专利名称：板坯体积测量系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于对钢板等板坯体积的测量系统，可用于生产线上实现在 线检测，特别是热轧金属板坯。
技术背景在热轧钢板、铝板等金属板坯生产过程中，对生产出的板坯的体积进行有效测量， 获得板形数据，例如按黑色冶金行业标准YB/T2012-2004，得到钢坯的横截面脱方、镰刀弯、 不平度、鼓肚、切斜、剪切变形、凹陷、楔形等，并按标准要求给出偏差值，以判别合格与否， 是保证产品质量、提高企业效益的重要手段。目前热轧钢板坯几何尺寸的在线测量主要采用的方法有1.普遍采用旋转编码器的方式，在生产线辊道上安装旋转编码器，但是只能够对 长度方向进行测量。由于长度方向的测量会产生积累误差，并且钢坯还有可能在辊道上出 现滑动，所以测量精度不高。另外由于不能测量厚度和宽度，也无法得到板形数据，因此不 能满足企业的实际需求。2.通过激光测距的方法获得长度、宽度、厚度等数据信息，但由于激光器安装在距 离热钢坯较近的位置，高温对设备的烘烤非常严重，设备防护较困难，故障率较高。另外一 个问题是激光测距是测量单点的距离值，长度、宽度、厚度数据是相互独立的，无法得到二 维平面及三维立体的板形数据，当钢坯在辊道上运行时出现摆动或与辊道有夹角，都会造 成测量的数据不准确。
实用新型内容本实用新型目的在于提供一种板坯体积测量系统，能够实现在线无接触测量，避 免高温对设备的烘烤，保证了整个系统的稳定性，同时能够准确、实时获得板坯的二维及三 维板形数据。本实用新型采用如下技术方案一种板坯体积测量系统，包括长宽测量子系统，包括安装在待测板坯生产线输送滚道上方的1台或多台视场无 缝衔接的CXD摄像机，其视场形成能够完全覆盖待测板坯轮廓的测量场用于获取整个板坯 的平面二维图像；厚度测量子系统，包括测量板坯两侧厚度的测厚装置；还包括计算机，并通过视频切换与同步控制器控制平面图像获取系统启动和拍 摄；计算机还与长宽测量子系统的CCD摄像机连接进行数据传输，获得CCD摄像机得到的板 坯图像和板形数据；还和厚度测量装置获得板坯的厚度数据和板形数据，并根据获得的二 维图像和板坯的厚度和板形数据，计算并将数据进行三维数据合成，得到板坯的长、宽、厚 三维数据和板形数据。所述的厚度测量装置可以包括安装在待测板坯两侧的线激光发射器和对应的CCD 摄像机，线激光发射器用于在板坯两侧形成厚度方向的扫描线，所述CCD摄像机获取带有激光扫描线的板坯侧面影像，并将板坯两个侧面的影像通过传输至所述的计算机，由计算 机计算板坯的厚度和板形数据。所述的厚度测量装置也可以由安装在板坯上下个方向的激光发射器和对应的CCD 摄像机组成，所述激光发射器用于倾斜投射在板坯表面产生光点，CCD摄像机对光点进行拍 射，利用三角测厚原理进行测量。所述的计算机可以为一台，同时对各子系统进行控制和实现数据处理，特别是涉 及大量图像信 息的处理，因此对计算机的运算能力要求较高。也可以采用三台，其中一台为 1号测长/测宽与板形计算机，与所述的长宽测量子系统中的CCD摄像机连接，用于将CCD 摄像机获得的电子图像转换成数字图像，并计算板坯的长、宽和板形数据；另一台为2号测 厚与板形计算机，与测厚装置连接，接收测量装置的数据并据此计算出板坯两侧边厚度和 板形数据；第三台为3号主控计算机，通过数据交换机与所述1号测长/测宽与板形计算机 和2号测厚与板形计算机进行通讯，接收1号测长/测宽与板形计算机和2号测厚与板形 计算机的数据，以进行三维数据合成，得到板坯的长、宽厚三维数据和板形，同时3号主控 计算机还与所述视频切换与同步控制器连接用于系统控制和实现系统状态显示。所述的数据交换机还可以接入车间以太网，以便于与其它部门进行数据共享。所述的数据交换机还可以与一个测量结果与板形显示器连接，以便实时显示板坯 的板形数据。当然也可作为连铸机控制数据反馈输入，以对连铸机参数进行调整，获得高品质
女口
