一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，包括辊道、两台激光三角测距仪和以FPGA为核心的板坯测宽集中控制器，所述两台激光三角测距仪安装在辊道两侧，时钟分频模块分别至距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS‑485通信模块单向连接，距离数据解析模块至板坯宽度计算模块单向连接，板坯宽度计算模块分别至液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS‑485通信模块单向连接。本发明专利技术具有非接触测量、精度高、响应速度快、抗干扰能力强、现场安装方便等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置
本专利技术涉及一种对运动板坯实现高速动态宽度检测的装置，属于光学计算设备领域，特别是一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置。
技术介绍
在冶金工业热轧厂，板坯宽度是影响热轧带钢产品质量的重要因素。如果板坯宽度小于预定值，会导致后续带钢产品质量缺陷；如果板坯过宽，会导致原材料损耗，甚至卡刚、设备损坏等严重故障，因此板坯宽度测量是现代化钢厂生产中的一个重要参数。授权公告号为CN102847901B的文献中给出了“一种连铸生产中控制铁素体不锈钢板坯宽度的方法”，授权号CN102233415B给出了“连铸生产中铁素体不锈钢板坯宽度的设定方法”，研究不同炉次钢水中成分元素的变化给板坯宽度带来的影响，通过改变某些参数来控制板坯宽度。这些专利是从冶金生产工艺角度来调整、控制板坯宽度，并没有实现对板坯宽度的实时测量。授权公告号为CN103909100B的文献中给出了“一种板坯宽度的自动测量装置及方法”，提出使用液压缸和磁尺来检测板坯宽度；授权号CN102581040B给出了“一种板坯宽度检测系统及检测方法”，通过使用定宽压力机入口导尺来检测板坯宽度。这些专利都是使用接触式测量方式，由于现场环境恶劣，检测器长期与温度高达几百摄氏度的板坯接触，容易磨损，产生较大误差，降低测量精度。授权公告号为CN102553940B的文献中给出了“一种应用炉前测宽仪进行板坯宽度控制的方法”，授权号CN102716913B给出了“铁素体热轧不锈钢楔形板坯宽度控制方法”，这些专利从整体测宽流程角度阐述了如何实现板坯宽度控制，但未涉及测宽仪如何实现，并且测宽速度较慢(100ms)，说明其采用了接触式测量或时间反射式激光测量方案，难以完全满足现代化钢厂板坯高速测宽的要求。在多篇文献中提出了热轧测宽的设计方案，论文名称如下：陈铎.热轧粗轧板坯宽度控制系统研究[J].通信电源技术,2015,32(3):129-130.张晓春.CCD测宽仪在热轧板带中的应用[J].宝钢技术,2015,33(4):73-77.这些论文从理论上研究了板坯宽度控制模型，提出通过双目视觉、光学成像原理实现对钢板、带钢宽度的测量，测宽仪安装在辊道上方约2m处，设备安装复杂，在高温、水汽、粉尘工作条件下，测宽仪维护保养要求高，测量精度和稳定性难以保证。而且板坯的重量、热辐射是钢板的数十倍，因此在辊道上方安装CCD测宽仪的板坯测宽方案是无法长期稳定可靠运行的。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种测量精度高、系统响应速度快、抗干扰能力强、现场安装方便，很好地解决了使用磁尺等接触式测量方案造成的磨损问题以及在辊道上方安装CCD测宽仪的现场干扰问题，适用于冶金工业热轧厂板坯生产过程的基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置。本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，包括辊道、两台激光三角测距仪和以FPGA为核心的板坯测宽集中控制器，所述两台激光三角测距仪安装在辊道两侧，所述板坯测宽集中控制器包括时钟分频模块、距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块，所述时钟分频模块分别至距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块单向连接，所述距离数据解析模块至板坯宽度计算模块单向连接，所述板坯宽度计算模块分别至液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块单向连接。进一步的，所述时钟分频模块用于将输入的50M时钟产生成5分频时钟10MHz和10分频时钟5MHz，所述时钟分频模块的输出端CLKA连到两个距离数据解析模块和板坯宽度计算模块的时钟输入端，所述时钟分频模块的另一个时钟输出端CLKB连接液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块的工作时钟输入端。进一步的，所述距离数据解析模块用于根据来自时钟分频模块的10MHz时钟CLKA，产生两台激光三角测距仪的同步触发工作时钟SSIStartA和SSIStartB，使两台激光三角测距仪同步测量离板坯的距离，对接收到的高速串行数据SSIDataA和SSIDataB进行解析，输出激光三角测距仪和板坯之间的并行距离数据LA[15..0]、LB[15..0]。进一步的，所述板坯宽度计算模块以CLKA为同步工作时钟，每隔1ms接收一次距离数据LA[15..0]、LB[15..0]，根据宽度公式W＝D-LA-LB计算出板坯宽度，其中D为两台激光三角测距仪之间的固定距离，W为板坯宽度。