专利名称：钢板表面色差缺陷检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于冶金钢铁板带产品表面质量检测分析技术，尤其涉及一种钢板表面色差缺陷检测装置。
背景技术：
钢板表面颜色分布不均匀或不单一出现色泽差异术称色差，是一种常见多发的钢板表面质量缺陷。钢板表面色差有深有浅，缺陷面积有大有小，色差缺陷区域与正常产品颜色区域有不规则分布的边界。因此，我们在生产线上装备了在线表面质量检测仪，这种在线表面质量检测仪可以在生产过程中发现色差缺陷的存在及其分布，但该在线表面质量检测仪不能直接判定某个色差缺陷区域与周围正常合格的表面颜色之间的差异程度，即使质检人员知道某个色差缺陷的存在，也不能准确判定色差缺陷的颜色差异的程度是否处在规定的技术指标以内。目前锰钢板表面色差缺陷的最终质量检测和分级判定主要依据人工观察形成的经验数据，并根据钢厂和客户在合同中达成的表面色差缺陷判级的让步指标条件，由钢厂质检员对钢板表面存在的色差缺陷进行人工取样和裸眼观察分析判定。因为没有统一的可复现量化的实物钢板色差标准，所以我们不能准确反映钢板实物表面色差缺陷程度，也不能准确地说钢板实物质量判定结果与合同约定的让步指标达成一致，具有交易风险。因此，我们需要一种全新的钢板表面色差缺陷检测装置，以准确反映钢板实物表面色差缺陷程度，减少交易风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种钢板表面色差缺陷检测装置，该装置采用红绿蓝三原色法直接测量待检测钢板，能准确反映钢板实物表面色差缺陷程度，减少交易风险。本发明所采用的技术方案是一种钢板表面色差缺陷检测装置，它包括色差光学检测系统和色差信号处理计算系统；所述的色差光学检测系统包括光源、准直透镜、平面反射镜、振动扫描平面反射镜、振动扫描平面反射镜的驱动元件、凹面镜和颜色传感器，光源发出的光经过准直透镜后形成准直光束，准直光束经平面反射镜反射形成第一反射光束，第一反射光束经振动扫描平面反射镜反射形成第二反射光束，第二反射光束经待检测钢板反射形成第三反射光束，第三反射光束经振动扫描平面反射镜反射形成第四反射光束，第四反射光束经凹面镜聚焦后形 成聚焦光，聚焦光投射在颜色传感器上，振动扫描平面反射镜的驱动元件控制振动扫描平面反射镜的位置和倾斜角度；所述的色差信号处理计算系统包括微处理器和显示器，微处理器接收颜色传感器发来的信息，微处理器对颜色传感器发来的信号进行色差智能分级计算，并将色差智能分级计算的色差判定结果显示在显示器上，微控制器控制光源和振动扫描平面反射镜的驱动元件。
按上述方案，所述的颜色传感器接收凹面镜聚焦的聚焦光产生的三原色光电流IR、IG、IB，三原色光电流IR、IG、IB分三路进入可变阻抗放大器转换成标准(符合国际电工委员会IEC制定的相关标准)的电压信号VR、VG、VB,电压信号VR、VG、VB送至ADC模/数转化器，由ADC模/数转化器转换成相对应的数字信号传输到微处理器进行数据分析处理。按上述方案，所述的颜色传感器是将红、绿、蓝三原色集成于一体的彩色传感器，由红、绿、蓝三个独立的传感元件组成，其中红色传感元件中心波长为600nm，绿色传感元件中心波长为555nm，蓝色传感元件中心波长为445nm。按上述方案，所述的颜色传感器的三原色单色分辨率不低于lObit，彩色合成分辨能力不低于224bit。按上述方案，所述的振动扫描平面反射镜将来自平面反射镜的第一反射光束按扫描周期投射到待检测钢板表面的合格颜色区域和不合格颜色区域上。按上述方案，所述的振动扫描平面反射镜单次扫描最小周期小于10ms。按上述方案，所述的微处理器采用SOC片上系统处理器，色差计算数据和智能色差分级算法程序存储在微处理器中。按上述方案，所述的色差光学检测系统和色差信号处理计算系统置于便携的箱体中。按上述方案，所述的光源发出白光。