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一種板材厚度的激光測(cè)量裝置的制作方法

文檔序號(hào):5872186閱讀:189來源:國(guó)知局
專利名稱:一種板材厚度的激光測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于線性尺寸測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種物體厚度測(cè)量裝置,具體為一種板 材厚度的激光測(cè)量裝置。由于采用激光傾斜照明綜合利用激光三角法和光學(xué)成像法的原 理,因此安裝方便,受被測(cè)對(duì)象高溫?zé)彷椛涞挠绊戄^小。本發(fā)明可以用于冶金工業(yè)等領(lǐng)域中 的板厚測(cè)量。
背景技術(shù)
為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的高效、精確、實(shí)時(shí)在線的主動(dòng)測(cè)量要求,各種非接觸實(shí)時(shí)在線 測(cè)量方法隨之出現(xiàn),對(duì)于板厚測(cè)量而言,目前國(guó)內(nèi)外各種生產(chǎn)線上使用的非接觸測(cè)厚方法 主要包括射線法、渦流法、電容法、光學(xué)法等。其中渦流法、電容法在冶金工業(yè)中僅適用于冷 軋生產(chǎn)線,而且測(cè)量環(huán)境要求高、測(cè)量精度受外界因素影響較大,相比之下射線法、光學(xué)法 適合于各種生產(chǎn)線,因而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代板厚測(cè)量中。射線法測(cè)量精度高,可以達(dá)到小于等于待測(cè)物厚度的士0. 2%,能夠?qū)崿F(xiàn)快速非接 觸測(cè)量,但射線對(duì)操作人員有害而且污染環(huán)境。目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)厚大都采用上下雙激光三角測(cè)量法,兩探頭分別位于被測(cè)板的上 下表面兩側(cè),給安裝帶來了一定的困難,再者,對(duì)于高溫工作場(chǎng)合,被測(cè)對(duì)象的大面積高溫 輻射,激光器、光學(xué)透鏡及光敏器件都會(huì)受到影響,整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度難以保證甚至威脅 到其正常運(yùn)行,系統(tǒng)中的各個(gè)器件的使用壽命也將受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種板材厚度的激光測(cè)量裝置,該裝置具有實(shí)用性好、安全 可靠、無輻射和測(cè)量精度高的特點(diǎn)。本發(fā)明提供的一種板材厚度的激光測(cè)量裝置,其特征在于該裝置包括激光器、攝 像機(jī)、黑屏和計(jì)算機(jī);使用時(shí),激光器和黑屏分別位于被測(cè)板的兩側(cè),激光出光點(diǎn)S在被測(cè)板底面上方, 激光器的出射光路上設(shè)置有擋板,擋板在水平方向擋住約三分之一光斑直徑的激光光束; 攝像機(jī)與激光器位于被測(cè)板的同一側(cè),且攝像機(jī)的入射光孔T位于被測(cè)板的底面下方,攝 像機(jī)的鏡頭前安裝有濾光片,計(jì)算機(jī)與攝像機(jī)相連;被測(cè)板的迎光面底邊上的一點(diǎn)記為D,直線C1C2表示經(jīng)過D點(diǎn)的水平線,DC22表示 被測(cè)板繞D點(diǎn)的可能的最大順時(shí)針傾斜位置,DC21表示被測(cè)板繞D點(diǎn)的可能的最大逆時(shí)針 傾斜位置,ω和-ω分別表示被測(cè)板可能的最大逆時(shí)針傾斜角和最大順時(shí)針傾斜角;S與D 的連線與水平線DCl在垂直面上的夾角β滿足式I的要求,ω < β < ω+1° I設(shè)擋板的底邊上的一點(diǎn)為W,當(dāng)被測(cè)板有橫向位移時(shí),在滿足被測(cè)板的迎光面與 SW的交點(diǎn)位于攝像機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)的前提下,SW與被測(cè)板的迎光面的夾角Y盡可能小;攝像機(jī)視場(chǎng)的下光線記為MT,MT與水平線DC1在垂直面上的夾角η滿足式II的要求;ω < η < ω+1° II。