專利名稱：一種板材厚度的激光測量裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于線性尺寸測量技術領域，涉及一種物體厚度測量裝置，具體為一種板 材厚度的激光測量裝置。由于采用激光傾斜照明綜合利用激光三角法和光學成像法的原 理，因此安裝方便，受被測對象高溫熱輻射的影響較小。本發(fā)明可以用于冶金工業(yè)等領域中 的板厚測量。
背景技術：
為了滿足現(xiàn)代工業(yè)的高效、精確、實時在線的主動測量要求，各種非接觸實時在線 測量方法隨之出現(xiàn)，對于板厚測量而言，目前國內外各種生產(chǎn)線上使用的非接觸測厚方法 主要包括射線法、渦流法、電容法、光學法等。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，而且測量環(huán)境要求高、測量精度受外界因素影響較大，相比之下射線法、光學法 適合于各種生產(chǎn)線，因而廣泛應用于現(xiàn)代板厚測量中。射線法測量精度高，可以達到小于等于待測物厚度的士0. 2%，能夠實現(xiàn)快速非接 觸測量，但射線對操作人員有害而且污染環(huán)境。目前工業(yè)現(xiàn)場測厚大都采用上下雙激光三角測量法，兩探頭分別位于被測板的上 下表面兩側，給安裝帶來了一定的困難，再者，對于高溫工作場合，被測對象的大面積高溫 輻射，激光器、光學透鏡及光敏器件都會受到影響，整個系統(tǒng)的測量精度難以保證甚至威脅 到其正常運行，系統(tǒng)中的各個器件的使用壽命也將受到影響。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種板材厚度的激光測量裝置，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。本發(fā)明提供的一種板材厚度的激光測量裝置，其特征在于該裝置包括激光器、攝 像機、黑屏和計算機；使用時，激光器和黑屏分別位于被測板的兩側，激光出光點S在被測板底面上方， 激光器的出射光路上設置有擋板，擋板在水平方向擋住約三分之一光斑直徑的激光光束； 攝像機與激光器位于被測板的同一側，且攝像機的入射光孔T位于被測板的底面下方，攝 像機的鏡頭前安裝有濾光片，計算機與攝像機相連；被測板的迎光面底邊上的一點記為D，直線C1C2表示經(jīng)過D點的水平線，DC22表示 被測板繞D點的可能的最大順時針傾斜位置，DC21表示被測板繞D點的可能的最大逆時針 傾斜位置，ω和-ω分別表示被測板可能的最大逆時針傾斜角和最大順時針傾斜角；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設擋板的底邊上的一點為W，當被測板有橫向位移時，在滿足被測板的迎光面與 SW的交點位于攝像機的視場內的前提下，SW與被測板的迎光面的夾角Y盡可能小；攝像機視場的下光線記為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對象一定距離的側面，因此該方法相對雙激光三 角測量法安裝方便，受熱輻射影響大大減小。該裝置可以解決目前廣泛應用于工業(yè)現(xiàn)場生 產(chǎn)線的上下雙激光三角測厚儀的安裝困難及受被測對象的高溫熱輻射影響的問題。具體而 言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.由于在被測板的側面進行厚度的測量，因此，被測板的高溫和鋼屑的 影響大大 減弱；2.由于在被測板的側面進行厚度測量，因此，安裝時不會對既有的軋鋼生產(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，可以測量離焦量，因此，當被測板 在軋機軌道上有橫向位置偏移時，根據(jù)離焦量可以校正由于離焦所導致的像的放大率的變 化。
圖1是本發(fā)明裝置的結構示意圖；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。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例為本發(fā)明作進一步詳細的說明本發(fā)明的基本原理如圖1所示，其工作過程如下對于紅熱狀態(tài)的被測板2，采用綠光激光器1照射在被測板2的迎光面(本發(fā)明稱 被測板上靠近激光器的側面為被測板2的迎光面)，產(chǎn)生一個“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4的鏡頭成像于攝像機CCD靶面上， 將采集到的圖像傳輸?shù)接嬎銠C7，經(jīng)圖像處理計算得出采集的成像光帶的像高h，根據(jù)像高 h與被測板2厚度d的對應函數(shù)關系，即可得到板厚數(shù)據(jù)d。針對不同狀態(tài)的被測板2，激光器1的激光波長也相應的變化，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，被測板本身形狀有彎曲或扭曲，導致在測量點處被測板的底 面與水平面不平行，被測板的底面的方向存在一定的不確定性，圖中，設被測板2的前側面 的底邊上的一點為D，直線C1C2表示經(jīng)過D點的水平線，DC22表示被測板2繞D點的可能的 最大順時針傾斜位置，DC21表示被測板2繞D點的可能的最大逆時針傾斜位置，ω和-ω分 別表示被測板2可能的最大逆時針傾斜角和最大順時針傾斜角。圖2中主視圖和圖3中俯視圖反映了激光器1、攝像機4及被測板2的位置關系， 其主要特征為I)、在主視圖-圖2中，設激光出光點為S，則激光出光點S必須在被測板2底面的上方，且S與D的連線與水平線DC1的夾角β必須略大于被測板2可能的最大逆時針傾斜 角ω，從盡可能獲得最大照明亮度出發(fā)，β又應盡可能小，實際中，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，永遠不可能照射到被測板2的下表面，所 以被測板2的下表面雖然可以在攝像機4中成像，但由于無激光照射，下表面在攝像機中總 是黑的；
