专利名称：螺纹钢三参数在线测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺纹钢三参数在线测量系统。
背景技术：
目前各种文献或资料中介绍的螺纹钢参数测量仪，基本上都是采用线阵或面阵CCD进行测量。如陈林才，蒋诚志，付继有，冯正鸣的“热轧螺纹钢在线图象检测技术的研究”，仪器仪表学报，1998，19(6)586-591；刘志英，陈文毅，岳祖洲的“螺纹钢外型参量在线测量的实验模拟”，光电子激光，1994，5(4)，220-223；沈爱红的“CCD视觉检测系统的设计”，无锡轻工大学学报，1999，18(3)，98-102；“将单轴测径仪扩展成全端面测量的装置”，专利号ZL 99 2 44501.9，专利权人陈炳生；“高速运动物体的端面尺寸测量装置”，专利号ZL 00 2 38166.2，专利权人陈炳生等。
上述仪器或装置，其中一些是静态测量仪，(如陈林才，蒋诚志，付继有，冯正鸣的“热轧螺纹钢在线图象检测技术的研究”，仪器仪表学报，1998，19(6)586-591；刘志英，陈文毅，岳祖洲的“螺纹钢外型参量在线测量的实验模拟”，光电子激光，1994，5(4)，220-223；沈爱红的“CCD视觉检测系统的设计”，无锡轻工大学学报，1999，18(3)，98-102等)；对于动态的螺纹钢被测件来说，是根本不可能获得横肋尺寸。而“将单轴测径仪扩展成全端面测量的装置”，专利号ZL 99 2 44501.9，专利权人陈炳生；“高速运动物体的端面尺寸测量装置”，专利号ZL 00 2 38166.2，专利权人陈炳生等，也只是在线测(内)径仪，或改造后可测量螺纹钢的纵肋。
实际应用中发现，由于CCD的响应时间所限，不可能测到真正的螺纹钢横肋尺寸。由于采用了线阵CCD串行扫描方式，每秒最高可采666个截面，以20米/秒的轧制速度计算，其截面间距为20米/秒÷666/秒＝30毫米，而螺纹钢横肋高的采样间隔要求≤0.5mm，很显然远达不到测量要求。这些因素限制了基于现有原理的在线测径仪不能够测量横肋高。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种解决了横肋高的测量问题，实现了三参数在线测量的螺纹钢三参数在线测量系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是螺纹钢三参数在线测量系统，其特点在于由测量纵肋高的线阵CCD测量仪，测量内径、横肋高的光电瞄准式光学投影仪和与计算机控制系统组成，光电瞄准式光学投影仪和线阵CCD测径仪是两个独立的测量系统，分别在螺纹钢的两个相互垂直的方向上测量，两者共用一个测量头，两个方向的测量信号同时输入计算机控制系统，计算机控制系统经数据处理后输出测量结果。
所述的光电瞄准式光学投影仪由光源、测量头、成像系统、光电瞄准装置组成，由光源产生平行光照亮在测量头内部的被测件，其投影经成像系统放大，将清晰可测的影像成像在投影屏上，后经光电瞄准装置瞄准测量，并将测量数据输入计算机处理。
所述的线阵CCD测量仪部分由光源、测量头、线阵CCD摄象机组成，光源经光学系统发出的平行光照亮被测件，线阵CCD摄象机对被测件进行瞄准成像测量，图像信号转换成数字信号后输入计算机。
所述的计算机控制系统由PC上位机、工控计算机和若干台单片机组成，分别并行执行数据库管理、参数采集、计算和显示功能。
本发明的工作原理是由于被测对象是在高温高速运动之中，因此只能采用非接触测量。测量原理采用传统测量仪器中的光学投影法，其典型应用是光学投影仪，作用是将被测件的外表轮廓成像在影屏上进行测量；因为光学投影成像比CCD成像的响应时间短得多，因而可以获得螺纹钢的横肋轮廓图像。本测量系统采用先进的光电瞄准式投影仪测量螺纹钢的横肋和内径，而采用CCD摄象机测量螺纹钢的纵肋。
