前语
带钢质量检测带钢宽度是带钢出产中的一个重要的质量指标。为确保带钢出产的质量操控, 需求在带钢轧制进程中对带宽进行在线监测, 以利于进步产品的宽度功能指标。本文提出的带钢测宽仪运用线阵CCD 图画检测技能, 完成了传动带钢的非触摸动态宽度丈量及带钢宽度超差报警。
运用CCD 技能对产品表面质量进行实时检测、动态丈量,具有结构简略、非触摸、精度高、丈量速度快、功能安稳牢靠等长处。摄像头的首要传感部件是CCD, 它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗轰动、抗磁场、体积小、无残影等特色。CCD 成像检测的基本原理是, 首要在光学体系的效果下, 将被测物体的某种特性的改动转化成光束视点的改动, 光束照耀在CD 器材的受光窗面上, 受光窗面受光线照耀的像素中发生光生电荷, 并将电荷存储在像素单元中, 未受到光线照耀的像素不发生光生电荷, 然后在CCD 驱动电路中的读出时钟脉冲操控下, 将电荷转移并移位传输至输出电路中, 经输出电路将电荷量转化为电压量输出。CCD 器材输出的是数字视频信号, 需求通过用户规划的数据处理电路将其转化为规范信号, 以便进一步处理。
1 丈量计划与丈量体系
目前国内运用的测宽仪主为如图所示结构。首要包含两个部分, 检测箱和光源部分。检测箱是测宽仪的头部, 它包含两个摄像机、衔接两个摄像机用的丝杆及驱动丝杆用的电机, 以及变速抱闸电磁离合器。别的还有丈量基准宽度用的自整角发送机和水、气路体系等。在检测箱中除两个旋转狭缝检测头选用CCD 摄像机。下部光源箱由6 根40W 日光灯组成, 左右各3 根别的在光源箱内部通入压缩空气用于冷却和防尘。为了光源箱上面的透光玻璃不受氧化铁皮等所污染, 在玻璃上通以冷却水冲刷。但从结构中能够发现,其结构杂乱,操控体繁琐,需求标定钢板摄像头方位, 以及及时保护,实时操作性十分差。因而可寻觅一种改善办法。
首要, 在光源上做一改善, 把下面的光源用一个激光发光管打到一个摇晃旋转的反射镜上, 使光点打在钢板上构成一条直线。如图所示. 然后在成像上做一改动, 不必什么电机来带动CCD 跑动, 而用一个凸透镜, 使红外光成像在CCD 上面。这样结构适当简略, 调试也很便利。如选用2500 像素的CCD, 丈量2.5m 宽的钢板, 那么CCD 的1 个像素对应钢板的1 mm。实践状况能够疏忽激光光束的影响, 和钢板传送造成对丈量的影响。因为光源比较安稳, 钢板的传送速度比较反光镜和CCD 的速度来说是十分慢, 1 .5 mm/s. 这样在 CCD 的截面上成像成一道亮线, 这条线的像元数乘以1mm 的值, 即为钢板的宽度。丈量十分简略。这种结构与上比较结构十分简略, 如果能精度小于0.5mm 是完全能够替代的。该体系的精度后边证明。如上图所示, CCD 感光则CCD 上的像元成高电平脉冲, 否则为低脉冲, 故只需丈量出CCD 高电平脉冲的宽度就能够得出钢板的尺度来。剖析该图, 只需求出 N1 时刻的脉冲数和N2之后的脉冲数, 积分时刻固定, 就能够得出N1 和N2 之间的脉冲数, 然后对应得出丈量尺度来。这儿考虑到CCD 的频率20M比较之下比较高,MCU 处理起来有难度。调查CCD 的实践输出,用CPLD 计数,在CCD 的场信号结束时把测得的数据数据传给MCU 做处理。 这样避免了繁琐的硬件规划。这样进程十分简略。用CPLD 来计DOS 的输出, 当场信号下降沿来暂时, 将计数器清零, 在场信号上升沿来暂时, 将计数器里的数据送到数据线上, 一起对MCU 请求中止。MCU 将数据处理后显现输出, 并传递给下位机。
2 边际切割
CCD 输出的视频数字信号中包含了图画布景信息和图画信息, 如图中的光屏蔽像素区、信号输出区所示, 因为被测物与布景在光强上的改动, 反映在CCD 视频信号所对应的图画谱上, 在鸿沟处会有显着的电平改动, 可是详细来说怎么精确地鸿沟方位, 就需求将CCD 视频信号中布景与图画信息别离成二值电平信息。通常用阀值法。若阀值选得过高, 则过多的方针点将误归为布景; 反之会呈现相反状况。这必然影响切割出来方针的详细尺度。因而, 确认阀值是问题的中心。剖析CCD 视频信号的输出波形能够看出, 图画鸿沟在波形图曲线改动率最大的点处。为此, 能够用微分的办法找到曲线的最大改动率所对应的点。这种办法称微分法。微分法的电路原理框图如图所示。将CCD 视频输出的调幅脉冲信号经采样坚持电路或低通滤波后变成接连的视频信号, 如图所示。将接连视频信号通过微分电路I 微分, 它的输出是视频信号的改动率, 信号电压的最大值对应视频信号鸿沟过滤区改动滤最大的点(如图中的A 点及A 点)。微分I 在视频信号的下降沿发生一个负脉冲, 在上升沿发生一个正脉冲, 如图的第4 的第二条波形所示。将微分I 输出的两个级性相反的脉冲信号送给取肯定值电路, 通过肯定值电路将微分I 电路输出的信号转变成同级性的脉冲信号, 如图的第3 条波波形, 信号的幅值点对应鸿沟特征点。将同级性脉冲送入微分电路 II 再次微分, 取得对应肯定最大值处的过零信号。过零信号再次通过零触发器, 输出两个下降边缘对应于过零点的脉冲信号。用这两个脉冲的下降沿取触一个触发器, 便能够取得视频信号起先鸿沟特征的发波脉冲, 即二值化信号。其脉冲宽度为图形AA 间的宽度。
如此检测的把带钢图画从布景中别离出来,精度比较较起来比前面的要高。 其理论精度可进步到1/7 像元, 也便是1/7mm。这样的精度在实践使用中现已满意。实践丈量能够确保到0.2mm。
3 运用状况与定论
在钢厂的实践使用中, 做实测得的部分数据如下表所示:
从图中能够看到, 其精度满意于实践的需求。测宽仪的改造基本是成功的, 不管在牢靠性、检测精度、故障率等方面, 均满意了出产工艺要求, 达到了规划要求。用户反响杰出。
本文作者立异点:从结构上有很大的立异, 结构适当简略,无须重复标定, 操作简洁, 本钱也适当经济, 是原有的三分之一。丈量原理与信号收集与体系比较, 也比较简略。
参考文献
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作者简介:何社阳, 男 (1976—), 汉族, 河南灵宝人, 硕士,河南科技大学教师, 首要研讨方向为:检测与操控、仪器仪表等。
通讯地址:(471003 河南洛阳 河南科技大学机电工程学院65 信箱)何社阳
(收稿日期:2007.2.13)(修稿日期:2007.3.15