II)、在主視圖-圖2中，攝像機的入射光孔T位于被測板2的底面下方，且視場的 下光線MT與水平線DC1的夾角η必須略大于被測板2可能的最大順時針傾斜角ω，從盡 可能正對被測板的迎光面出發(fā)，n又應盡可能小，實際中，n可按下式確定ω < η < ω+1°(2)滿足(2)式，則在任何時候，被測板2的上表面由于被測板2側面的阻擋，都不可 能被攝像機成像，在攝像機中，被測板2的上邊緣以上部分總是后面的黑屏6，因此，被測板 2的上邊緣以上部分在攝像機中總是黑的。主視圖-圖2中，當被測板材有一定傾斜時，只要滿足式(1)和式(2)條件，激光 就照射不到被測板2的下表面，且攝像機拍攝不到被測板2的上表面，于是攝像機所拍攝到 的光帶，就只與被測板2的側面對應，系統(tǒng)仍可以準確測量被測板2厚度。III)、在俯視圖-圖3中，將擋板5的底邊上的一點記為W，SW為S與W之間的連 線，當被測板2有橫向位移時，在被測板靠近激光器的側面與SW的交點位于攝像機的視場 內的前提下，SW與被測板靠近激光器的側面的夾角γ盡可能小。由于激光是傾斜照射到被測板2上，并且在靠近攝像機的一側，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，從而在被測板2的側面光帶上產(chǎn)生 一個清晰的沿厚度方向的光邊緣(圖4中的UV)，當被測板2側面在AB時，該光邊緣為Pl， 當被測板2發(fā)生橫移，側面移到AlBl時，該光邊緣為Ρ2。計算機7與攝像機4相連，接收攝 像機4提供的采集圖像。計算機7可以應用激光三角測量的原理，根據(jù)圖像中光邊緣的位 置X，來計算被測板2側面的橫向位置，即測量被測板2側面到攝像機4的離焦程度。具體 計算時，在圖4的光帶圖像中，光邊緣UV的位置χ、光帶像高h和板材厚度d的關系如下d = [k+aX (x-x0) ]h (3)其中，k是攝像機的成像鏡頭的比例系數(shù)，χ是存在離焦時光邊緣的位置，X0是不 離焦時的光邊緣位置，Xtl在裝置安裝好后可以根據(jù)不離焦時圖像中的光帶邊緣UV位置來確 定，a是離焦校正系數(shù)。k和a可以用標定的方法得到，即用兩塊已知厚度d的板材進行測量，根據(jù)圖像得 到χ和h，帶入(3)式，解出k和a。計算機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， 先找到光帶右下角的點V的橫向位置X，再找到光帶G的上下邊緣并計算其高度差h，然后 利用(3)式計算板材厚度d。黑屏與攝像機分別處于被測板兩側，其的大小和位置要求覆蓋整個攝像機視場。實施例圖2中，被測板2厚度量程=120mm，激光器出射口距被測板2水平距離1500mm， 距被測板2底面高度為210. 6mm ； β =8°
在圖3中，激光器主軸與攝像機光軸夾角26. 5度；攝像機下視場光線與水平線夾 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，鏡頭距被測板2水平距離1500mm，鏡頭光孔T在被 測板2下表面以下距離240mm。以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應該局限于該實施例和附圖所 公開的內容。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 護的范圍。
權利要求
一種板材厚度的激光測量裝置，其特征在于該裝置包括激光器(1)、攝像機(4)、黑屏(6)和計算機(7)；使用時，激光器(1)和黑屏(6)分別位于被測板(2)的兩側，激光出光點S在被測板(2)底面上方，激光器(1)的出射光路上設置有擋板(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(4)與激光器(1)位于被測板(2)的同一側，且攝像機的入射光孔T位于被測板(2)的底面下方，攝像機(4)的鏡頭前安裝有濾光片(3)，計算機(7)與攝像機(4)相連；設被測板(2)的迎光面底邊上的一點為D，直線C1C2表示經(jīng)過D點的水平線，DC22表示被測板(2)繞D點的可能的最大順時針傾斜位置，DC21表示被測板(2)繞D點的可能的最大逆時針傾斜位置，ω和-ω分別表示被測板(2)可能的最大逆時針傾斜角和最大順時針傾斜角；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)的底邊上的一點記為W，當被測板(2)有橫向位移時，在被測板的迎光面與SW的交點位于攝像機的視場內的前提下，SW與被測板的迎光面的夾角γ盡可能小；攝像機(4)視場的下光線記為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量裝置，包括激光器、攝像機、黑屏和計算機。使用時，激光器和黑屏分別位于被測板的兩側，激光出光點S在被測板底面上方，激光器的出射光路上設置有擋板，擋板擋住約三分之一光斑直徑的激光光束；攝像機與激光器位于被測板的同一側，且攝像機的入射光孔T位于被測板的底面下方，攝像機的鏡頭前安裝有濾光片，計算機與攝像機相連；本發(fā)明綜合利用激光三角法和光學成像法原理，激光器傾斜照射到被測物體的側面，形成“光帶”，經(jīng)濾光片濾除激光波長以外的雜散光后，成像于CCD靶面上，經(jīng)圖像處理得到被測物體厚度值。相對于目前工業(yè)現(xiàn)場采用的雙激光三角測量激光測厚儀而言，安裝方便，受被測物體高溫熱輻射影響大大減小。
文檔編號G01B11/06GK101825438SQ20101018186
公開日2010年9月8日 申請日期2010年5月26日 優(yōu)先權日2010年5月26日
發(fā)明者熊志勇, 王丹, 莫婉玲, 趙斌 申請人:華中科技大學