光电测宽仪基本功能

摘要：本文主要介绍了应用于带钢生产线上的光电测宽仪，并从测宽仪的原理，系统构成，硬件及软件功能等进行了介绍。

关键词：光电测宽仪；原理；CCD

随着带钢的生产工艺和自动化的水平不断提高，对其宽度进行检测，则需要进行在线自动化的检测，因此在线测宽仪是带钢生产线上的一个重要检测设备。

光电测宽仪采用5000像素的高分辨率线阵CCD器件作为宽度测量的传感器。检测过程中，由滤光片滤掉钢板本身的红色光，利用外部光源与背景之间的光学反差，根据光学成像原理，当有带钢通过摄像头时，带钢按一定比例成像在CCD芯片上，产生视频脉冲信号，如图1所示。所得到的信号经放大整形处理后，由工控机进行采集得到带钢边缘位置对应的脉冲数，利用标定时记录的脉冲当量和标定基准位置对应的脉冲数进行计算，得到被测带钢的宽度值。

如图2所示，光电测宽仪采用双摄像头全视场测量方式。两台摄像机安装在轧机出口处辊道上方同一水平位置，其光轴与轧线辊道平面垂直，在辊道下方装有背景光源箱。调整两台摄像机使其视场覆盖最大测量范围，每台摄像机可测得带钢两边缘在辊道平面上的投影位置，根据一定的几何关系，可确定带钢两边缘在垂直平面内的空间位置，进而准确计算出被测带钢的实际宽度。光电测宽仪能够消除带钢弹跳、倾斜、边浪、厚度变化所造成的测量误差，保证测量精度。同时，采用背景光源能够提高信噪比，产生稳定的视频脉冲信号，从而保证测量结果准确稳定。

本文引用 计量装置机应用

由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写

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3、光电测宽仪仪表构成

光电测宽仪主要包括：检测箱、中继箱、背景光源箱、仪表柜等，如图3所示。

3.1、检测箱

检测箱是测宽仪的头部，安装在精轧机出口处轧线上方的小房内。检测箱内包括两个CCD摄像机、摄像机安装调整支架、定位激光器、二值化电路板、温度检测器等。箱内还设有减振、水冷、吹扫装置，以保证设备在生产条件下正常工作。

3.2、背景光源箱

背景光源箱为不锈钢密封箱体，箱内装有两个超长日光灯管和高频电子镇流器，既保证光源的长度又使其输出更柔和平稳。光源箱上部有通光玻璃和喷淋水管，喷淋水管既可吹掉通光玻璃上的污物又可对光源箱进行冷却。

3.3、中继箱

中继箱放在测宽仪小房内，箱内有空气开关、直流稳压电源、测温二次表以及用来连接检测箱与仪表柜之间信号的接线端子。

3.4、仪表柜

仪表柜是测宽仪的心脏部分，柜内包括：高性能工控机、彩显和通用键盘、用于观测CCD各种信号波形用的双线示波器、以及各种电源、开关、I/O板及接线端子等。从检测箱来的信号在这里得到处理、显示和输出，与轧机计算机的数据交换也在此进行。

光电测宽仪主要由以下硬件组成，原理框图如图4所示：CCD时钟电路板；CCD驱动与放大电路板；同步曝光与二值化电路板；光电耦合脉冲计数电路板；逻辑量I/0电路板；模拟量输出电路板。

用户可通过软件实现测宽仪的各种功能。这些功能主要包括在线及离线宽度测量、参数设定、故障检测、状态维护、历史数据显示、参数标定、数据校准等，功能框图如图5所示。该软件具有强大的自诊断功能，能够对设备部件进行测试，并且在测量、标定以及校准的同时自动进行故障检测，提高了设备的维护性。

光电测宽仪可测量热连轧厂带钢的宽度值。固定测宽仪安装在精轧机出口处，作为成品宽度检验仪表，实时检测带钢宽度值。光电测宽仪能够提高带钢的检测效率，提高测量速度，是高精度的在线宽度检测设备。

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摘要： 本文主要介绍了应用于钢板的CCD光电在线测宽仪的研发与应用，并从测宽仪的原理、结构组成等多方面进行了介绍。

