平直度自动测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及采用光学测量方法为其特征的仪器，是一种平直度自动测量方法及装置，尤其是测量与检验薄钢板的激光平直度自动测量系统，其特征在于：激光浪形测量传感器１由半导体激光器７、挡光板８、ＣＣＤ摄像头１１、图象采集卡１３与测头滑块１０等组成，图象采集卡１３插在计算机４中，测头滑块１０固定激光器７和ＣＣＤ摄像头１１，并载着它们在Ｘ方向导轨１４上滑动。本发明专利技术可以测量各种厚度的板材的平直度，测量过程完全自动化，测量精度高、速度快，生产线停顿时间短、效率高，灵活用于生产现场和钢板使用单位的产品检验。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用光学测量方法为其特征的仪器，是一种平直度自动测量方法及装置，尤其是测量与检验薄钢板的激光平直度自动测量系统。
技术介绍
在工业、国防、科研、生产各个地方，如飞机、火箭、潜艇、汽车、冰箱，仪器机架，甚至易拉罐等等都要用到板材，对板材表面的平直度(又称不平度或凸度)有不同的要求甚至是严格的要求。所以，生产与使用部门的对平直度的检验显得非常重要。可是，目前公知的平直度测量是采用比较简单的工具由人工方法进行的，如国内一些大的钢铁企业，虽然采用先进的进口生产线和测试设备，但是钢板平直度的测量却采用角尺和塞尺进行。查到的一些专利，仍然用人工进行，如弹簧板、板上安装2根钢丝的钢板不平度测量仪(CN01268644.1)，用直尺和百分表的平直度检测器(CN92228820)用水准器和扭簧表的新颖平直度测量仪(计量与测试技术，1994，No5)等。稍微自动一些的如板材不平度自动数字测量仪，(CN91231110.X)，它由导轨、直尺、测量架和一个数显百分表等组成，测量时，导轨放在板材上，钢直尺与板材直接接触，测量架在导轨上来回运动，由数显表测出钢直尺和板材距离，单片机数字显示出不平度，免去了部分计算，由于导轨与钢尺直接与被测板材接触，所以不能用来测薄板。还有用5组3激光光源的在线轧制带材平直度测量仪(CN96100723.0)、7×3组激光的在线LF-100型激光平直度，只能够测2mm以上钢板，误差1mm。而测张力分布的带材平直度测量装置(CN01125785)、法国韦克莱奇姆公司的测高温金属产品平直度的平直度的测量方法及其装置(CN01143319.1)等平直度的自动测量装置，这些仪器或造价昂贵，或精度低或不能测薄板，不宜灵活用于生产现场和钢板使用单位的产品检验。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决板材，尤是薄金属板材的平直度的自动测量问题，解决在轧钢厂高温环境下，人工进行平直度测量时劳动强度大，测量占用的停工时间长，效率低等问题。本专利技术的技术方案是提供一种平直度自动测量装置，采用激光与图象处理等技术对物体表面平直度进行全自动测量；它由计算机4控制的激光浪形测量传感器1，测量线及测头位置自动设定器2和非接触导轨机座3加上系统软件5而构成。激光浪形测量传感器1由半导体激光器7、挡光板8、CCD摄像头11、图象采集卡13与测头滑块10等组成，图象采集卡13插在计算机4中，测头滑块10固定激光器7和CCD摄像头11，并载着它们在X方向导轨14上滑动。测量线及测头位置自动设定器2由计算机4控制的两个伺服电机17、18、相应的传动机械和固定在机架19上的两组导轨14、20组成，伺服电机17带动测头滑块10通过传动带沿X方向导轨14滑动定位；伺服电机18通过传动轮带动整个测量机架19沿Y方向在机座导轨20上移动。Y方向导轨20由两条合金铝方型材固定在两根固定支脚21上，构成非接触导轨机座3，被支撑在测量平台15之上；在X方向导轨14与Y方向导轨20的两端都装有限位微动开关；单片机控制的伺服电机驱动电路板固定在测量机架19上。测量装置与计算机的连接一条电缆从机内单板机的RS232串口接至计算机RS232串口；一条视频线从CCD摄像头11输出接至计算机内插的图象卡13的视频输入口。本专利技术自动测定板材平直度的方法是使用平直度自动测量装置，用一字形可见光半导体激光束垂直照射到被测板材16表面，表面上形成的高亮度的代表表面平直度的特征曲线；CCD摄像头11配合图象采集卡13或数码摄像头获取曲线的数字图象信号；计算机4通过系统软件5控制的X、Y方向伺服电机17、18驱动的定位机械，使CCD摄像头11自动按程序定位在测量平台15与被测板材16表面的中间、表面的边缘，采取多条取样测量线上的多个位置自动进行测量，获得各测量取样线上连续的图象信号；计算机4处理全部数字图象信号，取得曲线上各点的Xi、Yi值，便绘出并在计算机4屏幕显示出的沿各取样测量线上板材16表面的浪形曲线、浪高、浪距、板材厚度、平直度、急峻度、延伸差等测量结果，并自动判断板材16平直度的质量等级，打印出测量结果报表，实现超差报警，数据查询等工作。