本發(fā)明提出的裝置安裝在距被測(cè)對(duì)象一定距離的側(cè)面,因此該方法相對(duì)雙激光三 角測(cè)量法安裝方便,受熱輻射影響大大減小。該裝置可以解決目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)生 產(chǎn)線的上下雙激光三角測(cè)厚儀的安裝困難及受被測(cè)對(duì)象的高溫?zé)彷椛溆绊懙膯栴}。具體而 言,本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.由于在被測(cè)板的側(cè)面進(jìn)行厚度的測(cè)量,因此,被測(cè)板的高溫和鋼屑的 影響大大 減弱;2.由于在被測(cè)板的側(cè)面進(jìn)行厚度測(cè)量,因此,安裝時(shí)不會(huì)對(duì)既有的軋鋼生產(chǎn)線產(chǎn) 生任何影響;3.由于采用傾斜照明和傾斜成像,可以允許被測(cè)板的一定程度的翹曲;4.由于采用傾斜照明和擋板產(chǎn)生定位光邊緣,可以測(cè)量離焦量,因此,當(dāng)被測(cè)板 在軋機(jī)軌道上有橫向位置偏移時(shí),根據(jù)離焦量可以校正由于離焦所導(dǎo)致的像的放大率的變 化。


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明裝置的主視圖;圖3是本發(fā)明裝置的俯視圖;圖4是光帶示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例為本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明本發(fā)明的基本原理如圖1所示,其工作過程如下對(duì)于紅熱狀態(tài)的被測(cè)板2,采用綠光激光器1照射在被測(cè)板2的迎光面(本發(fā)明稱 被測(cè)板上靠近激光器的側(cè)面為被測(cè)板2的迎光面),產(chǎn)生一個(gè)“綠色光帶”,經(jīng)過濾光片3將 熱輻射和背景光等綠光以外的雜散光濾除后,被攝像機(jī)4的鏡頭成像于攝像機(jī)CCD靶面上, 將采集到的圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)7,經(jīng)圖像處理計(jì)算得出采集的成像光帶的像高h(yuǎn),根據(jù)像高 h與被測(cè)板2厚度d的對(duì)應(yīng)函數(shù)關(guān)系,即可得到板厚數(shù)據(jù)d。針對(duì)不同狀態(tài)的被測(cè)板2,激光器1的激光波長(zhǎng)也相應(yīng)的變化,總的原則是,激光 器1所發(fā)出的激光的顏色與被測(cè)板2本身發(fā)光的顏色或反射光的顏色不同就可以了。由于在生產(chǎn)過程中,被測(cè)板本身形狀有彎曲或扭曲,導(dǎo)致在測(cè)量點(diǎn)處被測(cè)板的底 面與水平面不平行,被測(cè)板的底面的方向存在一定的不確定性,圖中,設(shè)被測(cè)板2的前側(cè)面 的底邊上的一點(diǎn)為D,直線C1C2表示經(jīng)過D點(diǎn)的水平線,DC22表示被測(cè)板2繞D點(diǎn)的可能的 最大順時(shí)針傾斜位置,DC21表示被測(cè)板2繞D點(diǎn)的可能的最大逆時(shí)針傾斜位置,ω和-ω分 別表示被測(cè)板2可能的最大逆時(shí)針傾斜角和最大順時(shí)針傾斜角。圖2中主視圖和圖3中俯視圖反映了激光器1、攝像機(jī)4及被測(cè)板2的位置關(guān)系, 其主要特征為I)、在主視圖-圖2中,設(shè)激光出光點(diǎn)為S,則激光出光點(diǎn)S必須在被測(cè)板2底面的上方,且S與D的連線與水平線DC1的夾角β必須略大于被測(cè)板2可能的最大逆時(shí)針傾斜 角ω,從盡可能獲得最大照明亮度出發(fā),β又應(yīng)盡可能小,實(shí)際中,β可按下式確定ω < β < ω+1°(1)滿足⑴式,則激光器1所發(fā)出的光束,永遠(yuǎn)不可能照射到被測(cè)板2的下表面,所 以被測(cè)板2的下表面雖然可以在攝像機(jī)4中成像,但由于無激光照射,下表面在攝像機(jī)中總 是黑的;
