專利名稱：光電在線測寬儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用CCD線陣圖象傳感器探測生產(chǎn)過程中物體寬度的裝置。
在生產(chǎn)過程中，長期以來一直沿用的是對離線樣品多點寬度卡尺實測的方法，其不能保證產(chǎn)品質(zhì)量，而且勞動強度大，工人們迫切需要一種新的檢測方法，來替代人工操作。
為解決這個問題，近年來發(fā)展了CCD測寬儀，但由于物體在作高速運動，要精密測量物體的幾何量很困難，一般還是采用離線抽樣檢查辦法，利用這種方法，不能進行在線測量和實時控制，因而對保證產(chǎn)品質(zhì)量還是有一定的困難。
本發(fā)明的目的是提供一種改進的光電在線測寬儀，它不但能隨時進行測量和修正軋制參數(shù)，而且能夠有效地克服一般測量儀由于目標發(fā)出的輻射或照明光強度變化引起的誤差，從而獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品。
先對本發(fā)明的附圖作一些說明

圖1是本發(fā)明的光電在線測寬儀的工作框圖。圖中，1為CCD線陣攝像機，2為CCD驅(qū)動板，3為一號放大器，4為低通濾波器，5為模擬比較器，6、7分別為前沿和后沿閾值采樣保持器，8為選擇開關(guān)，9為二號放大器，10為固定閾值和自動閾值切換電路，11為三號放大器，12、14分別為前沿和后沿觸發(fā)電路，13、15為數(shù)字存儲器，16為時序及計數(shù)電路，17、18分別為前沿和后沿采樣脈沖發(fā)生器，19為數(shù)字比較器，20為計算機并行接口，21為計算機，22為控制電路，23為曝光量采樣脈沖發(fā)生器，24為加法器/選擇器，25為曝光量采樣保持電路，26為積分器，27為曝光范圍調(diào)節(jié)電路，28為電壓-電流變換器，29為曝光量控制器。
圖2是本光電在線測寬儀的外形示意圖，圖中示出了安裝有光學系統(tǒng)和CCD線陣圖像傳感器的測寬儀頭部30、線路箱31、顯示裝置32和打印裝置33。
本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的由CCD線陣攝像機1接收被測物體的信號串接CCD驅(qū)動電路2、放大器3、低通濾波器4得到被測物體在寬度方向的視頻信號。同時在CCD驅(qū)動電路2的輸出端設(shè)置了前沿閾值采樣保持電路6和后沿采樣保持電路7，分別對前沿和后沿的峰值采樣，作為測寬儀的閾值。前沿和后沿的采樣時間長短由前沿采樣脈沖發(fā)生器17和后沿采樣脈沖發(fā)生器18來控制。當視頻信號前沿剛結(jié)束達到平頂時，對視頻信號采樣作為前沿閾值，而在視頻信號即將離開平頂開始下降時，對視頻信號采樣作為后沿閾值。當一幀視頻信號開始時，選擇開關(guān)8將前沿閾值采樣保持電路6的信號送到放大器9通過串接的固定閾值和自動閾值切換電路10后再送到放大器11放大后作為前沿的閾值，與低通濾波器4輸出的視頻信號在比較器5中比較，確定視頻信號的前沿位置，在前沿位置確定后，選擇開關(guān)8自動轉(zhuǎn)到后沿閾值采樣電路7的輸出，為確定后沿位置作準備;當?shù)屯V波器4輸出的視頻信號達到后沿位置時，通過它與后沿閾值比較確定后沿位置;比較器5輸出的脈沖信號分別通過前沿觸發(fā)電路12和后沿觸發(fā)電路14觸發(fā)將前沿和后沿發(fā)生的時間鎖存在數(shù)字存儲器13、15中，然后送到計算機21將前后沿采樣時間通過并行接口20送到數(shù)字比較器19，它和時序電路16送來的時序信號比較，產(chǎn)生前沿和后沿采樣脈沖分別送到前沿采樣脈沖發(fā)生電路17和后沿采樣脈沖發(fā)生電路18，產(chǎn)生具有一定寬度的前沿和后沿采樣脈沖。時序電路16的時序信號還鎖至數(shù)字存儲器13和15;固定閾值和自動閾值切換電路10在開機時置于閾值，在檢測到被測物體并輸出一幀信號后轉(zhuǎn)到自動閾值，亦可由操作人員置于固定閾值。視頻信號前沿和后沿出現(xiàn)飽和時往往使視頻信號失真，引起前沿和后沿位置測量不準。為了避免前沿和后沿出現(xiàn)飽和，對前沿和后沿閾值采樣保持電路6和7的輸出送到加法器/選擇器24處理，其輸出為前沿閾值和后沿閾值之和或前沿閾值和后沿閾值中最大的一個信號。曝光量采樣保持電路25對加法器/選擇器24的輸出進行采樣，采樣時間由曝光量采樣脈沖發(fā)生器23來控制;電路25的輸出通過積分器26積分，送到曝光范圍調(diào)節(jié)電路27，然后串接電壓電流變換器28和曝光量控制電路29組成的壓控振蕩器控制CCD攝像機的曝光量，使視頻信號的前沿和后沿不出現(xiàn)飽和失真，并能保持足夠幅度和信噪比的視頻信號，提高了測量精度，控制單元22分別控制選擇開關(guān)8、固定和自控閾值切換電路10、曝光量采樣脈沖發(fā)生器23、加法器/選擇器24電路的工作。
