專利名稱：一種激光自動測長儀的測量方法
技術領域：
本發明涉及一種工業在線測量方法，尤其涉及一種利用激光自動測長儀的測量方法。
現有技術在熱軋中厚板的生產過程中應用的長度測量和控制剪切應用的設備和手段主要包括兩類手工劃線測量人工對線剪切和定尺小車控制剪切。下面描述了這兩種方法的過程和存在的問題。
就手工方式而言，該手工控制剪切的操作過程包括在長度剪切機前設置一個標尺，標尺上刻有距離剪刃的距離值。被剪切鋼板到達后，劃線工根據板頭形狀劃出頭部剪切線。操作工根據此線剪切鋼板的頭部。在剪切頭部時劃線工根據鋼板尾部形狀和生產需要(定尺或非定尺)將尾部的剪切位置劃出。操作工控制鋼板到達畫出的剪切位置進行剪切。最后完成剪切過程。重復以上各步，進入下一個操作過程。
此方法存在的問題主要包括長度測量精度差，標尺上的刻度一般100mm一格。而且溫度補償要靠人工根據經驗估計，進一步影響測量精度。成材率低，人工劃線方式由于誤差大，為了保證產品不出現短尺，采用放大鋼板的長度余量降低鋼板的成材率。生產效率低，由于采用手工劃線和普通交流電機，定位速度慢，影響生產效率。工人勞動強度大，環境惡劣。鋼板生產時的溫度一般在200℃左右，有時高達500℃。
就定尺小車的測量控制方法而言，定尺小車的應用是為了解決鋼板生產過程中定尺板生產的低效率、精度差而研制的。此方法的工作方法如附
圖1所示。圖中顯示了定位小車的設備現場安裝。在生產輥道上方、剪切機1后安裝一套定位系統及基礎4。其中能夠移動的運動小車2是工作部分。小車的定位測量和傳動采用光電編碼器和齒輪齒條傳動3方法。在生產定尺鋼板的過程中，剪切長度確定后操作工控制將定位小車2移動。光電編碼器測量定位小車的位移。定位小車到需要的長度位置后停止，放下小車擋板。操作工操作輥到6將待剪切鋼板5送到擋板位置，鋼板裝到定位小車后被迫停止。此時鋼板達到剪切長度，操作工操作剪刀進行鋼板剪切。操作工抬起小車擋板放走剪切完畢鋼板。此過程完成鋼板的一次剪切過程。重復以上過程即可以剪切下一塊鋼板。
此方法存在的問題主要在于運用接觸式測量定位方法，設備承受比較大的沖擊力，設備容易出現故障。鋼板撞擊定位小車后有回彈，剪切精度仍難以控制。設備復雜龐大。由于鋼板自重在1噸以上，運行之中慣性比較大。為了讓鋼板停止小車的自重要達到十噸以上、甚至幾十噸，在生產線上是個龐然大物。且投資比較大，現場施工量比較大。機械設備的升降速度慢，生產效率低。只能剪切定尺板，對非定尺板不能使用。
本發明的目的在于提供一種新的測量方法，以解決現有技術中存在的問題。本發明提供的方法所要解決的問題主要包括改接觸式測量為非接觸式測量方式，提高系統的自動化程度。解決在線生產過程中鋼板的長度測量精度問題，提高設備的測量精度。定尺和非定尺鋼板同時測量和控制剪切功能。實現輥道自動和手動兩種方式連續調速，提高鋼板剪切過程中定位速度。減小設備的體積和現場施工量。
本發明提供的激光自動測長方法包括利用激光自動測長剪切裝置，包括激光測長儀、變頻控制系統、計算機控制終端等。激光測長儀是系統的檢測部分。計算機終端是系統的控制中心。變頻調速系統是系統的執行機構。操作工設定生產鋼板的長度。計算機根據實時的鋼板溫度和鋼種計算出溫度補償值。置輥道速度最大值，使鋼板進入測量區。當被測鋼板進入測量控制區域后，激光測長儀實時檢測鋼板頭部距離剪刃的距離即鋼板長度，然后將測量的數據實時傳送給計算機終端。計算機終端根據設定的剪切長度、紅外溫度計測量的溫度值、設定的長度公差計算出應該剪切的鋼板長度，然后根據目前鋼板的頭部位置和控制數學模型計算出實時的輥道運行速度和給定的頻率值，同時通過控制系統控制變頻器的運行頻率和輥道運行速度。當鋼板到達剪切位置時計算機向控制系統發出停止運行的命令，變頻器控制系統控制輥道停止運行。計算機發送剪切命令。此過程即完成一個運行周期。
