專利名稱：便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀及其光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及熱態(tài)物體尺寸變化的測(cè)量裝置及其測(cè)量信號(hào)采集裝置，具體地說是一種便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀及其光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置。
背景技術(shù)：
棒材在熱軋過程中，正常情況下其斷面為圓形，其直徑公差是判定鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的基本數(shù)據(jù)。但由于軋輥的誤差發(fā)生中心錯(cuò)位或在軋制過程中的其他原因使棒材出現(xiàn)大小不等、形狀各異的毛刺或耳狀突起，影響棒材質(zhì)量，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正，將會(huì)產(chǎn)生大量的次品或廢品，從而造成重大損失，適時(shí)檢測(cè)材料的直徑顯得尤為重要?，F(xiàn)有檢測(cè)方法主要有以下幾種最傳統(tǒng)的做法是采用“燒木板”法，即工人用木板插入在正在軋制的棒材上，形成孔后立即取出，通過觀察木板出的缺口形狀來判斷有無毛刺及毛刺的大小。這種方法準(zhǔn)確性差，工作中的危險(xiǎn)性高，一旦發(fā)生“跑鋼”很有可能造成人員傷亡事故；另有采用背光技術(shù)的高溫調(diào)整軋制棒材測(cè)徑裝置，通過測(cè)量出被測(cè)鋼體在光區(qū)產(chǎn)生的陰影，進(jìn)而確定其直徑。其工作原理是燈泡發(fā)出的光線折射成連續(xù)的平行匯聚光束，投影在掃描攝像鏡頭的接收芯片上，軋件的陰影在一部分光敏元件上出現(xiàn)暗區(qū)，由計(jì)算機(jī)算出直徑。這類儀器需要固定安裝在軋鋼線上的某一部位，所以其測(cè)量精度具有一定的局限性；在軋鋼過程中每一道軋機(jī)軋制后都可能使軋鋼出現(xiàn)毛刺或突起變形，這樣一條線上需要安裝多臺(tái)這種儀器才能解決問題，如此形成的總價(jià)格比較高，同時(shí)，此種儀器的安裝、調(diào)試和維護(hù)并不太方便。另外，這類測(cè)徑裝置要，價(jià)格昂貴，難以普遍推廣；還有一種測(cè)徑裝置，是利用激光光源將物體照亮，通過光學(xué)系統(tǒng)將棒材直徑的像成像在光電轉(zhuǎn)換器上轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出，經(jīng)過處理得出代表直徑的數(shù)值，但這種裝置造價(jià)很高，且需要相應(yīng)空間進(jìn)行安裝。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作安全方便、測(cè)量精度高的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，利用熱軋鋼體自身發(fā)出的光譜，通過光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)鋼體隨時(shí)隨處的遠(yuǎn)距離在線動(dòng)態(tài)測(cè)徑。
本實(shí)用新型的另外一個(gè)目的，是要提供一種用于上述探測(cè)儀的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，為測(cè)量提供來自熱態(tài)物體本身的直接光光學(xué)信號(hào)。
本實(shí)用新型要解決上述的技術(shù)問題是通過以下的技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型提供一種用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，它包括用于相互間傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的依次設(shè)置的物鏡組、二次反射棱鏡組、分光器、分劃板。
作為上述光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置的改進(jìn)，它還包括用于觀察、瞄準(zhǔn)經(jīng)過分劃板后的光學(xué)圖像的目鏡組或投影屏。
上述的目鏡組為望遠(yuǎn)攝像機(jī)組。
所述的分劃板上設(shè)有綠色濾光片。
本實(shí)用新型還提供一種便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，它包括依次相聯(lián)的用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置、用于將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)的CCD光電轉(zhuǎn)換裝置、用于數(shù)據(jù)處理分析顯示的單片機(jī)。
作為上述探測(cè)儀的改進(jìn)，其光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置包括用于相互間傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的依次設(shè)置的物鏡組、棱鏡組、分光鏡、分劃板、目鏡組，視頻信號(hào)的CCD光電轉(zhuǎn)換裝置與目鏡組分別設(shè)于分光器后的兩路光路上。
作為本探測(cè)儀的進(jìn)一步改進(jìn)，所述目鏡組為兩架并聯(lián)的望遠(yuǎn)攝像機(jī)，其中一架安裝有投影屏，另一架與CCD光電轉(zhuǎn)換裝置相聯(lián)；所述分劃板后設(shè)有綠色濾光片。
所述光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置與CCD光電轉(zhuǎn)換裝置間還串接有二值化處理電路。
所述的CCD光電轉(zhuǎn)換裝置的靶平面上帶有紅外濾光片。
所述的單片機(jī)帶有測(cè)量超限聲光報(bào)警裝置。