II)、在主視圖-圖2中,攝像機(jī)的入射光孔T位于被測(cè)板2的底面下方,且視場(chǎng)的 下光線MT與水平線DC1的夾角η必須略大于被測(cè)板2可能的最大順時(shí)針傾斜角ω,從盡 可能正對(duì)被測(cè)板的迎光面出發(fā),n又應(yīng)盡可能小,實(shí)際中,n可按下式確定ω < η < ω+1°(2)滿足(2)式,則在任何時(shí)候,被測(cè)板2的上表面由于被測(cè)板2側(cè)面的阻擋,都不可 能被攝像機(jī)成像,在攝像機(jī)中,被測(cè)板2的上邊緣以上部分總是后面的黑屏6,因此,被測(cè)板 2的上邊緣以上部分在攝像機(jī)中總是黑的。主視圖-圖2中,當(dāng)被測(cè)板材有一定傾斜時(shí),只要滿足式(1)和式(2)條件,激光 就照射不到被測(cè)板2的下表面,且攝像機(jī)拍攝不到被測(cè)板2的上表面,于是攝像機(jī)所拍攝到 的光帶,就只與被測(cè)板2的側(cè)面對(duì)應(yīng),系統(tǒng)仍可以準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)板2厚度。III)、在俯視圖-圖3中,將擋板5的底邊上的一點(diǎn)記為W,SW為S與W之間的連 線,當(dāng)被測(cè)板2有橫向位移時(shí),在被測(cè)板靠近激光器的側(cè)面與SW的交點(diǎn)位于攝像機(jī)的視場(chǎng) 內(nèi)的前提下,SW與被測(cè)板靠近激光器的側(cè)面的夾角γ盡可能小。由于激光是傾斜照射到被測(cè)板2上,并且在靠近攝像機(jī)的一側(cè),有一塊擋板5擋住 約三分之一(具體按1/3士 )光斑直徑的激光光束,從而在被測(cè)板2的側(cè)面光帶上產(chǎn)生 一個(gè)清晰的沿厚度方向的光邊緣(圖4中的UV),當(dāng)被測(cè)板2側(cè)面在AB時(shí),該光邊緣為Pl, 當(dāng)被測(cè)板2發(fā)生橫移,側(cè)面移到AlBl時(shí),該光邊緣為Ρ2。計(jì)算機(jī)7與攝像機(jī)4相連,接收攝 像機(jī)4提供的采集圖像。計(jì)算機(jī)7可以應(yīng)用激光三角測(cè)量的原理,根據(jù)圖像中光邊緣的位 置X,來計(jì)算被測(cè)板2側(cè)面的橫向位置,即測(cè)量被測(cè)板2側(cè)面到攝像機(jī)4的離焦程度。具體 計(jì)算時(shí),在圖4的光帶圖像中,光邊緣UV的位置χ、光帶像高h(yuǎn)和板材厚度d的關(guān)系如下d = [k+aX (x-x0) ]h (3)其中,k是攝像機(jī)的成像鏡頭的比例系數(shù),χ是存在離焦時(shí)光邊緣的位置,X0是不 離焦時(shí)的光邊緣位置,Xtl在裝置安裝好后可以根據(jù)不離焦時(shí)圖像中的光帶邊緣UV位置來確 定,a是離焦校正系數(shù)。k和a可以用標(biāo)定的方法得到,即用兩塊已知厚度d的板材進(jìn)行測(cè)量,根據(jù)圖像得 到χ和h,帶入(3)式,解出k和a。計(jì)算機(jī)的處理流程在采集到光帶的圖像后(圖4),利用圖像處理中的邊緣檢測(cè), 先找到光帶右下角的點(diǎn)V的橫向位置X,再找到光帶G的上下邊緣并計(jì)算其高度差h,然后 利用(3)式計(jì)算板材厚度d。黑屏與攝像機(jī)分別處于被測(cè)板兩側(cè),其的大小和位置要求覆蓋整個(gè)攝像機(jī)視場(chǎng)。實(shí)施例圖2中,被測(cè)板2厚度量程=120mm,激光器出射口距被測(cè)板2水平距離1500mm, 距被測(cè)板2底面高度為210. 6mm ; β =8°