按上述方案，所述的振动扫描平面反射镜的驱动元件包括驱动电源、驱动电机和频率发生器，所述的驱动电源、驱动电机和频率发生器采用控制线进行连接，接通驱动电源后，频率发生器对驱动电机进行驱动，从而带动振动扫描平面反射镜移动。色差光学检测系统的扫描光斑，对待检测钢板表面的合格颜色区域和不合格颜色区域之间形成的色差分布进行扫描。色差的扫描光束投射到颜色传感器转换成红绿蓝三色电信号；微处理器对色差扫描信号进行智能色差分级算法处理后，将检测到的色差缺陷的各种技术参数和曲线等显示在显示器上，从而实现钢板表面色差缺陷的在线快速自动检测分析。颜色传感器的三原色敏感元件由三个Si-PIN半导体光电管和相应的滤波器集成在一起，组成红(R)、绿(G)、蓝(B)三基色彩色传感器，分别从扫描透射光中感知待检测钢板表面颜色的变化量，即待检测钢板表面符合设定技术指标的正常合格颜色与部分偏离正常颜色指标的不合格颜色之间形成的色彩差异，这部分色彩差异区域的边界和程度将由三原色颜色传感器自动感知检测出来。颜色传感器光电流上升、下降全响应时间小于2 S。全部采用低功耗元器件，并使用内置电池和外部电源双模式供电单元。本发明的有益效果在于I、采用颜色传感器直接对钢板表面色差缺陷进行快速定量分析，可以保证对不同目标样品的色差缺陷做出可复现的高分辨分析结果，彻底解决了人工对色差缺陷进行观察 分析容易使结果产生不确定性的问题，即解决了对同一色差缺陷不同的观察者会得出不同的判定结果的问题。这样也减少了交易风险。2、不需要对钢板进行机械破坏性采样，实现钢板的无损检测。
3、采用便携式结构形式，方便钢厂和客户在现场对有质量争议的产品进行快速检测分级。4、色差检测分析结果，除了可以在本机显示器显示结果参数外，还可以将检测的色差信号及分析计算结果，通过数据传输接口上传到网络或其他计算机。
图I是本发明钢板表面色差缺陷检测装置的结构示意图。图2是颜色传感器的光电转换原理图。图中1_颜色传感器、2-待检测钢板、3-不合格颜色区域、4-合格颜色区域、5-凹面镜、6-平面反射镜、7-准直透镜、8-光源、9-振动扫描平面反射镜的驱动元件、10-振动扫描平面反射镜、11-供电单元、12-操作键、13-显示器、14-微处理器、15-存储器、16-ADC模/数转换器件、17-可变阻抗放大器件、18-外壳封装。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的实施例。参见图1，本实施例光源8采用白光源发光器件，光源8发出的白光经过准直头镜7后形成的准直光束，由平面反射镜6反射形成第一反射光束,第一反射光束经振动扫描平面反射镜10反射形成第二反射光束，第二反射光束投射到待检测钢板2表面需要进行色差检测的目标区域(不合格颜色区域3和合格颜色区域4)，投射到目标区域的白光斑在振动扫描平面反射镜10的控制下对待检测钢板2表面进行自动扫描检测，白光扫描的幅宽由振动扫描平面反射镜的驱动元件9的振幅和振动扫描平面反射镜10的反射面离目标区域的距离决定，待检测钢板2将第二反射光束反射形成第三反射光束，第三反射光束经振动扫描平面反射镜10反射形成第四反射光束，第四反射光束经凹面镜5聚焦后形成聚焦光，聚焦光投射在颜色传感器I的受光器件上，颜色传感器I将接收的信号传给微处理器14，微处理器14对颜色传感器I发来的信号进行色差智能分级计算，并将色差智能分级计算的色差判定结果显示在显示器13上，微控制器14控制光源8和振动扫描平面反射镜的驱动元件9，振动扫描平面反射镜的驱动元件9控制振动扫描平面反射镜10的位置和倾斜角度。所述的微处理器14采用SOC片上系统处理器，色差计算数据和智能色差分级算法程序存储在微处理器14中。所述的光源8、准直透镜7、平面反射镜6、振动扫描平面反射镜10、振动扫描平面反射镜的驱动元件9、凹面镜5和颜色传感器I构成色差光学检测系统，所述的微处理器14和显示器13构成色差信号处理计算系统，色差光学检测系统和色差信号处理计算系统置于便携的箱体中。