專利名稱：螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前各種文獻或資料中介紹的螺紋鋼參數(shù)測量儀，基本上都是采用線陣或面陣CCD進行測量。如陳林才，蔣誠志，付繼有，馮正鳴的“熱軋螺紋鋼在線圖象檢測技術(shù)的研究”，儀器儀表學報，1998，19(6)586-591；劉志英，陳文毅，岳祖洲的“螺紋鋼外型參量在線測量的實驗?zāi)M”，光電子激光，1994，5(4)，220-223；沈愛紅的“CCD視覺檢測系統(tǒng)的設(shè)計”，無錫輕工大學學報，1999，18(3)，98-102；“將單軸測徑儀擴展成全端面測量的裝置”，專利號ZL 99 2 44501.9，專利權(quán)人陳炳生；“高速運動物體的端面尺寸測量裝置”，專利號ZL 00 2 38166.2，專利權(quán)人陳炳生等。
上述儀器或裝置，其中一些是靜態(tài)測量儀，(如陳林才，蔣誠志，付繼有，馮正鳴的“熱軋螺紋鋼在線圖象檢測技術(shù)的研究”，儀器儀表學報，1998，19(6)586-591；劉志英，陳文毅，岳祖洲的“螺紋鋼外型參量在線測量的實驗?zāi)M”，光電子激光，1994，5(4)，220-223；沈愛紅的“CCD視覺檢測系統(tǒng)的設(shè)計”，無錫輕工大學學報，1999，18(3)，98-102等)；對于動態(tài)的螺紋鋼被測件來說，是根本不可能獲得橫肋尺寸。而“將單軸測徑儀擴展成全端面測量的裝置”，專利號ZL 99 2 44501.9，專利權(quán)人陳炳生；“高速運動物體的端面尺寸測量裝置”，專利號ZL 00 2 38166.2，專利權(quán)人陳炳生等，也只是在線測(內(nèi))徑儀，或改造后可測量螺紋鋼的縱肋。
實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，由于CCD的響應(yīng)時間所限，不可能測到真正的螺紋鋼橫肋尺寸。由于采用了線陣CCD串行掃描方式，每秒最高可采666個截面，以20米/秒的軋制速度計算，其截面間距為20米/秒÷666/秒＝30毫米，而螺紋鋼橫肋高的采樣間隔要求≤0.5mm，很顯然遠達不到測量要求。這些因素限制了基于現(xiàn)有原理的在線測徑儀不能夠測量橫肋高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種解決了橫肋高的測量問題，實現(xiàn)了三參數(shù)在線測量的螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特點在于由測量縱肋高的線陣CCD測量儀，測量內(nèi)徑、橫肋高的光電瞄準式光學投影儀和與計算機控制系統(tǒng)組成，光電瞄準式光學投影儀和線陣CCD測徑儀是兩個獨立的測量系統(tǒng)，分別在螺紋鋼的兩個相互垂直的方向上測量，兩者共用一個測量頭，兩個方向的測量信號同時輸入計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后輸出測量結(jié)果。
所述的光電瞄準式光學投影儀由光源、測量頭、成像系統(tǒng)、光電瞄準裝置組成，由光源產(chǎn)生平行光照亮在測量頭內(nèi)部的被測件，其投影經(jīng)成像系統(tǒng)放大，將清晰可測的影像成像在投影屏上，后經(jīng)光電瞄準裝置瞄準測量，并將測量數(shù)據(jù)輸入計算機處理。
所述的線陣CCD測量儀部分由光源、測量頭、線陣CCD攝象機組成，光源經(jīng)光學系統(tǒng)發(fā)出的平行光照亮被測件，線陣CCD攝象機對被測件進行瞄準成像測量，圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入計算機。
所述的計算機控制系統(tǒng)由PC上位機、工控計算機和若干臺單片機組成，分別并行執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)采集、計算和顯示功能。
本發(fā)明的工作原理是由于被測對象是在高溫高速運動之中，因此只能采用非接觸測量。測量原理采用傳統(tǒng)測量儀器中的光學投影法，其典型應(yīng)用是光學投影儀，作用是將被測件的外表輪廓成像在影屏上進行測量；因為光學投影成像比CCD成像的響應(yīng)時間短得多，因而可以獲得螺紋鋼的橫肋輪廓圖像。本測量系統(tǒng)采用先進的光電瞄準式投影儀測量螺紋鋼的橫肋和內(nèi)徑，而采用CCD攝象機測量螺紋鋼的縱肋。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是1、減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率。目前螺紋鋼生產(chǎn)廠多采用在停機的情況下，在熱態(tài)下由工人用卡尺測量，勞動強度很大，且不能實時檢測，及時調(diào)整軋機，一旦發(fā)現(xiàn)超差已有大批鋼材成為次品或廢品，停機時間也嚴重影響著生產(chǎn)效率的提高，因此本發(fā)明實現(xiàn)了在線測量，減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。