本发明与现有技术相比的有益效果是1、减轻劳动强度，提高生产效率。目前螺纹钢生产厂多采用在停机的情况下，在热态下由工人用卡尺测量，劳动强度很大，且不能实时检测，及时调整轧机，一旦发现超差已有大批钢材成为次品或废品，停机时间也严重影响着生产效率的提高，因此本发明实现了在线测量，减轻了劳动强度，提高了生产效率。
2、目前国内文献资料介绍和螺纹钢生产企业所使用的棒(线)材在线测径仪实际上只能测量内径或纵肋两个参数，不能够真正测量横肋高度h。而本设计采用光电瞄准式投影仪及计算机并行采样技术，实现了三参数在线测量，符合国家标准，满足了企业的高质量要求。
图1为本发明的组成原理框图；图2为本发明的光电瞄准式投影仪的结构框图；图3为本发明的计算机控制系统结构组成框图；图4为本发明光电瞄准式光学投影仪的光栅计数信号调理电路组成图。
具体实施例方式
如图1和图2所示，本发明由测量纵肋高的线阵CCD测量仪，测量内径、横肋高的光电瞄准式光学投影仪、计算机控制系统，支架及导向部分9组成。其中光电瞄准式光学投影仪由光源1、测量头7、成像系统2、光电瞄准装置3组成，由光源产生平行光照亮在测量头内部的被测件，其投影经成像系统放大，将清晰可测的影像成像在投影屏上，后经光电瞄准装置瞄准测量，并将测量数据输入计算机处理。线阵CCD测量仪部分由CCD光源5、测量头7(8为测量内孔)、线阵CCD摄象机6组成，CCD光源5经光学系统发出的平行光照亮被测件，线阵CCD摄象机对被测件进行瞄准成像测量，图像信号转换成数字信号后输入计算机。计算机控制系统由1台PC上位机、1台工控计算机和4台单片机组成，分别并行执行数据库管理、参数采集、计算和显示功能。上述各部分均安装在支架及导向部分上，当测量头7需要转位时，可以通过其上的转位机构进行转位。
光电瞄准式光学投影仪和线阵CCD测径仪是两个独立的测量系统，分别在螺纹钢的两个相互垂直的方向上测量，两者共用一个测量头7，两个方向的测量信号同时输入计算机控制系统4，计算机控制系统4经数据处理后输出测量结果。
本发明中光电瞄准式光学投影仪的光源采用柯拉照明方式，即可产生平行光源。光学投影物镜放大倍数β1＝10倍，光纤放大器放大倍数β2＝2倍，总放大倍数β＝β1×β2＝20倍。放大物镜应符合物方远心光路，透镜可以选择成品，比如照相物镜或摄像物镜等，但对光学系统应加以保护。
光电瞄准跟踪系统，可采用自动跟踪瞄准或非自动卡尺测长光电瞄准(由用户设备的水平档次决定)。瞄准装置在选通的情况下，输出32位信号给STD3#和STD4#，由于信号处理电路比较庞大，不便放在STD插槽内，因此放在机外，通过总线转接插头座引近STD。
光电瞄准测量平台的位移量，即光栅尺位移量，经光栅计数信号调理电路10后，输出代表位移量的数字量，以BCD码形式输出给STD总线。光栅计数信号调理电路10由光电转换11、整形电路12、四倍频及辨向电路13、光电转换14组成，如图4所示。
螺纹钢的内径、横肋轮廓图像经光学投影仪成像系统成像后，图像光信号经过光电转换变为电信号，输入到信号调理电路，放大和二值化处理，输出16组32路的二值化信号给STD总线，以分别计算螺纹钢上、下半部的内径和横肋高。
如图3所示，本发明的计算机控制系统采用总线型分散式结构，通过RS485和STD总线联接，主要由上位机、STD0#工控机，及STD1#～STD4#等计算机组成，同时还包括一些信号调理和驱动电路。
系统上位机主要进行数据库管理。上位机不需要长期工作，只是在每一班交接使用一次，而且放在操纵室内使用，因此可选择IBM-PC个人微型计算机。