CCD摄像头的像素越多、配合图象采集卡的分辨率越高，或数码摄像头的像素越多，CCD视场中摄取的面积越小，测量精度越高。取样测量线越多，测得结果的代表性越好，最终可以取得物体表面起伏的数字三维模型。而测量线材的平直度时，测量一条取样测量线即可。专利技术的优点和积极效果1.该测量方法可以应用到其他测量平直度的领域，如路面，石材，钢轨等等的平直度自动测量，只需要调整参数结构即可；2.非接触测量，可以测量各种厚度的板材的平直度，特别是各种黑色和有色金属薄板和超薄板(箔)平直度的自动测量；3.测量过程完全自动化，测量速度快，生产线停顿时间短，效率高；4.较人工测量的取样点多，无人差，代表性误差小，精度高，较真实地反映了产品的平直度质量；5.数据记录完整，查询方便；6.工人劳动强度降低，且节省人力。仪器适合于工厂生产线、车间及板材使用单位的检验部门以及研究实验室应用。附图说明图1激光板材平直度自动测量装置的构成框图，图2激光浪形测量传感器工作原理图，图3测量线与测头滑块位置自动设定器的结构示意图，图4测量线及测头位置位置自动设定器的第二种结构示意图。图1展示了计算机4通过系统软件5控制激光浪形测量传感器1、测量线及测头位置自动设定器2和非接触导轨机座3而构成的激光板材平直度自动测量装置。图2展示了激光浪形测量传感器1的构成和工作状况。激光浪形测量传感器1由半导体激光器7、挡光板8、CCD摄像头11、图象采集卡13与测头滑块10等组成，图象采集卡13插在计算机4中，测头滑块10固定激光器7和CCD摄像头11，并载着它们在X方向导轨14上滑动。半导体扩束激光器7是一种可见光半导体激光器，在它的发射光路上装有扩束透镜，出射一束圆形激光光斑。该激光器7固定在测头滑块10上，使激光光轴垂直于被测板材16表面，在光路上设置一档光板8，使得在被测板材16的表面呈现出一个完整的半圆形光斑，光斑直径的边缘清晰，它与板材16表面的交线是一条反映板材16表面起伏不平的浪形曲线；该曲线成像在CCD摄像头11的视场中，并被CCD摄像头11摄取。CCD摄像头11是一种30万以上像素的黑白或彩色摄像头，摄像头采用f＝6～10mm无桶形失真镜头。摄像头11固定在测头滑块10上，离光斑数厘米远，它的光轴与被测板材16平面成a角。摄像头11与激光器7的位置相对严格不变。摄像头11输出的视频图象信号通过视频连接电缆12送图象采集卡13。图象采集卡13插在计算机4中，它将输入的模拟图象转换成数字图象信号，供计算机处理。图象采集卡13捕捉图象的分辨率不低于640*480，通常采用可供用户编程的SDK型卡。CCD摄像头11与图象采集卡13得到数字图象信号，供计算机4捕捉和进行图象与数据处理。这两者也可以由功能相同或功能更强的数码摄像头代替。数字图象信号通过USB电缆接计算机4。测头滑块10固定激光器7和CCD摄像头11，并载着它们在X方向导轨14上滑动。滑动靠计算机4控制的伺服电机17、18通过带齿传送带驱动，使整个测头滑块10沿着测量取样线，从始至终一次一次的移动、取样、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平直度自动测量装置，由计算机４控制的激光浪形测量传感器１，测量线及测头位置自动设定器２和非接触导轨机座３加上系统软件５而构成，其特征在于：　　　　①激光浪形测量传感器１由半导体激光器７、挡光板８、ＣＣＤ摄像头１１、图象采集卡１３与测头滑块１０等组成，图象采集卡１３插在计算机４中，测头滑块１０固定激光器７和ＣＣＤ摄像头１１，并载着它们在Ｘ方向导轨１４上滑动；　　　　②测量线及测头位置自动设定器２由计算机４控制的两个伺服电机１７、１８、相应的传动机械和固定在机架１９上的两组导轨１４、２０组成，伺服电机１７带动测头滑块１０通过传动带沿Ｘ方向导轨１４滑动定位；伺服电机１８通过传动轮带动整个测量机架１９沿Ｙ方向在机座导轨２０上移动；　　　　③Ｙ方向导轨２０由两条合金铝方型材固定在两根固定支脚２１上，构成非接触导轨机座３，被支撑在测量平台１５之上；在Ｘ方向导轨１４与Ｙ方向导轨２０的两端都装有限位微动开关；单片机控制的伺服电机驱动电路板固定在测量机架１９上；　　　　④测量装置与计算机的连接：一条电缆从机内单板机的ＲＳ２３２串口接至计算机ＲＳ２３２串口；一条视频线从ＣＣＤ摄像头１１输出接至计算机内插的图象卡１３的视频输入口；　　　　⑤计算机４采用可以在选定的测量环境下连续工作，可较快地进行数字图象采集和处理，可靠性高的任何一种类型的计算机皆可；操作系统可用ＷＩＮ９８或以上版本；工业控制机当属首选。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张学庄，张驰，
申请(专利权)人：张学庄，张驰，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]