并顯 示在中文控制界面上；該工控機還配置有D/A模擬量輸出接口卡，可將所測鋼板厚度信號 轉換成模擬量值輸送到控制軋機生產(chǎn)的PLC系統(tǒng)中，完成生產(chǎn)線上相關數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)。所述帶有遠程感應控制電路由信號感應無線發(fā)射器21和信號感應無線接收器22 組成，所述發(fā)射器將現(xiàn)場熱金屬檢測開關得到鋼板通過信號用無線發(fā)送出去，由所述接收 器接收，并控制相關電源通電，氣動閥開啟，使處于休眠狀態(tài)的激光器和攝像機進入測厚工 作狀態(tài)，測量工作完成后，系統(tǒng)重新進入休眠狀態(tài)。本實用新型提供的中厚板激光在線測厚裝置裝在用于鋼板平整的強力矯直機(下 簡稱平整機)前，其測量原理如下本裝置中的激光器10按設定的角度和發(fā)散度要求照射在經(jīng)過攝象機11前的被測 板1上，由于可調(diào)遮光板17的作用，被測板1的邊緣處會產(chǎn)生一個有清晰光邊緣的“綠色光 帶”，經(jīng)過濾光片18將熱輻射等綠光以外的光線濾除后，攝象機11將“綠色光帶”的圖象拍 攝下來。由于“綠色光帶”成像后的尺寸正比于被測板1的厚度，經(jīng)過計算機處理與非線性 校正，即可得到軋板厚度的數(shù)據(jù)d。[0034]該數(shù)據(jù)d通過工控機20中的D/A轉換模板，以電流輸出的形式送到生產(chǎn)線的主控 PLC中，使之與平整機的開口高度h比較，如果d>h，產(chǎn)生聲音警示禁止操作工向前輸送熱軋 板，若d<h，可以向前輸送熱軋板。實驗表明使激光照射點距離鋼板前端廣2米有較好、穩(wěn)定 的測量精度。信號感應無線發(fā)射器21的作用是當安裝在生產(chǎn)線上的檢測器被經(jīng)過的熱軋板激 活后發(fā)出鋼板到來信號，信號感應無線接收器22接收信號后，開啟激光器10 ；而無軋板時， 關閉光源，以避免激光器在無軋板時也工作，延長使用壽命。當有軋板經(jīng)過時，工控機的顯示屏上實時顯示鋼板厚度；除了主控PLC進行自動 判斷外，操作人員也能根據(jù)觀測到的測量數(shù)據(jù)，與當前平整機開口設定高度h進行比較，并 對是否將鋼板輸入平整機進行判斷。如果無軋板經(jīng)過時，計算機屏幕顯示“無鋼板”字樣。本實用新型的工作過程如下參見圖4，當被測鋼板1經(jīng)過信號感應無線發(fā)射器21處時，該發(fā)射器將現(xiàn)場熱金 屬檢測開關得到鋼板通過信號用無線電波發(fā)送出去，由信號感應無線接收器22接收，測量 柜2中的電路開始由原來的休眠狀態(tài)轉變?yōu)闇y厚工作狀態(tài)首先接通激光器10的電源，電 動氣閥7得電，汽缸15將窗口 4上的窗門14打開，同時高壓氣流通過噴嘴5在窗口 4處形 成氣幕，保證柜內(nèi)電子元件不受工件熱輻射損壞。鋼板通過測量區(qū)時，工控機屏幕以規(guī)定的 頻率刷新所測到的鋼板厚度數(shù)據(jù)，供操作人員監(jiān)控，同時通過工控機的D/A轉換卡輸出給 主控PLC進行自動比較控制；當被測板1離開信號感應無線發(fā)射器21處時，電路按規(guī)定順 序關閉窗門14和關斷激光器10的電源，噴嘴5停止噴氣，裝置重新恢復到休眠狀態(tài)。柜體2自身帶有的隔熱水套3內(nèi)的冷卻水通過水管12與車間循環(huán)水網(wǎng)連通，其 中，由進水管12-1進水，由出水管12-2出水，常年不間斷連續(xù)循環(huán)，門式空調(diào)9處于自動控 溫工作狀態(tài)，以確保激光器10、攝像機11所處環(huán)境溫度長期保持在規(guī)定范圍內(nèi)。圖3中第一電動氣閥7-1是控制噴嘴5噴出氣幕的開關，第一電動氣閥7-1得電， 接通氣源，噴嘴5開始噴出氣幕，第一電動氣閥7-1斷電，關斷氣源，停止噴氣；第二電動氣 閥7-2是控制氣缸15動作的開關，第二電動氣閥7-2得電，氣缸15縮回，帶動窗門14打開， 第二電動氣閥7-2斷電，氣缸15伸出，帶動窗門14關閉。