附圖1是現有技術的定位小車測控方法示意圖。
附圖2是本發明的激光自動測長剪切裝置工作流程圖。
附圖3是本發明的激光發射系統示意圖。
附圖4是本發明的激光測長儀測量方法示意圖。
根據本發明的激光測長儀測量方法，如附圖3所示，其中激光器1發出激光經過準直光學系統2準直為平行光。擴束光學系統3將平行光擴束為條形光斑，形成測量需要的光束形狀。采用條形光束是為了解決鋼板在運動過程中跳動引起的測量誤差和無法測量。反射光學系統將測量光束照射到被測鋼板的頭部形成測量用照射光斑。鋼板將光斑散射。激光測長儀的工作方法是基于三角測量的方法。由于受到CCD器件的單元數限制和光學系統的制約每一個接收系統在保證測量精度的條件下測量范圍只能做到3M左右。因此對于測量區域大于3M的測量系統可以采用多個接收系統拼接的方法實現高精度測量。濾光片將背景光濾除后當前有效的接收透鏡將鋼板散射的光線成像到CCD上。接收到的系統光信號經CCD光電轉換后送給后級處理電路。處理電路對信號進行放大、二值化處理。然后送給計算機終端。計算機終端接收到信號后首先判斷鋼板位于那一個測量區，根據信號計算出鋼板在測量區的位置X。X=l•Yf•sinθ+Y•cosθ]]>X-鋼板頭部位置L-系統物距f-光學系統焦距Y-像點在CCD上的位置θ系統光軸與測量線的夾角計算機將綜合鋼板的測量區號和長度位置X計算出鋼板的長度值。長度的計算方法如下L=Σn=0NLn-1+x]]>L-測量長度Ln-相應測量區的長度X-測量位置本測量方法中激光測長儀是系統的核心技術。
本發明與現有技術比較所達到的技術效果主要有采用激光和CCD測量技術，實現了非接觸式測量。設備中去除承受沖擊的部件，可以很大程度上提高設備的使用壽命和無故障工作時間。系統的測量精度和控制精度高，測量精度為±5mm，控制剪切精度0-15mm。采用紅外測溫系統自動計算溫度補償長度值，消除人為因素對測量剪切的影響。應用本系統后鋼板剪切對準時間由原來的25秒提高到10秒鐘。提高生產效率。定尺和非定尺板具有同樣的剪切精度。應用變頻調速器作為系統的執行單元提高系統控制精度和速度，減輕工人的勞動強度。同時具有節能的效果。由于長度剪切精度的提高鋼板剪切的長度余量由原來的25mm以上減小到15mm以內，每塊鋼板的節材長度方向上達到10mm。設備小巧、靈活，安裝和調試不需要對生產線座大規模的改造工作。由于設備安裝于生產線的兩側，設備的檢修和維護不影響生產線的正常運行。
以下對本發明的一個實施例，即在中板生產線實現自動剪切加以描述。激光自動測長剪切裝置包括激光測長儀、變頻控制系統、計算機測量控制終端、操作盤等。激光測長儀是系統的檢測部分。計算機終端是系統的控制中心。變頻調速系統是系統的執行機構。
激光測長自動剪切工作過程包括激光自動測長剪切裝置包括激光測長儀、變頻控制系統、計算機控制終端等。激光測長儀是系統的檢測部分。計算機終端是系統的控制中心。變頻調速系統是系統的執行機構。操作工設定生產鋼板的長度。計算機根據實時的鋼板溫度和鋼種計算出溫度補償值。求出目標剪切長度值。置輥道速度為最大值，使鋼板進入測量區。當被測鋼板進入測量控制區域后，激光測長儀實時檢測鋼板頭部距離剪刃的距離即鋼板長度，然后將測量的數據實時傳送給計算機終端。計算機終端根據計算出的目標剪切長度、鋼板的頭部位置、控制數學模型計算出實時的輥道運行速度和給定的頻率值，同時通過控制系統控制變頻器的運行頻率和輥道運行速度。當鋼板到達剪切位置時計算機向控制系統發出停止運行的命令，變頻器控制系統控制輥道停止運行。計算機發送剪切命令。此過程即完成一個運行周期。