广 PFt ο本实用新型的这种板坯体积测量系统，具有如下优点(1)由于采用非接触式测量，测量系统远离目标，避免了高温对设备的烘烤，保证 了整个系统的稳定性。(2)是由计算机对板坯图像进行解算，整个过程是实时进行的。同时系统也能够将 按长度、宽度、厚度的公差进行判别，能够给出是否合格的标记，便于检验人员的检测和判 别。(3)长度、宽度、厚度测量建立在一个统一的坐标系内，无论钢坯是否平行或倾斜 于轨道；是否具有弯曲度，测量仪都可以测量钢板的实际长度、宽度和厚度。(4)操作人员无须进行任何操作，测量系统是全自动地完成测量全过程。(5)这种测量系统除可以用于热轧钢板、铝板等板坯的体积测量外，还可以应用于 其它板坯的在线体积测量和质量检测。
图1为本实用新型的板坯体积测量系统组成原理图；图2为一种测厚装置原理示意图；图3为图2所示测厚方法得到的图像示意图；图4为另一种测厚装置原理示意图。
具体实施方式
下面通过一个较佳实施例对本实用新型作进一步详细描述，以助于理解本实用新型的内容。如图1所示，该实施例是以热轧钢板生产线为应用场所，测量系统安装在连铸机 的除毛刺机后方(是以连铸板坯运动方向作为前后参照)。板坯体积测量系统的组成包括依次安装在生产线的滚道正上方房顶平台上的七台CXD摄像机1-7，C⑶摄像机视 场衔接，在滚道上形成一个长18500mm、宽3400mm的测量场(图中阴影部分)，该测量场能 够完全覆盖长度5500mm 17800mm、宽度1600mm 3300mm的钢坯；利用CX D摄像机对滚 道上行进的钢坯进行动态摄影，将光学图像转化为完整的钢坯平面二维电子图像；1号测长/测宽与板形计算机，与七台CXD摄像机1-7连接进行通讯，每台摄象机 各带一台视频自动增益控制器，将视频图像信号增益放大，将CCD摄像机获得的电子图像 经过计算机上的高速图象/图形采卡转换为数字图象输入计算机，计算机将钢坯的数字图 象自动进行三维几何尺寸的测量、规划，计算出钢坯的长度、宽度、厚度和板形，还可以根据 需要将数据和轮廓通过数据交换机由测量结果与板形显示器显示给操作人员，并输入车间 工业以太网(TCP/IP)；8号激光测厚装置安置在测量视场的前部，通过激光辅助测量得到钢坯两侧厚度 以及沿厚度方向的板坯形状。8号激光测厚装置与2号测厚与板形计算机连接，以将钢坯两 侧厚度和板形数据输入2号测厚与板形计算机，计算机计算机钢坯的厚度(左厚度，右厚度 与同板差)和板形；然后将钢坯三维数据和板形输出至安置在操作室内的测量结果与板形 显不器上；3号主控计算机，通过数据交换机与1号测长/测宽与板形计算机和2号测厚与板 形计算机进行通信，使1号测长/测宽与板形计算机和2号测厚与板形计算机将所得到的 数据通过数据交换机输入3号主控计算机。主控计算机将钢坯的三维数据合成，得到板坯 的三维数据和板形。所有数据及板形轮廓都存在计算机硬盘内，并可以通过车间内部的以 太网上传或下传。3号主控计算机还与视频切换与同步控制器相连，以控制各C⑶摄像机工 作，并获得系统状态，以进行系统状态显示。图2示出了一种具体的测厚装置的原理图，包括安装在待测板坯两侧的线激光发 射器13和对应的CCD摄像机12，线激光发射器13用于在板坯10两侧形成厚度方向的扫 描线，CCD摄像机12获取带有激光扫描线的板坯侧面影像如图3所示，并将板坯两个侧面 的影像通过数据电缆传输至2号测厚与板形计算机，计算机内的数据采集卡完成数据的A/ D转换。同时2号测厚与板形计算机通过交换机得到1号测长/测宽计算机所计算出的板 坯在滚道上的方位和宽度，对板坯两个侧面的影像的数据进行几何校正，得到实际的板坯 厚度和板形。然后将钢板厚度数据和侧面形状自动进行几何尺寸的测量、规划，计算出钢板 的厚度与板形，并将数据通过数据交换机输入3号主控计算机。厚度与板形测量子系统输 出钢坯左右两侧厚度的、同板差和左右两个侧面的板形。图4则示出了另外一种厚度测量装置的实施方案，是采用安装在板坯10上下两面 的激光发射器13、13'和对应的CXD摄像机12、12'，激光发射器13、13'用于倾斜投射在 板坯10表面产生光点，CXD摄像机12、12 ‘对光点进行拍射，获得的图像传输给2号测厚与 板形计算机，计算机利用三角测厚原理进行厚度测量。