權利要求1.一種中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于該裝置包括具有隔熱、制冷、防塵功能的 測量柜體(2)，裝在該測量柜體內(nèi)部隔層上的激光器(10)、攝像機(11)，裝在該測量柜體后 門上的門式空調(diào)(9)，帶有遠程感應控制電路，以及工控機(20);該測量柜體設有激光窗口 和攝像窗口，兩個窗口均裝有可自動打開和關閉的窗門；工控機(20)通過以太網(wǎng)接口由通 訊電纜(19)與攝像機(11)相連；該裝置的工作狀態(tài)和測量結果均實時顯示在工控機(20) 的顯示屏上。
2.如權利要求1所述的中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于窗門為氣動窗門。
3.如權利要求1所述的中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于兩個窗口的的底部均裝 有噴嘴(5)；所述噴嘴均通過裝有電動氣閥(7)和球閥(8)的氣管(6)與高壓氣源相連。
4.如權利要求1所述的中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于測量柜體(2)面對測量 工件一側安裝有隔熱水套(3)，該隔熱水套通過管道(12)與冷卻水循環(huán)回路連通。
5.如權利要求1所述的中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于所述帶有遠程感應控制 電路由信號感應無線發(fā)射器(21)和信號感應無線接收器(22)組成，該發(fā)射器感應到軋板 到來時發(fā)出信號，由所述接收器接收信號后自動打開窗門，通過噴嘴在窗口形成氣幕，開啟 激光器(10)，系統(tǒng)進入測厚工作狀態(tài)；軋板過后，自動恢復到原來的休眠狀態(tài)。
6.如權利要求1所述的中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于工控機(20)裝有D/A 卡，其將屏幕顯示的測量結果通過D/A卡轉換成標準的電流信號，輸出給系統(tǒng)主控PLC進行 控制，或者工控機(20 )將測量結果通過串口通訊線上傳給上位控制系統(tǒng)。
7.如權利要求6所述的中厚板激光在線測厚裝置，其特征在于所述上位控制系統(tǒng)是指 控制相關生產(chǎn)線動作的主控工控機。
專利摘要本實用新型公開了一種中厚板激光在線測厚裝置，該裝置包括具有隔熱、制冷、防塵功能的測量柜體(2)，裝在該測量柜體內(nèi)部隔層上的激光器(10)、攝像機(11)，裝在該測量柜體后門上的門式空調(diào)(9)，帶有遠程感應控制電路，以及工控機(20)；該測量柜體設有激光窗口和攝像窗口，兩個窗口均裝有可自動打開和關閉的窗門；工控機(20)通過以太網(wǎng)接口由通訊電纜(19)與攝像機(11)相連；該裝置的工作狀態(tài)和測量結果均實時顯示在工控機(20)的顯示屏上。本實用新型具有實用性好、安全可靠、無輻射和測量精度高等優(yōu)點，特別適用于在中厚板軋機生產(chǎn)線上對正在軋制和平整的板材進行在線板厚測量。
文檔編號B21B38/04GK201913114SQ201020683079
公開日2011年8月3日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權日2010年12月28日
發(fā)明者曹喜德, 李遠哲, 楊莉, 詹益清, 趙斌 申請人:武漢寶德機電有限責任公司