光電測寬儀

摘要：本文主要介紹了應(yīng)用于帶鋼生產(chǎn)線上的光電測寬儀，并從測寬儀的原理，系統(tǒng)構(gòu)成，硬件及軟件功能等進行了介紹。

關(guān)鍵詞：光電測寬儀；原理；CCD

隨著帶鋼的生產(chǎn)工藝和自動化的水平不斷提高，對其寬度進行檢測，則需要進行在線自動化的檢測，因此在線測寬儀是帶鋼生產(chǎn)線上的一個重要檢測設(shè)備。

光電測寬儀采用5000像素的高分辨率線陣CCD器件作為寬度測量的傳感器。檢測過程中，由濾光片濾掉鋼板本身的紅色光，利用外部光源與背景之間的光學(xué)反差，根據(jù)光學(xué)成像原理，當有帶鋼通過攝像頭時，帶鋼按一定比例成像在CCD芯片上，產(chǎn)生視頻脈沖信號，如圖1所示。所得到的信號經(jīng)放大整形處理后，由工控機進行采集得到帶鋼邊緣位置對應(yīng)的脈沖數(shù)，利用標定時記錄的脈沖當量和標定基準位置對應(yīng)的脈沖數(shù)進行計算，得到被測帶鋼的寬度值。

如圖2所示，光電測寬儀采用雙攝像頭全視場測量方式。兩臺攝像機安裝在軋機出口處輥道上方同一水平位置，其光軸與軋線輥道平面垂直，在輥道下方裝有背景光源箱。調(diào)整兩臺攝像機使其視場覆蓋最大測量范圍，每臺攝像機可測得帶鋼兩邊緣在輥道平面上的投影位置，根據(jù)一定的幾何關(guān)系，可確定帶鋼兩邊緣在垂直平面內(nèi)的空間位置，進而準確計算出被測帶鋼的實際寬度。光電測寬儀能夠消除帶鋼彈跳、傾斜、邊浪、厚度變化所造成的測量誤差，保證測量精度。同時，采用背景光源能夠提高信噪比，產(chǎn)生穩(wěn)定的視頻脈沖信號，從而保證測量結(jié)果準確穩(wěn)定。

本文引用 計量裝置機應(yīng)用

由保定市藍鵬測控科技有限公司編寫

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3、光電測寬儀儀表構(gòu)成

光電測寬儀主要包括：檢測箱、中繼箱、背景光源箱、儀表柜等，如圖3所示。

3.1、檢測箱

檢測箱是測寬儀的頭部，安裝在精軋機出口處軋線上方的小房內(nèi)。檢測箱內(nèi)包括兩個CCD攝像機、攝像機安裝調(diào)整支架、定位激光器、二值化電路板、溫度檢測器等。箱內(nèi)還設(shè)有減振、水冷、吹掃裝置，以保證設(shè)備在生產(chǎn)條件下正常工作。

3.2、背景光源箱

背景光源箱為不銹鋼密封箱體，箱內(nèi)裝有兩個超長日光燈管和高頻電子鎮(zhèn)流器，既保證光源的長度又使其輸出更柔和平穩(wěn)。光源箱上部有通光玻璃和噴淋水管，噴淋水管既可吹掉通光玻璃上的污物又可對光源箱進行冷卻。

3.3、中繼箱

中繼箱放在測寬儀小房內(nèi)，箱內(nèi)有空氣開關(guān)、直流穩(wěn)壓電源、測溫二次表以及用來連接檢測箱與儀表柜之間信號的接線端子。

3.4、儀表柜

儀表柜是測寬儀的心臟部分，柜內(nèi)包括：高性能工控機、彩顯和通用鍵盤、用于觀測CCD各種信號波形用的雙線示波器、以及各種電源、開關(guān)、I/O板及接線端子等。從檢測箱來的信號在這里得到處理、顯示和輸出，與軋機計算機的數(shù)據(jù)交換也在此進行。

光電測寬儀主要由以下硬件組成，原理框圖如圖4所示：CCD時鐘電路板；CCD驅(qū)動與放大電路板；同步曝光與二值化電路板；光電耦合脈沖計數(shù)電路板；邏輯量I/0電路板；模擬量輸出電路板。