本發(fā)明的發(fā)明人推薦如下實施例采用折反式光學系統(tǒng)，系統(tǒng)焦距500毫米，口徑110毫米。
CCD線陣圖象傳感器輸出的兩路模擬信號，經(jīng)暗電平補償，兩路合并，然后經(jīng)過閾值比較器輸出與物體寬度對應(yīng)的方波脈沖，并將與物體兩個邊緣對應(yīng)的計算值(即CCD象元號)鎖入寄存器，由單片機定時讀出并處理。閾值跟隨電路是當鋼帶溫度變化，自動調(diào)整閾值電平，使其始終正確對準物體邊緣區(qū)對應(yīng)的位置?？紤]到熱軋板材溫度變化較大，設(shè)置了專門的積分自動曝光量控制裝置和專門的雙邊自適應(yīng)閾值跟隨裝置，使信號的峰值電平始終箝在某一電平。
積分自動曝光量控制裝置是這樣組成的，由前沿和后沿閾值采樣保持器6和7的輸出送到加法器/選擇器24處理，其輸出為前沿閾值和后沿閾值之和或前沿閾值和后沿閾值中最大的一個信號，然后送到曝光量采樣保持電路25，曝光量采樣保持電路25對加法器/選擇器24的輸出進行采樣，采樣時間由曝光量采樣脈沖發(fā)生器23來控制，曝光量采樣保持電路25的輸出通過積分器26積分，送往曝光范圍調(diào)節(jié)電路27，然后由電壓電流變換器28和曝光量控制電路29組成壓控振蕩器控制CCD攝像機的曝光量。
雙邊自適應(yīng)閾值跟隨裝置是這樣組成的，當一幀視頻信號開始時，選擇開關(guān)8將前沿閾值采樣保持電路6的信號送到放大器9通過串接的固定閾值和自動閾值切換電路10后，再送到放大器11放大后作為前沿的閾值，與低通濾波器4輸出的視頻信號在比較器5中比較，確定試頻信號的前沿位置。在前沿位置確定后，選擇開關(guān)8自動轉(zhuǎn)動后沿閾值采樣電路7的輸出，為確定后沿位置作準備;比較器5輸出的脈沖信號分別通過前沿觸發(fā)電路12和后沿觸發(fā)電路14觸發(fā)前沿采樣脈沖發(fā)生器17和后沿采樣脈沖發(fā)生器18，即將前沿和后沿發(fā)生的時間鎖存在數(shù)字存儲器13、15中。然后送到計算機21處理計算出寬度和前后沿采樣時間，在由計算機21將前后采樣時間通過并行接口20送到數(shù)字比較器19和時序電路16送來的時序信號比較，產(chǎn)生前、后沿采樣脈沖，分別觸發(fā)前沿采樣脈沖發(fā)生電路17和后沿采樣脈沖發(fā)生電路18。
由本發(fā)明的發(fā)明人安裝的樣機，經(jīng)實地使用，其性能滿足以下指標1.測量寬度135-300毫米2.測量誤差實驗室靜態(tài)測量小于±0.5毫米現(xiàn)場在線測量小于±1.0毫米3.帶鋼溫度900-1500攝氏度4.帶鋼速度2.3-2.7米/秒5.儀器分辨率0.2毫米6.穩(wěn)定性24小時內(nèi)漂移小于0.2毫米(實驗室)7.溫度漂移小于±0.01毫米/攝氏度8.工作環(huán)境溫度10-50攝氏度本發(fā)明有如下積極效果光電在線測寬儀采用了先進的被動式測量方法，解決了以往主動式測寬儀器照明光原壽命短，安裝不便，難以適應(yīng)軋鋼車間惡劣環(huán)境等弊病。并采用獨特的電路設(shè)計及高速實時處理方法，解決了帶鋼表面氧化鐵皮、水珠等因素干擾。該測寬儀并采用了較好的隔熱、防震、防塵結(jié)構(gòu)，在儀器安裝設(shè)計上有符合老廠改造使用新技術(shù)的特點。該測寬儀在線精度優(yōu)于1毫米，對帶鋼寬度的變化有較高的跟蹤精度與較快的響應(yīng)時間，可作為計算機軋制線全線閉環(huán)控制中一個關(guān)鍵前饋檢測儀，可在冶金行業(yè)中大力推廣。
權(quán)利要求