激光測長儀測量方法包括將激光器、光學準直系統、擴束光學系統做成發射箱安裝于輥道一側。將反射棱鏡光學系統安裝在輥道內。激光器1發出激光經過準直光學系統2準直為平行光。擴束光學系統3將平行光擴束為條形光斑，形成測量需要的光束形狀。條形光束能夠準確捕捉鋼板的頭部。反射光學系統將測量光束照射到被測鋼板的頭部形成測量用照射光斑。鋼板將光能量散射出去。激光測長儀的工作方法是基于三角測量的方法。由于受到CCD器件的單元數限制和光學系統的制約每一個接收系統在保證測量精度的條件下測量范圍只能做到3M。因此對于測量區域大于3M的測量系統可以采用多個接收系統拼接的方法實現高精度測量。根據測量的需要選取使用的測量系統數量。數量的選取依據的原則是(測量長度范圍-起始測量長度)/3。將測量接收箱安裝于輥道的另一側。濾光片將背景光濾除后當前有效的接收透鏡將鋼板散射的光線成像到CCD上。接收到的系統光信號經CCD光電轉換后送給后級處理電路。處理電路對信號進行放大、二值化處理。然后送給計算機終端。計算機終端接收到信號后首先判斷鋼板頭部位于那一個測量區，根據信號計算出鋼板頭部在本測量區的位置X。X=l•Yf•sinθ+Y•cosθ]]>X-鋼板頭部位置L-系統物距f-光學系統焦距Y-像點在CCD上的位置θ系統光軸與測量線的夾角計算機將綜合鋼板的測量區號N和長度位置X計算出鋼板的長度值。長度的計算方法如下L=Σn=0NLn-1+x]]>L-測量長度Ln-相應測量區的長度X-測量位置N鋼板頭部所在測量區
權利要求
1.一種激光測長方法，其特征在于激光器、光學準直系統、擴束光學系統做成發射箱安裝于輥道一側；反射棱鏡光學系統安裝在輥道內；激光器發出激光經過準直光學系統準直為平行光；擴束光學系統將平行光擴束為條形光斑，形成測量需要的光束形狀；反射光學系統將測量光束照射到被測鋼板的頭部形成測量用照射光斑；鋼板將光能量散射出去。
2.根據權利要求1的測長方法，其特征在于按照測量的需要選取使用的測量系統數量。
3.根據權利要求1的測長方法，其特征在于測量接收箱安裝于輥道的另一側。
4.根據權利要求1的測長方法，其特征在于濾光片將背景光濾除后，通過當前有效的接收透鏡將鋼板散射的光線成像到CCD上。
5.根據權利要求1的測長方法，其特征在于接收到的系統光信號經CCD光電轉換后送給后級處理電路。
6.根據權利要求1的測長方法，其特征在于處理電路對信號進行放大、二值化處理后，送給計算機終端。
7.根據權利要求1的測長方法，其特征在于計算機終端接收到信號后首先判斷鋼板頭部位于那一個測量區，根據信號計算出鋼板頭部在本測量區的位置。
8.根據權利要求1的測長方法，其特征在于計算機將綜合鋼板的測量區號和長度位置計算出鋼板的長度值。
全文摘要
一種激光測長儀測量方法,包括根據測量的需要選取使用的測量系統數量。將測量接收箱安裝于輥道的另一側。濾光片將背景光濾除后當前有效的接收透鏡將鋼板散射的光線成像到CCD上。接收到的系統光信號經CCD光電轉換后送給后級處理電路。處理電路對信號進行放大、二值化處理。然后送給計算機終端。計算機終端接收到信號后首先判斷鋼板頭部位于那一個測量區,根據信號計算出鋼板頭部在本測量區的位置。計算機將綜合鋼板的測量區號和長度位置計算出鋼板的長度值。
文檔編號G01B11/04GK1307225SQ0010057
公開日2001年8月8日 申請日期2000年1月26日 優先權日2000年1月26日
發明者盧治功, 劉先禮, 職連杰, 孫復森, 黃海霞, 高德鴻, 賈志國, 周杰, 王書建, 王志斌, 馬勝利 申請人:信息產業部電子第27研究所