用戶可通過軟件實現(xiàn)測寬儀的各種功能。這些功能主要包括在線及離線寬度測量、參數(shù)設(shè)定、故障檢測、狀態(tài)維護、歷史數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)標定、數(shù)據(jù)校準等，功能框圖如圖5所示。該軟件具有強大的自診斷功能，能夠?qū)υO(shè)備部件進行測試，并且在測量、標定以及校準的同時自動進行故障檢測，提高了設(shè)備的維護性。

光電測寬儀可測量熱連軋廠帶鋼的寬度值。固定測寬儀安裝在精軋機出口處，作為成品寬度檢驗儀表，實時檢測帶鋼寬度值。光電測寬儀能夠提高帶鋼的檢測效率，提高測量速度，是高精度的在線寬度檢測設(shè)備。

本文引用 計量裝置機應(yīng)用

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摘要： 本文主要介紹了應(yīng)用于鋼板的CCD光電在線測寬儀的研發(fā)與應(yīng)用，并從測寬儀的原理、結(jié)構(gòu)組成等多方面進行了介紹。

關(guān)鍵詞：鋼板；測寬儀；CCD；

測寬儀可以測量鋼板的實際寬度，實時監(jiān)測寬度尺寸，及時超差報警提示，提高寬度控制精度。測寬儀可以測量中間坯寬度，作為同規(guī)格板坯生產(chǎn)的參考，在粗軋區(qū)域內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)鋼及往返多個道次的軋制，要求控制中間坯寬度，使之盡可能地接近軋制目標寬度和粗軋目標厚度，粗軋后不再對寬度進行調(diào)整，因此，粗軋區(qū)域的寬度控制就顯得尤為重要。根據(jù)中厚板生產(chǎn)現(xiàn)場，鋼板在精軋階段的自然寬展非常小，完成粗軋軋制的中間壞寬度十分接近精軋軋完時的鋼板寬度。

軋機為軋輥水平布置的雙機架四輥可逆軋機，分粗軋和精軋，無立輥，其生產(chǎn)線示意圖如圖所示。正常生產(chǎn)時，粗軋控制鋼板的寬度，精軋控制鋼板的板型和厚度。板坯PDI( Prime Dala Input)絕大部分以額定尺寸錄入，部分錄入人工卡量尺寸數(shù)值。為獲取板坯開軋前的實際寬度和袓軋軋后中間坯的寬度（接近精軋軋完后寬度），將 CCD測寬儀安裝在粗軋機前距轉(zhuǎn)鋼輥道 2m處。

測寬儀采用雙鏡筒光電測頭測量，雙鏡筒光電測頭是由兩組發(fā)射鏡頭和兩組接收鏡頭組成的利用LED潔凈光源和CCD成像法進行幾何尺寸測量的測頭。其基本測量原理如下圖所示：

圖中2個發(fā)射鏡頭內(nèi)設(shè)置有LED點光源，點光源發(fā)出的光通過透鏡變成平行光束分別射向2個接收鏡頭。通過接收鏡頭內(nèi)的透鏡使平行光束在光電轉(zhuǎn)換元件CCD芯片上成像（注：一個發(fā)射鏡頭和一個接收鏡頭組成一組光電測頭）。當被測物通過2束平行光構(gòu)成的視場時，在光電轉(zhuǎn)換元件的像上就會出現(xiàn)虛擬的陰影，設(shè)其寬度分別為L1、L2。經(jīng)過對光電轉(zhuǎn)換元件發(fā)出的電信號處理和計算可以得出L1、L2所對應(yīng)的尺寸B1、B2，B1加B2再加上兩個鏡頭之間的凈間距C即可得出被測物的寬度尺寸A。

寬度測量設(shè)備主要由以下幾部分組成：2組光電測頭、測頭安裝架、控制柜、工控機、顯示器、聲光報警器等。

3.1、光電測頭

每組光電測頭均由發(fā)射鏡頭、接收鏡頭、CCD、信號采集計算系統(tǒng)組成。每組發(fā)射鏡頭和接收鏡頭都是一套完整的物方遠心光路系統(tǒng)。所謂物方遠心光路系統(tǒng)是指將被測物放置在遠心光路（即平行光視場）中進行成像并進行尺寸測量的光學(xué)系統(tǒng)。物方遠心光路系統(tǒng)用于測量的優(yōu)點主要有兩個：一是成像邊界清晰，便于信號的捕捉和處理；二是被測物在沿平行光視場的軸向或徑向移動時，成像的大小都沒有變化，有利于提高測量精度。