进一步的，所述激光三角测距仪包括激光器、汇聚透镜、接收透镜、线阵CCD驱动板、FPGA控制板、一体化机械支架，所述激光器发出一束激光，经汇聚透镜照射到被测物体上，形成一个光斑，所述光斑在被测物体表面发生散射，其中一部分散射光经过接收透镜在线阵CCD驱动板上成像，所述线阵CCD驱动板产生的光包络信号送给FPGA控制板。进一步的，所述激光器为半导体激光器。进一步的，所述半导体激光器为波长为405nm的紫光半导体激光器。进一步的，所述半导体激光器上设有带PD的激光二极管。进一步的，所述线阵CCD驱动板前设有波长405nm窄带滤光片。相比于现有技术，本专利技术的优点在于：本专利技术使用非接触测量方案，辊道两侧激光三角测距仪同步测量和板坯之间的距离；板坯测宽集中控制器以FPGA为核心，通过测距数据计算板坯宽度，将宽度数据远程传输给钢厂PLC系统，从而实现板坯生产闭环控制；人机界面使用7寸TFT液晶显示和触摸屏，界面清晰，使用方便。因此，本专利技术从硬件检测设备角度提出一种高速非接触式板坯宽度测量装置，具有非接触测量、精度高、响应速度快、抗干扰能力强、现场安装方便等特点，适用于冶金工业热轧厂板坯生产过程。附图说明图1是本专利技术整体工作示意图；图2是板坯测宽集中控制器FPGA的结构示意图；图3是图2中距离数据解析模块的结构示意图；图4是距离数据解析模块的波形仿真图。具体实施方式下面结合说明书附图和具体的实施例，对本专利技术作详细描述。如图1所示，一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，包括辊道、两台激光三角测距仪和以FPGA为核心的板坯测宽集中控制器，所述以FPGA为核心的板坯测宽集中控制器控制辊道两侧的激光三角测距仪同步检测，实现大量数据的高速信号处理，系统响应时间1ms，可应用于冶金工业热轧厂等恶劣工业环境。所述两台激光三角测距仪安装在辊道两侧，测量到运动板坯之间的距离，将板坯和左右两侧激光三角测距仪之间的距离传送到安装在控制室的板坯测宽集中控制器，由其计算出板坯宽度，反馈控制前端板坯生产设备。板坯宽度的最终计算是由板坯测宽集中控制器实现，为能够实时响应接收激光三角测距仪输出的高速距离数据，集中控制器以FPGA为核心，实现大量数据的高速信号处理。如图2所示，所述板坯测宽集中控制器包括时钟分频模块、距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块，所述时钟分频模块分别至距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块单向连接，所述距离数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，包括辊道、两台激光三角测距仪和以FPGA为核心的板坯测宽集中控制器，其特征在于所述两台激光三角测距仪安装在辊道两侧，所述板坯测宽集中控制器包括时钟分频模块、距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS‑485通信模块，所述时钟分频模块分别至距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS‑485通信模块单向连接，所述距离数据解析模块至板坯宽度计算模块单向连接，所述板坯宽度计算模块分别至液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS‑485通信模块单向连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，包括辊道、两台激光三角测距仪和以FPGA为核心的板坯测宽集中控制器，其特征在于所述两台激光三角测距仪安装在辊道两侧，所述板坯测宽集中控制器包括时钟分频模块、距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块，所述时钟分频模块分别至距离数据解析模块、板坯宽度计算模块、液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块单向连接，所述距离数据解析模块至板坯宽度计算模块单向连接，所述板坯宽度计算模块分别至液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块单向连接。2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，其特征在于所述时钟分频模块用于将输入的50M时钟产生成5分频时钟10MHz和10分频时钟5MHz，所述时钟分频模块的输出端CLKA连到两个距离数据解析模块和板坯宽度计算模块的时钟输入端，所述时钟分频模块的另一个时钟输出端CLKB连接液晶显示驱动模块、D/A转换驱动模块、RS-485通信模块的工作时钟输入端。3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA和激光三角测距的板坯宽度动态检测装置，其特征在于所述距离数据解析模块用于根据来自时钟分频模块的10MHz时钟CLKA，产生两台激光三角测距仪的同步触发工作时钟SSIStartA和SSIStartB，使两台激光三角测距仪同步测量离板坯的距离，对接收到的高速串行数据SSIDataA和SSIDataB进行解析...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐强，杨晓云，庄燕滨，沈利香，时翔，邢业新，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32