2、目前國內(nèi)文獻資料介紹和螺紋鋼生產(chǎn)企業(yè)所使用的棒(線)材在線測徑儀實際上只能測量內(nèi)徑或縱肋兩個參數(shù)，不能夠真正測量橫肋高度h。而本設(shè)計采用光電瞄準式投影儀及計算機并行采樣技術(shù)，實現(xiàn)了三參數(shù)在線測量，符合國家標準，滿足了企業(yè)的高質(zhì)量要求。


圖1為本發(fā)明的組成原理框圖；圖2為本發(fā)明的光電瞄準式投影儀的結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本發(fā)明的計算機控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成框圖；圖4為本發(fā)明光電瞄準式光學投影儀的光柵計數(shù)信號調(diào)理電路組成圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明由測量縱肋高的線陣CCD測量儀，測量內(nèi)徑、橫肋高的光電瞄準式光學投影儀、計算機控制系統(tǒng)，支架及導向部分9組成。其中光電瞄準式光學投影儀由光源1、測量頭7、成像系統(tǒng)2、光電瞄準裝置3組成，由光源產(chǎn)生平行光照亮在測量頭內(nèi)部的被測件，其投影經(jīng)成像系統(tǒng)放大，將清晰可測的影像成像在投影屏上，后經(jīng)光電瞄準裝置瞄準測量，并將測量數(shù)據(jù)輸入計算機處理。線陣CCD測量儀部分由CCD光源5、測量頭7(8為測量內(nèi)孔)、線陣CCD攝象機6組成，CCD光源5經(jīng)光學系統(tǒng)發(fā)出的平行光照亮被測件，線陣CCD攝象機對被測件進行瞄準成像測量，圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入計算機。計算機控制系統(tǒng)由1臺PC上位機、1臺工控計算機和4臺單片機組成，分別并行執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)采集、計算和顯示功能。上述各部分均安裝在支架及導向部分上，當測量頭7需要轉(zhuǎn)位時，可以通過其上的轉(zhuǎn)位機構(gòu)進行轉(zhuǎn)位。
光電瞄準式光學投影儀和線陣CCD測徑儀是兩個獨立的測量系統(tǒng)，分別在螺紋鋼的兩個相互垂直的方向上測量，兩者共用一個測量頭7，兩個方向的測量信號同時輸入計算機控制系統(tǒng)4，計算機控制系統(tǒng)4經(jīng)數(shù)據(jù)處理后輸出測量結(jié)果。
本發(fā)明中光電瞄準式光學投影儀的光源采用柯拉照明方式，即可產(chǎn)生平行光源。光學投影物鏡放大倍數(shù)β1＝10倍，光纖放大器放大倍數(shù)β2＝2倍，總放大倍數(shù)β＝β1×β2＝20倍。放大物鏡應(yīng)符合物方遠心光路，透鏡可以選擇成品，比如照相物鏡或攝像物鏡等，但對光學系統(tǒng)應(yīng)加以保護。
光電瞄準跟蹤系統(tǒng)，可采用自動跟蹤瞄準或非自動卡尺測長光電瞄準(由用戶設(shè)備的水平檔次決定)。瞄準裝置在選通的情況下，輸出32位信號給STD3#和STD4#，由于信號處理電路比較龐大，不便放在STD插槽內(nèi)，因此放在機外，通過總線轉(zhuǎn)接插頭座引近STD。
光電瞄準測量平臺的位移量，即光柵尺位移量，經(jīng)光柵計數(shù)信號調(diào)理電路10后，輸出代表位移量的數(shù)字量，以BCD碼形式輸出給STD總線。光柵計數(shù)信號調(diào)理電路10由光電轉(zhuǎn)換11、整形電路12、四倍頻及辨向電路13、光電轉(zhuǎn)換14組成，如圖4所示。
螺紋鋼的內(nèi)徑、橫肋輪廓圖像經(jīng)光學投影儀成像系統(tǒng)成像后，圖像光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，輸入到信號調(diào)理電路，放大和二值化處理，輸出16組32路的二值化信號給STD總線，以分別計算螺紋鋼上、下半部的內(nèi)徑和橫肋高。
如圖3所示，本發(fā)明的計算機控制系統(tǒng)采用總線型分散式結(jié)構(gòu)，通過RS485和STD總線聯(lián)接，主要由上位機、STD0#工控機，及STD1#～STD4#等計算機組成，同時還包括一些信號調(diào)理和驅(qū)動電路。
系統(tǒng)上位機主要進行數(shù)據(jù)庫管理。上位機不需要長期工作，只是在每一班交接使用一次，而且放在操縱室內(nèi)使用，因此可選擇IBM-PC個人微型計算機。