CCD成像技術(shù)，CCD是電荷耦合器件（Charge Coupled Devices，簡稱CCD）成像檢測的基本原理是，被測物通過光學(xué)系統(tǒng)以一定的比例成像于CCD光敏區(qū)上，CCD的視頻輸出經(jīng)圖像采集卡采樣，量化形成具有一定灰度級分布的離散數(shù)字圖像，優(yōu)于圖像上的每個像素點都與被測物表面的區(qū)域一一對應(yīng)，反映了位置的光強信息，所以可以通過數(shù)字圖像處理，將結(jié)果換算后得到被測的實際情況。

3.2、測頭安裝架

測頭安裝架采用全鑄鐵結(jié)構(gòu)，能夠有效的防止粉塵、水霧等進入測寬儀內(nèi)部，損壞測寬儀。還具有固定作用，使得測寬儀良好運行。

3.3、控制柜及工控機

主控機柜內(nèi)裝控制和輔助電路以及終端機，主要完成整機供電控制、信號轉(zhuǎn)接以及數(shù)據(jù)的處理、顯示等。

3.4、顯示器

可詳細顯示測量所得寬度值，數(shù)字顯示。共有三種顯示方式：1、測寬儀機體顯示；2、外接顯示屏顯示；3、工控機顯示。

3.5、聲光報警器

超差報警系統(tǒng)是在測量輸出值的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進行鑒別，分析出不合格的鋼板寬度，從而輸出一個報警信號。這樣，生產(chǎn)線上不再需要人工機械去分析和判斷產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，只需對報警信號進行監(jiān)測就可確定鋼板是否合格。自動化程度提高，從而生產(chǎn)效率也大幅度提升。

超差報警系統(tǒng)主要特點是機械自動化。無需工作人員去計算判別，只需觀察是否報警。高效率，節(jié)省人力物力，提高生產(chǎn)品質(zhì)。

測寬儀出現(xiàn)超差報警后蜂鳴器將持續(xù)報警，紅色燈亮，顯示屏上顯示數(shù)據(jù)變?yōu)榧t色，多方位提醒人員對軋線進行檢查和處理；如偶爾超差后數(shù)據(jù)恢復(fù)正常不需檢查軋線情況，可在軟件界面將超差報警關(guān)閉后再重新打開。

利用雙鏡筒光電測頭測量鋼板寬度時，2組光電測頭分別安裝在鋼板的兩側(cè)，2組測頭的中心距是校核后的固定尺寸。當鋼板通過測頭的測量區(qū)時，鋼板邊沿在2組測頭的成像位置信號經(jīng)過采集電路采集后上傳到工控機進行計算，即可得出鋼板的寬度尺寸。寬度尺寸將實時顯示在于工控機連接的顯示器上。

① 定期檢查測寬儀內(nèi)部壓縮空氣吹掃情況，避免無壓縮空氣造成。

② 冬季水汽凝結(jié)在測寬儀測頭的鏡片上，造成測量不準，擦拭鏡頭即可。

③ 檢查輥道上鋼板位置，避免由于測寬儀掃描不到鋼板的邊緣而報故障，不測量或者測量結(jié)果為直線。

④ 認真檢查儀表柜上的按鈕位置以及指示燈狀態(tài)是否正常。

① 測量和顯示功能

可測量、顯示鋼板寬度值、寬度波動曲線、歷史數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)。

② 數(shù)據(jù)記錄和歷史查詢功能

可將鋼板的測量信息等進行記錄，并且記錄時間可長達1年，可隨時查閱歷史記錄，歷史記錄還可以作為出廠依據(jù)使用。

③ 通訊功能

可與上位機進行通訊，多種通訊接口可選。

④ 修正功能

測量誤差過大時可自動或手動校準。

⑤ 自我診斷功能

出現(xiàn)故障時，進行聲光報警，根據(jù)不同的軋材可設(shè)置超差報警上下限。

⑥測量范圍調(diào)節(jié)功能

根據(jù)軋材的不同大小進行測量范圍調(diào)節(jié)，同時可采用校準量塊進行精度校準。

CCD光電測寬儀，可進行無損在線檢測，應(yīng)用于鋼板、扁鋼、帶鋼、鋼帶、金屬板、鐵板、合金板等的寬度測量中。

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