侧投影时，厚度变化与CCD测得的值是非线性的。面阵CCD提点的优点在于二维 多方位加权处理，克服了非旋转对称性，提高了光点定位的精度。[0036]图1所示的测量系统的测量过程为当滚道上没有钢坯时，CXD摄象机1对滚道实 时监测，其它设备处于休眠状态。当钢坯进入测量视场时，CCD摄象机1自动搜寻并确定钢 坯在滚道平面的位置，并将钢坯影像数据输入1号测长/测宽与板形计算机。然后按钢坯 在测量场内运动的位置依次启动CCD摄像机2-7，同时启动激光测厚装置对钢坯右侧和左 侧的厚度进行测量，并将测量的钢坯厚度影像输入2号测厚与板形计算机。2号测厚与板形 计算机将获得的厚度数据通过数据交换机传送给1号测长/测宽与板形计算机，对长度/ 宽度与板形测量子系统所计算得到的长度和宽度进行投影差校正。同时1号测长/测宽与 板形计算机也将测得的长度、宽度和方位数据通过数据交换机传送给2号测厚与板形计算 机，对厚度与板形测量子系统所计算得到的厚度和板形进行方位误差校正，从而获得钢板 厚度和板形的准确数据。而这个过程将不断地进行，当系统检测到钢坯的头部和尾部都在 测量场内时，通过3号主控计算机对CXD摄像机1 7发出同步信号，CXD摄像机1 7同 时对测量视场内的钢坯进行摄影，完成钢坯的测量。然后将数据通过数据交换机传给3号 主控计算机。3号主控计算机通过车间工业以太网得到的钢板(坯)的ID号和温度等，结 合测得的钢坯的长度、宽度和厚度等数据(MAX、MIN、AVG)，板形等通过专用接口(或工业以 太网)上传至连铸机，并显示给操作人员。整个过程是实时进行的。同时系统也将按长度、 宽度、厚度的公差进行判别，给出是否合格的标记，便于检验人员的检测和判别。计算机对 数据的处理、计算和误差校正均可以采用现有的常规方法，在且该方法不属于本实用新型 的保护范围，因此不做详细说明。无论钢坯是否平行或倾斜于轨道；是否具有弯曲度，本测量系统都可以测量钢板 的实际长度、宽度和厚度。而操作人员无须进行任何操作，测量系统是全自动地完成测量全 过程。该系统计算机能够按黑色冶金行业标准YB/T 2012-2004，给出钢坯的横截面脱方、镰 刀弯、不平度、鼓肚、切斜、剪切变形、凹陷、楔形等，并按标准要求给出偏差值，并自动判别 合格与否。由于现场的环境比较恶劣，应该对测量设备采取防护措施。CXD摄象机的防护现场温度变化温度_15°C 60°C，而CXD摄象机是半导体器 件，使得CCD摄象机对温度比较敏感。又因为现场的粉尘、水汽以及震动较大，本测量系统 的CCD摄像机等设备可以安装在一个由铝和保温材料制成的密封箱内，隔绝温度、水汽与 粉尘。密封箱内有双向可逆式半导体致冷器和温度传感器组成的温度自动控制系统，保证 密封箱内温度控制在30士5°C。整个密封箱体可以带有防震系统。CCD摄象机镜头的防护连铸现场氧化皮和水汽较多，在随热空气的上升期间粉 尘相互碰撞摩擦而带电，极易吸附在镜头表面。本测量系统的CCD摄象机镜头前表面安装 了 一块镀有消静电膜的保护玻璃，可避免带电粉尘的吸附。摄象机镜头杂散光线的滤除钢坯温度高，辐射大量的红外光线以及杂散光线，严 重影响钢坯图象的获取。本测量系统的CCD摄像机采用红外滤光镜头，滤除红外以及杂散 光，保证图象质量。
权利要求一种板坯体积测量系统，其特征在于，包括长宽测量子系统，包括安装在待测板坯生产线输送滚道上方的1台或多台视场无缝衔接的CCD摄像机，其视场形成能够完全覆盖待测板坯轮廓的测量场用于获取整个板坯的平面二维图像；厚度测量子系统，包括测量板坯两侧厚度的测厚装置；还包括计算机，并通过视频切换与同步控制器控制平面图像获取系统启动和拍摄；计算机还与长宽测量子系统的CCD摄像机连接进行数据传输，获得CCD摄像机得到的板坯图像和板形数据；还和厚度测量装置获得板坯的厚度数据和板形数据，并根据获得的二维图像和板坯的厚度和板形数据，计算并将数据进行三维数据合成，得到板坯的长、宽、厚三维数据和板形数据。