STD0#为值班计算机，进行数据采集、计算和显示内径d、横肋高h、纵肋高h1。要求具有一定的数据处理能力以及足够的内存，以使每一班组内工作的数据能够保留下来，可选8088系列工控机。
STD1#为自动控制单片机，主要控制测量头装置的扭转角及测量跳动的位移；此机的存储量不大，侧重于过程控制，可选择价格便宜的MCS-51系列单片机。STDl#的输入信号为测量平台光栅给出的BCD码信号和测量头扭转角到位后给出的开关量信号；输出为光栅电路的选通信号及步进电机驱动信号。
STD2#为测纵肋高度h1单片机，采集并计算纵肋高的平均值h1，此机的存储量和计算量均不大，同样可选择价格便宜的MCS-51系列单片机。线阵CCD测量信号经电路处理变为脉冲信号，送入STD2#之后进行脉冲测宽，依据STD0#输出的内径d的平均值，换算为代表纵肋高度的数据h1。然后通过STD总线输出给STD0#。
STD3#为测量螺纹钢上半部曲线(d/2+h)上单片机，采集螺纹钢上半径(d/2)上和上横肋高h上之和的(d/2+h)上曲线，并计算平均值(d/2)上及h上；此机要求数据处理功能强、速度快，并有较大的存储容量，所以选用8088系列机。
STD4#为测量螺纹钢下半部曲线(d/2+h)下单片机，采集螺纹钢下半径(d/2)下和下横肋高h下之和的(d/2+h)下曲线，并计算平均值(d/2)下及h下；此机要求数据处理功能强、速度快，并有较大的存储容量，所以选用8088系列机。
光电瞄准装置在选通的情况下，输出32位信号给STD3#和STD4#，由于信号处理电路比较庞大，不便放在STD插槽内，因此放在机外，通过总线转接插头座引近STD。
上述各部分中，除PC机外皆安装在现场，其中STD0#～STD4#安装在现场机柜内，LED显示屏安装在机柜上方。
权利要求
1.螺纹钢三参数在线测量系统，其特征在于由测量纵肋高的线阵CCD测量仪，测量内径、横肋高的光电瞄准式光学投影仪和与计算机控制系统组成，光电瞄准式光学投影仪和线阵CCD测径仪是两个独立的测量系统，分别在螺纹钢的两个相互垂直的方向上测量，两者共用一个测量头，两个方向的测量信号同时输入计算机控制系统，计算机控制系统经数据处理后输出测量结果。
2.根据权利要求1所述的螺纹钢三参数在线测量系统，其特征在于所述的光电瞄准式光学投影仪由光源、测量头、成像系统、光电瞄准装置组成，由光源产生平行光照亮在测量头内部的被测件，其投影经成像系统放大，将清晰可测的影像成像在投影屏上，后经光电瞄准装置瞄准测量，并将测量数据输入计算机处理。
3.根据权利要求1所述的螺纹钢三参数在线测量系统，其特征在于所述的线阵CCD测量仪部分由光源、测量头、线阵CCD摄象机组成，光源经光学系统发出的平行光照亮被测件，线阵CCD摄象机对被测件进行瞄准成像测量，图像信号转换成数字信号后输入计算机。
4.根据权利要求1所述的螺纹钢三参数在线测量系统，其特征在于所述的计算机控制系统由PC上位机、工控计算机和若干台单片机组成，分别并行执行数据库管理、参数采集、计算和显示功能。
全文摘要
螺纹钢三参数在线测量系统，其特征在于由测量纵肋高的线阵CCD测量仪，测量内径、横肋高的光电瞄准式光学投影仪和与计算机控制系统组成，光电瞄准式光学投影仪和线阵CCD测径仪是两个独立的测量系统，分别在螺纹钢的两个相互垂直的方向上测量，两者共用一个测量头，两个方向的测量信号同时输入计算机控制系统，计算机控制系统经数据处理后输出测量结果。本发明实现了在线测量，减轻了劳动强度，提高了生产效率，且符合国家标准，满足了企业的高质量要求。
文档编号G01B11/12GK1707220SQ20041000918
公开日2005年12月14日 申请日期2004年6月9日 优先权日2004年6月9日
发明者李成贵, 刘源恭 申请人:北京航空航天大学