1.由CCD線陣圖像傳感器、光學系統(tǒng)、微機采集處理、大屏幕顯示、打印裝置、外殼及電子線路部分組成的光電在線測寬儀，其特征在于由CCD線陣攝像機1接收被測物體的信號，串接CCD驅(qū)動電路2、放大器3低通濾波器4得到被測物體在寬度方向的視頻電信號，同時在CCD驅(qū)動電路2的輸出端設(shè)置了前沿閾值采樣保持電路6和后沿采樣保持電路7，分別對前沿和后沿峰值采樣，作為測寬儀的閾值前沿和后沿的采樣時間長短由前沿采樣脈沖發(fā)生器17和后沿采樣脈沖發(fā)生器18來控制；當一幀視頻信號開始時，選擇開關(guān)8將前沿閾值采樣保持電路6的信號送到放大器9，通過串接固定閾值和自動閾值切換電路10后再送到放大器11放大后作為前沿的閾值，與低通濾波器4輸出的視頻信號在比較器5中比較，確定視頻信號的前沿位置；在前沿位置確定后，選擇開關(guān)8自動轉(zhuǎn)到后沿閾值采樣電路7的輸出，為確定后沿位置作準備；當?shù)屯V波器4輸出的視頻信號達到后沿位置時，通過它與后沿閾值比較確定后沿位置；比較器5輸出的前沿脈沖信號和后沿脈沖信號分別通過前沿觸發(fā)電路12和后沿觸發(fā)電路14，將前沿和后沿發(fā)生的時間鎖存的數(shù)字存儲器13、15中，然后送到計算機21處理計算出寬度和前后沿采樣時間；再由計算機21將前后沿采樣時間通過并行接口20送到數(shù)字比較器19和時序路16送來的時序信號比較，產(chǎn)生前沿和后沿采樣脈沖分別送到前沿采樣脈沖發(fā)生電路17和后沿采樣脈沖發(fā)生電路18，產(chǎn)生具有一定寬度的前沿和后沿采樣脈沖時序電路16的時序信號還饋至數(shù)字存儲器13和15；前沿和后沿閾值采樣保持器6和7的輸出送到加法器/選擇器24處理，其輸出為前沿閾值和后沿閾值之和或前沿閾值和后沿閾值中最大的一個信號；曝光量采樣保持電路25對加法器/選擇器24的輸出進行采樣，采樣時間由曝光量采樣脈沖發(fā)生器23來控制曝光量采樣保持電路25的輸出通過積分器26積分，送到曝光范圍調(diào)節(jié)電路27，然后串接電壓電流變換器28和曝光量控制電路29組成的壓控振蕩器控制CCD攝像機的曝光量；控制單元22分別控制選擇開關(guān)8、固定和自控閾值切換電路10、曝光量采樣脈沖發(fā)生器23、加法器/選擇器24電路的工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測寬儀，其特征在于具有專門的積分自動曝光量控制裝置，它是由前沿和后沿閾值采樣保持器6和7的輸出送到加法器/選擇器24處理，其輸出為前沿閾值和后沿閾值之和或前沿閾值和后沿閾值中最大的一個信號，然后送到曝光量采樣保持電路25，曝光量采樣保持電路25對加法器/選擇器24的輸出進行采樣，采樣時間由曝光量采樣脈沖發(fā)生器23來控制，曝光量采樣保持電路25的輸出通過積分器26積分，送往曝光范圍調(diào)節(jié)電路27，然后由電壓電流變換器28和曝光量控制電路29組成的壓控振蕩器控制CCD攝像機的曝光量所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測寬儀，其特征在于具有專門的雙邊自適應(yīng)閾值跟隨裝置，它是這樣具體組成的
當一幀視頻信號開始時，選擇開關(guān)8將前沿閾值采樣保持電路6的信號送到放大器9通過串接的固定閾值和自動閾值切換電路10后再送到放大器11放大后作為前沿的閾值，與低通濾波器4輸出的視頻信號在比較器5中比較，確定視頻信號的前沿位置;在前沿位置確定后，選擇開關(guān)8自動轉(zhuǎn)到后沿閾值采樣電路7的輸出，為確定后沿位置作準備;比較器5輸出的脈沖信號分別通過前沿觸發(fā)電路12和后沿觸發(fā)電路14，將前沿和后沿發(fā)生的時間鎖存在數(shù)字存儲器13、15中，然后送到計算機21處理計算出寬度和前后沿采樣時間，再由計算機21將前后沿采樣時間通過并行接口20送到數(shù)字比較器19和時序電路16送來的時序信號比較，產(chǎn)生前后沿采樣脈沖，分別觸發(fā)前沿采樣脈沖發(fā)生電路17和后沿采樣脈沖發(fā)生電路18。
全文摘要
本發(fā)明公開了由CCD線陣圖象傳感器、光學系統(tǒng)、微機采集處理、大屏幕顯示、打印、外殼及電子線路部分組成的光電在線測寬儀，它具有獨特的積分自動曝光量控制裝置和雙邊自適應(yīng)閾值跟隨裝置，特別適合于熱軋帶鋼的在線測試，其精度優(yōu)于1毫米，對帶鋼的寬度變化有較高的跟蹤精度和較快的響應(yīng)時間。
文檔編號G01B21/06GK1047921SQ9010282
公開日1990年12月19日 申請日期1990年3月28日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月28日
發(fā)明者林金華, 周世椿, 顧影帆, 季姜娣, 茅鈺英, 方抗美 申請人:中國科學院上海技術(shù)物理研究所