所述的振动扫描平面反射镜的驱动元件包括驱动电源、驱动电机和频率发生器，所述的驱动电源、驱动电机和频率发生器采用控制线进行连接。接通驱动电源后，频率发生器对驱动电机进行驱动从而带动振动扫描平面反射镜移动。其中驱动电机采用井田电机，型号为545S-23100。所述的振动扫描平面反射镜10单次扫描最小周期小于10ms，在振动扫描平面反射镜10扫描周期内，颜色传感器内集成的红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色光电传感器以不小于S的采样速度分别对目标检测区域的反射光进行高速采样。参见图2，颜色传感器I的三原色传感元件集成在一个外壳封装18内。颜色传感器I接收凹面镜5聚焦的聚焦光产生的三原色光电流IR、IG、IB，三原色光电流IR、IG、IB分三路进入可变阻抗放大器17转换成标准(符合国际电工委员会IEC制定的相关标准)的电压信号VR、VG、VB,电压信号VR、VG、VB送至ADC模/数转化器16，由ADC模/数转化器16转换成相对应的数字信号 传输到微处理器14进行数据分析处理。微处理器14对由ADC模/数转化器16转换成的数字信号进行色差智能分级计算，并将色差判定结果显示在显示器13上。色差判定结果同时也可存储在与微控制器14连接的存储器15中，必要时可以传输到其他计算机系统或网络上。可设计方便实施各种有效控制操作的专用操作键12。供电单元11提供本机电池供电和外部电源供电两种供电模式，具有外部电源优先的自动切换功能，并具有电池低电压保护和提示功能。本发明采用的颜色传感器I是将红、绿、蓝三原色集成于一体的彩色传感器，由红、绿、蓝三个独立的传感元件组成，三原色单色分辨率不低于lObit，彩色合成分辨能力不低于224bit。为了使颜色传感器I能稳定工作，本发明还设有白平衡自校准功能。光源8为测量过程向待检测钢板2提供主动照射光。本发明采用三原色(红R，绿G，蓝B)颜色传感器作为检测钢板表面色差缺陷的传感元件。这种颜色传感器的真彩色测量精度高于人眼，色彩感知速度比人眼快，能模仿人眼的光谱响应来检测待检测钢板表面存在的色差缺陷。本发明采用的颜色传感器型号为松下LX-101。本发明相关色差检测光学驱动程序，人机交互自动程序、系统管理及通讯传输等软件全部固化在微控制器中。本发明中的差计算数据和智能色差分级算法程序首先对来自任意合格颜色区域的颜色信号数值进行三原色中心波长感知相应数据计算，并将这组数据锁定在微控制器的存储器中作为本次检测的合格区域的颜色比对基准。然后对待检测钢板不合格区域采集到的颜色信号中的三原色，中心波长感知相应数据进行计算处理，其结果与前述合格区域的颜色比对基准进行计算分析，最终得出的色差分级测量结果参数。合格颜色基准值参数、色差程度、色差分级等各种相关分析计算参数和扫描曲线都显示在显示器上。必要时可以用打印机打印出色差参数表或传输到其他的计算机系统。本发明实施例主要技术参数如下颜色传感器三原色中心波长红(R)X R = 600nm、绿(G)人G = 555nm蓝⑶X B = 445nm被测钢板表面颜色类别任意色颜色传感器光电流响应时间< 2 ii s色差分级显示单位± 100 %使用温度-15 +7(TC被测钢板种类冷轧板、镀层板、彩色板、硅钢板、热轧板可扩展检测的目标有色金属板、合金板等
颜色传感器彩色白平衡模式白平衡自动校正模式。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改，等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内
权利要求