在圖3中,激光器主軸與攝像機(jī)光軸夾角26. 5度;攝像機(jī)下視場(chǎng)光線與水平線夾 角 η = 8. 05°。板材底面傾角范圍-8° < ω <8°所用攝像機(jī)傳感器C⑶像元尺寸為7. 6μπιΧ7. 6μπι,像元數(shù)量為1600X 1200;所用成像鏡頭的焦距=75mm,鏡頭距被測(cè)板2水平距離1500mm,鏡頭光孔T在被 測(cè)板2下表面以下距離240mm。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所 公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改,都落入本發(fā)明保 護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種板材厚度的激光測(cè)量裝置,其特征在于該裝置包括激光器(1)、攝像機(jī)(4)、黑屏(6)和計(jì)算機(jī)(7);使用時(shí),激光器(1)和黑屏(6)分別位于被測(cè)板(2)的兩側(cè),激光出光點(diǎn)S在被測(cè)板(2)底面上方,激光器(1)的出射光路上設(shè)置有擋板(5),擋板(5)在水平方向擋住約三分之一光斑直徑的激光光束;攝像機(jī)(4)與激光器(1)位于被測(cè)板(2)的同一側(cè),且攝像機(jī)的入射光孔T位于被測(cè)板(2)的底面下方,攝像機(jī)(4)的鏡頭前安裝有濾光片(3),計(jì)算機(jī)(7)與攝像機(jī)(4)相連;設(shè)被測(cè)板(2)的迎光面底邊上的一點(diǎn)為D,直線C1C2表示經(jīng)過D點(diǎn)的水平線,DC22表示被測(cè)板(2)繞D點(diǎn)的可能的最大順時(shí)針傾斜位置,DC21表示被測(cè)板(2)繞D點(diǎn)的可能的最大逆時(shí)針傾斜位置,ω和-ω分別表示被測(cè)板(2)可能的最大逆時(shí)針傾斜角和最大順時(shí)針傾斜角;S與D的連線與水平線DC1在垂直面上的夾角β滿足式I的要求,ω<β<ω+1°式I擋板(5)的底邊上的一點(diǎn)記為W,當(dāng)被測(cè)板(2)有橫向位移時(shí),在被測(cè)板的迎光面與SW的交點(diǎn)位于攝像機(jī)的視場(chǎng)內(nèi)的前提下,SW與被測(cè)板的迎光面的夾角γ盡可能??;攝像機(jī)(4)視場(chǎng)的下光線記為MT,MT與水平線DC1在垂直面上的夾角η滿足式II的要求;ω<η<ω+1°式II。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種板材厚度的激光測(cè)量裝置,包括激光器、攝像機(jī)、黑屏和計(jì)算機(jī)。使用時(shí),激光器和黑屏分別位于被測(cè)板的兩側(cè),激光出光點(diǎn)S在被測(cè)板底面上方,激光器的出射光路上設(shè)置有擋板,擋板擋住約三分之一光斑直徑的激光光束;攝像機(jī)與激光器位于被測(cè)板的同一側(cè),且攝像機(jī)的入射光孔T位于被測(cè)板的底面下方,攝像機(jī)的鏡頭前安裝有濾光片,計(jì)算機(jī)與攝像機(jī)相連;本發(fā)明綜合利用激光三角法和光學(xué)成像法原理,激光器傾斜照射到被測(cè)物體的側(cè)面,形成“光帶”,經(jīng)濾光片濾除激光波長(zhǎng)以外的雜散光后,成像于CCD靶面上,經(jīng)圖像處理得到被測(cè)物體厚度值。相對(duì)于目前工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用的雙激光三角測(cè)量激光測(cè)厚儀而言,安裝方便,受被測(cè)物體高溫?zé)彷椛溆绊懘蟠鬁p小。
文檔編號(hào)G01B11/06GK101825438SQ20101018186
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月26日
發(fā)明者熊志勇, 王丹, 莫婉玲, 趙斌 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)
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