本實(shí)用新型的探測(cè)儀其工作原理是以熱態(tài)棒材發(fā)出的光信號(hào)即圖象作為物方，經(jīng)過光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置成象在分劃板上即成象在CCD器件的光敏元件上；CCD是光電轉(zhuǎn)換器件，將分劃板上的象轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，即一組以電壓輸出的掃描信號(hào)，經(jīng)過電路處理送給單片機(jī)；單片機(jī)的任務(wù)是將掃描信號(hào)中代表直徑值的電平寬度測(cè)量出來，并表示為棒材直徑的當(dāng)量。光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置中的二次反射棱鏡的設(shè)置是為了改變光的傳播方向，進(jìn)而減小整個(gè)探測(cè)儀光路部分的體積，其數(shù)量和角度的設(shè)置可根據(jù)實(shí)際需要確定。
本實(shí)用新型在測(cè)量時(shí)只需將其物鏡的鏡頭與在軋鋼材的軸線相平行，即可進(jìn)行對(duì)直徑的遠(yuǎn)距離探測(cè)。
本實(shí)用新型所提供的上述結(jié)構(gòu)的用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，為測(cè)量提供來自熱態(tài)物體本身的光學(xué)信號(hào)，可用于測(cè)量熱軋棒材的各種外部尺寸；本實(shí)用新型的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，利用熱軋鋼體自身發(fā)出的光，通過光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)在軋鋼體隨時(shí)隨處的遠(yuǎn)距離在線動(dòng)態(tài)測(cè)徑。實(shí)際應(yīng)用中，可通過對(duì)連軋過程中各臺(tái)軋機(jī)出口處的尺寸檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)尺寸缺陷，從而為軋制過程中各軋機(jī)軋制工藝尺寸的規(guī)范化提供可靠依據(jù)，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量，有效延長軋輥的使用壽命的目的。該探測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡單、操作安全又方便、測(cè)量精度高，用于熱連軋過程中對(duì)熱軋棒材、線材的測(cè)徑。
本實(shí)用新型下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1為熱軋圓鋼的徑向截面及其相應(yīng)的光學(xué)掃描信號(hào)示意圖；圖2為本實(shí)用新型元器件的連接關(guān)系原理圖；圖3為本實(shí)用新型的原理方框圖；圖4為本實(shí)用新型的實(shí)施例中光學(xué)傳導(dǎo)裝置的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖5為二值化處理電路的原理電路圖；圖6為圖5所示電路的信號(hào)時(shí)序圖；圖7為本實(shí)用新型的實(shí)施例的二值化處理電路的電路圖；圖8為圖7所示電路的信號(hào)時(shí)序圖；圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例的外形結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中，D表示被測(cè)棒材的直徑；h表示毛刺高度；H為儀器的探測(cè)范圍。
一種用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，如圖4所示，包括用于相互間傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的依次設(shè)置的望遠(yuǎn)物鏡L1、顯微物鏡L2、四塊二次反射直角棱鏡3、一塊半鍍銀分光棱鏡4、帶有綠色濾光片的分劃板5、作為目鏡組L3的兩部望遠(yuǎn)攝像機(jī)，上述元件依次設(shè)置。兩部望遠(yuǎn)攝像機(jī)設(shè)于經(jīng)過分劃板后的兩路光路上，其中一部上安裝有投影屏，用于觀察、瞄準(zhǔn)圖象；另一部上安裝有CCD。
一種便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，它包括圖4所示的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置、用于將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)的TCD102C型CCD光電轉(zhuǎn)換裝置、用于數(shù)據(jù)處理分析顯示的MCS-51單片機(jī)B，上述裝置依次相連。
其中，CCD裝置的主要技術(shù)指標(biāo)為感光象元數(shù) 2048象元， 驅(qū)動(dòng)方式 兩相驅(qū)動(dòng)，相鄰象元中心距 14μm， 同步脈沖寬度 128μs，工作時(shí)鐘為 1MHZ， 周期 7.5ms光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置與CCD光電轉(zhuǎn)換裝置間串接有如圖7所示的二值化處理電路。CCD供電為+12V，因此V0輸出在0-12V之間，系用光電耦合與單片機(jī)相連接。
二值化處理電路中，不同的基準(zhǔn)電壓，二值化處理后的脈沖寬度是不相同的，因此基準(zhǔn)電壓的取值直接影響到脈寬的精度。一般選擇視頻信號(hào)曲線的拐點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的電壓作為基準(zhǔn)電壓。由于溫度的不同拐點(diǎn)的位置亦不相同，應(yīng)當(dāng)根據(jù)所測(cè)物體的溫度選擇拐點(diǎn)作為實(shí)驗(yàn)，將不同溫度的拐點(diǎn)年處的位置測(cè)出來，作為溫度修正的依據(jù)。
在CCD光電轉(zhuǎn)換裝置靶平面上帶有紅外濾光片。棒材在1000℃左右的高溫下發(fā)出的紅外光，其輻射譜線在離開棒材的位置呈現(xiàn)高斯曲線衰減，這一譜線通過光學(xué)成象、光電轉(zhuǎn)換，變換為相應(yīng)形狀的電壓信號(hào)送入單片機(jī)。
由CCD輸入到單片機(jī)的信號(hào)為兩路脈沖。其中一路是掃描同步信號(hào)，由φSH表示；另一路是代表直徑大小的視頻信號(hào)，用V0表示。單片機(jī)的主要任務(wù)有三一是數(shù)據(jù)采集功能，即對(duì)視頻信號(hào)的脈寬進(jìn)行測(cè)量；二是測(cè)脈沖用標(biāo)準(zhǔn)脈沖當(dāng)量t的標(biāo)定；三是常溫測(cè)量值修正(由于棒材軋制溫度為1000℃左右，高溫下的光特性與常溫不同，即在其邊沿發(fā)出的光能量符合高斯曲線，在CCD輸出的視頻曲線亦具有同樣的現(xiàn)象，給二值化處理時(shí)閾值的確定帶來困難，影響測(cè)量精度，因此需要對(duì)冷態(tài)和熱態(tài)下的棒材分別進(jìn)行測(cè)量，求出修正量)。