2.如权利要求1所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述的厚度测量装置包括安 装在待测板坯两侧的线激光发射器和对应的CCD摄像机，线激光发射器用于在板坯两侧形 成厚度方向的扫描线，所述CCD摄像机获取带有激光扫描线的板坯侧面影像，并将板坯两 个侧面的影像通过传输至所述的计算机，以便由计算机计算板坯的厚度和板形数据。
3.如权利要求1所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述的厚度测量装置为安装 在板坯上、下两个方向的激光发射器和对应的CCD摄像机，所述激光发射器用于倾斜投射 在板坯表面产生光点，对应的CCD摄像机对光点进行拍射，获得光点图像，并用所述计算机 利用三角测厚原理进行厚度计算。
4.如权利要求1至3中之一所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述的计算机为 三台，其中一台为1号测长/测宽与板形计算机，与所述长宽测量子系统的CCD摄像机连 接，用于将CCD摄像机得到的电子图像转换成数字图像，并计算板坯的长、宽和板形数据； 另一台为2号测厚与板形计算机，与所述测厚装置连接，接收测厚装置的数据并据此计算 出板坯两侧边厚度和板形数据；第三台为3号主控计算机，通过数据交换机与所述1号测长 /测宽与板形计算机和2号测厚与板形计算机进行通讯，接收1号测长/测宽与板形计算机 和2号测厚与板形计算机的数据，以进行三维数据合成，得到板坯的长、宽、厚三维数据和 板形，同时3号主控计算机还与所述视频切换与同步控制器连接用于CCD摄像机控制和实 现系统状态显示。
5.如权利要求1至3中之一所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述的数据交换 机还接入车间以太网，或/和与一个测量结果与板形显示器连接。
6.如权利要求1至3中之一所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述CXD摄象机 安装在一个由铝和保温材料制成的密封箱内。
7.如权利要求6所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述密封箱内有双向可逆式 半导体致冷器和温度传感器组成的温度自动控制系统，保证箱内温度控制在30士5°C。
8.如权利要求6所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述的密封箱带有防震系统。
9.如权利要求1至3中之一所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述CXD摄象机 镜头前表面安装了一块镀有消静电膜的保护玻璃。
10.如权利要求1至3中之一所述的板坯体积测量系统，其特征在于所述CXD摄像机 采用红外滤光镜头，滤除红外以及杂散光。
专利摘要本实用新型公开了一种板坯体积测量系统，其特征在于，包括长宽测量子系统，包括安装在待测板坯生产线输送滚道上方的1台或多台视场无缝衔接的CCD摄像机，用于获取整个板坯的平面二维图像；厚度测量子系统，包括测量板坯两侧厚度的测厚装置；还包括计算机，并通过视频切换与同步控制器控制平面图像获取系统启动和拍摄；计算机还与长宽测量子系统的CCD摄像机连接进行数据传输，还和厚度测量装置获得板坯的厚度数据和板形数据，计算并将数据进行三维数据合成，得到板坯的长、宽、厚三维数据和板形数据。这种测量系统稳定性好，测量准确，自动化程度高。
文档编号G01B11/02GK201593973SQ20092017532
公开日2010年9月29日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者仲思东, 何对燕, 周良川 申请人:周良川;仲思东;何对燕