1.一种钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于它包括色差光学检测系统和色差信号处理计算系统；所述的色差光学检测系统包括光源、准直透镜、平面反射镜、振动扫描平面反射镜、振动扫描平面反射镜的驱动元件、凹面镜和颜色传感器，光源发出的光经过准直透镜后形成准直光束，准直光束经平面反射镜反射形成第一反射光束，第一反射光束经振动扫描平面反射镜反射形成第二反射光束，第二反射光束经待检测钢板反射形成第三反射光束，第三反射光束经振动扫描平面反射镜反射形成第四反射光束，第四反射光束经凹面镜聚焦后形成聚焦光，聚焦光投射在颜色传感器上，振动扫描平面反射镜的驱动元件控制振动扫描平面反射镜的位置和倾斜角度；所述的色差信号处理计算系统包括微处理器和显示器，微处理器接收颜色传感器发来的信息，微处理器对颜色传感器发来的信号进行色差智能分级计算，并将色差智能分级计算的色差判定结果显示在显示器上，微控制器控制光源和振动扫描平面反射镜的驱动元件。
2.如权利要求I所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的颜色传感器接收凹面镜聚焦的聚焦光产生的三原色光电流IR、IG、IB，三原色光电流IR、IG、IB分三路进入可变阻抗放大器转换成电压信号VR、VG、VB,电压信号VR、VG、VB送至ADC模/数转化器，由ADC模/数转化器转换成相对应的数字信号传输到微处理器进行数据分析处理。
3.如权利要求I或2所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的颜色传感器是将红、绿、蓝三原色集成于一体的彩色传感器，由红、绿、蓝三个独立的传感元件组成,其中红色传感元件中心波长为600nm,绿色传感元件中心波长为555nm,蓝色传感元件中心波长为445nm。
4.如权利要求3所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的颜色传感器的三原色单色分辨率不低于lObit，彩色合成分辨能力不低于224bit。
5.如权利要求I所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的振动扫描平面反射镜将来自平面反射镜的第一反射光束按扫描周期投射到待检测钢板表面的合格颜色区域和不合格颜色区域上。
6.如权利要求5所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的振动扫描平面反射镜单次扫描最小周期小于10ms。
7.如权利要求I所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的微处理器采用SOC片上系统处理器，色差计算数据和智能色差分级算法程序存储在微处理器中。
8.如权利要求I所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的色差光学检测系统和色差信号处理计算系统置于便携的箱体中。
9.如权利要求I所述的钢板表面色差缺陷检测装置，其特征在于所述的光源发出白光。
全文摘要
本发明涉及一种钢板表面色差缺陷检测装置，它包括光源，光源发出的光经过准直透镜后形成准直光束，准直光束经平面反射镜和振动扫描平面反射镜后投射到待检测钢板，待检测钢板将光束经振动扫描平面反射镜和凹面镜后投射在颜色传感器上，颜色传感器将信息传递给微处理器，微处理器对信号进行色差智能分级计算，并将色差智能分级计算的色差判定结果显示在显示器上，微控制器控制光源和振动扫描平面反射镜的驱动元件，振动扫描平面反射镜的驱动元件控制振动扫描平面反射镜的位置和倾斜角度。本发明能准确反映钢板实物表面色差缺陷程度，减少交易风险。
文档编号G01N21/27GK102621147SQ20121006091
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者王卫平 申请人:武汉钢铁工程技术集团有限责任公司