單片機(jī)具有數(shù)字顯示及測(cè)量超限聲光報(bào)警功能。
本實(shí)施例的整個(gè)光路部分設(shè)置于一盒體內(nèi)，將測(cè)試鏡頭與觀測(cè)鏡頭設(shè)于盒表，再與CCD、單片機(jī)固為一體，使整個(gè)儀器具有便攜的特點(diǎn)，體積小，重量輕。
本實(shí)施例的測(cè)量范圍被測(cè)棒材直徑D≤50mm(相當(dāng)于CCD靶面尺寸≤14mm)；毛刺高度范圍h≤20mm(相當(dāng)于CCD靶面尺寸≤5.6mm)；探測(cè)范圍H≥100mm(相當(dāng)于CCD靶面尺寸≥28mm)。
本實(shí)施例直徑測(cè)量分辨率0.1mm，相當(dāng)于CCD靶面尺寸0.028mm，2個(gè)CCD單元。
本實(shí)施例的毛刺判別原則當(dāng)測(cè)得h≥5mm(相當(dāng)于CCD靶面尺寸1.4mm)時(shí)，認(rèn)為毛刺出現(xiàn)在顯示毛刺值的同時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
權(quán)利要求1.一種用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，其特征在于它包括用于相互間傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的依次設(shè)置的物鏡組、二次反射棱鏡組、分光器、分劃板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，其特征在于它還包括用于觀察、瞄準(zhǔn)經(jīng)過分劃板后的光學(xué)圖像的目鏡組或投影屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，其特征在于所述的目鏡組為望遠(yuǎn)攝像機(jī)組。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，其特征在于所述的分劃板上設(shè)有綠色濾光片。
5.一種便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，其特征在于它包括依次相聯(lián)的用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置、用于將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)的CCD光電轉(zhuǎn)換裝置、用于數(shù)據(jù)處理分析顯示的單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，其特征在于所述用于熱軋圓鋼在線探測(cè)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置包括用于相互間傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的依次設(shè)置的物鏡組、棱鏡組、分光鏡、分劃板、目鏡組，視頻信號(hào)的CCD光電轉(zhuǎn)換裝置與目鏡組分別設(shè)于分光器后的兩路光路上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，其特征在于所述目鏡組為兩架并聯(lián)的望遠(yuǎn)攝像機(jī)，其中一架安裝有投影屏，另一架與CCD光電轉(zhuǎn)換裝置相聯(lián)；所述分劃板后設(shè)有綠色濾光片。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6、7中任一項(xiàng)中所述的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，其特征在于所述光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置與CCD光電轉(zhuǎn)換裝置間還串接有二值化處理電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，其特征在于所述的CCD光電轉(zhuǎn)換裝置的靶平面上帶有紅外濾光片。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀，其特征在于所述的單片機(jī)帶有測(cè)量超限聲光報(bào)警裝置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種便攜式熱軋圓鋼在線探測(cè)儀及其光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置，光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置包括用于相互間傳導(dǎo)光學(xué)信號(hào)的依次設(shè)置的物鏡組、二次反射棱鏡組、分光器、分劃板；探測(cè)儀包括依次相聯(lián)的光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置、CCD光電轉(zhuǎn)換裝置、單片機(jī)。該探測(cè)儀利用光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)裝置為測(cè)量提供來自熱態(tài)物體本身的直接光光學(xué)信號(hào)，通過光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)鋼體隨時(shí)隨處的遠(yuǎn)距離在線動(dòng)態(tài)測(cè)徑，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)尺寸缺陷，進(jìn)而為軋制過程中各軋機(jī)軋制工藝尺寸的規(guī)范化提供可靠依據(jù)，其結(jié)構(gòu)簡單、操作安全方便、測(cè)量精度高，用于熱連軋過程，可提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長軋輥使用壽命。
文檔編號(hào)G01B11/08GK2854510SQ200520024760
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者劉源恭, 溫蘭歧, 李恒民, 桑景瑞, 劉石虹, 郭蘭華, 高偉, 秦友剛, 王海平 申請(qǐng)人:河北德強(qiáng)冶金材料科技有限公司, 石家莊鋼鐵有限責(zé)任公司