專利名稱：光電在線測寬儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用CCD線陣圖象傳感器探測生產過程中物體寬度的裝置。
在生產過程中，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，其不能保證產品質量，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，因而對保證產品質量還是有一定的困難。
本發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，而且能夠有效地克服一般測量儀由于目標發出的輻射或照明光強度變化引起的誤差，從而獲得高質量的產品。
先對本發明的附圖作一些說明
圖1是本發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，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電路，13、15為數字存儲器，16為時序及計數電路，17、18分別為前沿和后沿采樣脈沖發生器，19為數字比較器，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為曝光范圍調節電路，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。
本發明的目的是這樣來實現的由CCD線陣攝像機1接收被測物體的信號串接CCD驅動電路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驅動電路2的輸出端設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生器17和后沿采樣脈沖發生器18來控制。當視頻信號前沿剛結束達到平頂時，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8自動轉到后沿閾值采樣電路7的輸出，為確定后沿位置作準備;當低通濾波器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電路12和后沿觸發電路14觸發將前沿和后沿發生的時間鎖存在數字存儲器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送到數字比較器19，它和時序電路16送來的時序信號比較，產生前沿和后沿采樣脈沖分別送到前沿采樣脈沖發生電路17和后沿采樣脈沖發生電路18，產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，送到曝光范圍調節電路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8、固定和自控閾值切換電路10、曝光量采樣脈沖發生器23、加法器/選擇器24電路的工作。
本發明的發明人推薦如下實施例采用折反式光學系統，系統焦距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，經暗電平補償，兩路合并，然后經過閾值比較器輸出與物體寬度對應的方波脈沖，并將與物體兩個邊緣對應的計算值(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，自動調整閾值電平，使其始終正確對準物體邊緣區對應的位置。考慮到熱軋板材溫度變化較大，設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，送往曝光范圍調節電路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8自動轉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電路12和后沿觸發電路14觸發前沿采樣脈沖發生器17和后沿采樣脈沖發生器18，即將前沿和后沿發生的時間鎖存在數字存儲器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送到數字比較器19和時序電路16送來的時序信號比較，產生前、后沿采樣脈沖，分別觸發前沿采樣脈沖發生電路17和后沿采樣脈沖發生電路18。
由本發明的發明人安裝的樣機，經實地使用，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測量小于±0.5毫米現場在線測量小于±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.穩定性24小時內漂移小于0.2毫米(實驗室)7.溫度漂移小于±0.01毫米/攝氏度8.工作環境溫度10-50攝氏度本發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，難以適應軋鋼車間惡劣環境等弊病。并采用獨特的電路設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、防塵結構，在儀器安裝設計上有符合老廠改造使用新技術的特點。該測寬儀在線精度優于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時間，可作為計算機軋制線全線閉環控制中一個關鍵前饋檢測儀，可在冶金行業中大力推廣。
權利要求
1.由CCD線陣圖像傳感器、光學系統、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驅動電路2的輸出端設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生器17和后沿采樣脈沖發生器18來控制；當一幀視頻信號開始時，選擇開關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8自動轉到后沿閾值采樣電路7的輸出，為確定后沿位置作準備；當低通濾波器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電路12和后沿觸發電路14，將前沿和后沿發生的時間鎖存的數字存儲器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送到數字比較器19和時序路16送來的時序信號比較，產生前沿和后沿采樣脈沖分別送到前沿采樣脈沖發生電路17和后沿采樣脈沖發生電路18，產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，送到曝光范圍調節電路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8、固定和自控閾值切換電路10、曝光量采樣脈沖發生器23、加法器/選擇器24電路的工作。
2.根據權利要求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，送往曝光范圍調節電路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.根據權利要求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8自動轉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電路12和后沿觸發電路14，將前沿和后沿發生的時間鎖存在數字存儲器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送到數字比較器19和時序電路16送來的時序信號比較，產生前后沿采樣脈沖，分別觸發前沿采樣脈沖發生電路17和后沿采樣脈沖發生電路18。
全文摘要
本發明公開了由CCD線陣圖象傳感器、光學系統、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閾值跟隨裝置，特別適合于熱軋帶鋼的在線測試，其精度優于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 優先權日1990年3月28日
發明者林金華, 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物理研究所