STD0#為值班計算機，進行數(shù)據(jù)采集、計算和顯示內(nèi)徑d、橫肋高h、縱肋高h1。要求具有一定的數(shù)據(jù)處理能力以及足夠的內(nèi)存，以使每一班組內(nèi)工作的數(shù)據(jù)能夠保留下來，可選8088系列工控機。
STD1#為自動控制單片機，主要控制測量頭裝置的扭轉(zhuǎn)角及測量跳動的位移；此機的存儲量不大，側(cè)重于過程控制，可選擇價格便宜的MCS-51系列單片機。STDl#的輸入信號為測量平臺光柵給出的BCD碼信號和測量頭扭轉(zhuǎn)角到位后給出的開關(guān)量信號；輸出為光柵電路的選通信號及步進電機驅(qū)動信號。
STD2#為測縱肋高度h1單片機，采集并計算縱肋高的平均值h1，此機的存儲量和計算量均不大，同樣可選擇價格便宜的MCS-51系列單片機。線陣CCD測量信號經(jīng)電路處理變?yōu)槊}沖信號，送入STD2#之后進行脈沖測寬，依據(jù)STD0#輸出的內(nèi)徑d的平均值，換算為代表縱肋高度的數(shù)據(jù)h1。然后通過STD總線輸出給STD0#。
STD3#為測量螺紋鋼上半部曲線(d/2+h)上單片機，采集螺紋鋼上半徑(d/2)上和上橫肋高h上之和的(d/2+h)上曲線，并計算平均值(d/2)上及h上；此機要求數(shù)據(jù)處理功能強、速度快，并有較大的存儲容量，所以選用8088系列機。
STD4#為測量螺紋鋼下半部曲線(d/2+h)下單片機，采集螺紋鋼下半徑(d/2)下和下橫肋高h下之和的(d/2+h)下曲線，并計算平均值(d/2)下及h下；此機要求數(shù)據(jù)處理功能強、速度快，并有較大的存儲容量，所以選用8088系列機。
光電瞄準裝置在選通的情況下，輸出32位信號給STD3#和STD4#，由于信號處理電路比較龐大，不便放在STD插槽內(nèi)，因此放在機外，通過總線轉(zhuǎn)接插頭座引近STD。
上述各部分中，除PC機外皆安裝在現(xiàn)場，其中STD0#～STD4#安裝在現(xiàn)場機柜內(nèi)，LED顯示屏安裝在機柜上方。
權(quán)利要求
1.螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于由測量縱肋高的線陣CCD測量儀，測量內(nèi)徑、橫肋高的光電瞄準式光學投影儀和與計算機控制系統(tǒng)組成，光電瞄準式光學投影儀和線陣CCD測徑儀是兩個獨立的測量系統(tǒng)，分別在螺紋鋼的兩個相互垂直的方向上測量，兩者共用一個測量頭，兩個方向的測量信號同時輸入計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后輸出測量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述的光電瞄準式光學投影儀由光源、測量頭、成像系統(tǒng)、光電瞄準裝置組成，由光源產(chǎn)生平行光照亮在測量頭內(nèi)部的被測件，其投影經(jīng)成像系統(tǒng)放大，將清晰可測的影像成像在投影屏上，后經(jīng)光電瞄準裝置瞄準測量，并將測量數(shù)據(jù)輸入計算機處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述的線陣CCD測量儀部分由光源、測量頭、線陣CCD攝象機組成，光源經(jīng)光學系統(tǒng)發(fā)出的平行光照亮被測件，線陣CCD攝象機對被測件進行瞄準成像測量，圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入計算機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于所述的計算機控制系統(tǒng)由PC上位機、工控計算機和若干臺單片機組成，分別并行執(zhí)行數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)采集、計算和顯示功能。
全文摘要
螺紋鋼三參數(shù)在線測量系統(tǒng)，其特征在于由測量縱肋高的線陣CCD測量儀，測量內(nèi)徑、橫肋高的光電瞄準式光學投影儀和與計算機控制系統(tǒng)組成，光電瞄準式光學投影儀和線陣CCD測徑儀是兩個獨立的測量系統(tǒng)，分別在螺紋鋼的兩個相互垂直的方向上測量，兩者共用一個測量頭，兩個方向的測量信號同時輸入計算機控制系統(tǒng)，計算機控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理后輸出測量結(jié)果。本發(fā)明實現(xiàn)了在線測量，減輕了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，且符合國家標準，滿足了企業(yè)的高質(zhì)量要求。
文檔編號G01B11/12GK1707220SQ20041000918
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月9日
發(fā)明者李成貴, 劉源恭 申請人:北京航空航天大學