关键词：钢板；测宽仪；CCD；

测宽仪可以测量钢板的实际宽度，实时监测宽度尺寸，及时超差报警提示，提高宽度控制精度。测宽仪可以测量中间坯宽度，作为同规格板坯生产的参考，在粗轧区域内经过转钢及往返多个道次的轧制，要求控制中间坯宽度，使之尽可能地接近轧制目标宽度和粗轧目标厚度，粗轧后不再对宽度进行调整，因此，粗轧区域的宽度控制就显得尤为重要。根据中厚板生产现场，钢板在精轧阶段的自然宽展非常小，完成粗轧轧制的中间坏宽度十分接近精轧轧完时的钢板宽度。

轧机为轧辊水平布置的双机架四辊可逆轧机，分粗轧和精轧，无立辊，其生产线示意图如图所示。正常生产时，粗轧控制钢板的宽度，精轧控制钢板的板型和厚度。板坯PDI( Prime Dala Input)绝大部分以额定尺寸录入，部分录入人工卡量尺寸数值。为获取板坯开轧前的实际宽度和袓轧轧后中间坯的宽度（接近精轧轧完后宽度），将 CCD测宽仪安装在粗轧机前距转钢辊道 2m处。

测宽仪采用双镜筒光电测头测量，双镜筒光电测头是由两组发射镜头和两组接收镜头组成的利用LED洁净光源和CCD成像法进行几何尺寸测量的测头。其基本测量原理如下图所示：

图中2个发射镜头内设置有LED点光源，点光源发出的光通过透镜变成平行光束分别射向2个接收镜头。通过接收镜头内的透镜使平行光束在光电转换元件CCD芯片上成像（注：一个发射镜头和一个接收镜头组成一组光电测头）。当被测物通过2束平行光构成的视场时，在光电转换元件的像上就会出现虚拟的阴影，设其宽度分别为L1、L2。经过对光电转换元件发出的电信号处理和计算可以得出L1、L2所对应的尺寸B1、B2，B1加B2再加上两个镜头之间的净间距C即可得出被测物的宽度尺寸A。

宽度测量设备主要由以下几部分组成：2组光电测头、测头安装架、控制柜、工控机、显示器、声光报警器等。

3.1、光电测头

每组光电测头均由发射镜头、接收镜头、CCD、信号采集计算系统组成。每组发射镜头和接收镜头都是一套完整的物方远心光路系统。所谓物方远心光路系统是指将被测物放置在远心光路（即平行光视场）中进行成像并进行尺寸测量的光学系统。物方远心光路系统用于测量的优点主要有两个：一是成像边界清晰，便于信号的捕捉和处理；二是被测物在沿平行光视场的轴向或径向移动时，成像的大小都没有变化，有利于提高测量精度。

CCD成像技术，CCD是电荷耦合器件（Charge Coupled Devices，简称CCD）成像检测的基本原理是，被测物通过光学系统以一定的比例成像于CCD光敏区上，CCD的视频输出经图像采集卡采样，量化形成具有一定灰度级分布的离散数字图像，优于图像上的每个像素点都与被测物表面的区域一一对应，反映了位置的光强信息，所以可以通过数字图像处理，将结果换算后得到被测的实际情况。

3.2、测头安装架

测头安装架采用全铸铁结构，能够有效的防止粉尘、水雾等进入测宽仪内部，损坏测宽仪。还具有固定作用，使得测宽仪良好运行。

3.3、控制柜及工控机

主控机柜内装控制和辅助电路以及终端机，主要完成整机供电控制、信号转接以及数据的处理、显示等。

3.4、显示器

可详细显示测量所得宽度值，数字显示。共有三种显示方式：1、测宽仪机体显示；2、外接显示屏显示；3、工控机显示。

3.5、声光报警器

超差报警系统是在测量输出值的基础上，对数据进行鉴别，分析出不合格的钢板宽度，从而输出一个报警信号。这样，生产线上不再需要人工机械去分析和判断产品的数据，只需对报警信号进行监测就可确定钢板是否合格。自动化程度提高，从而生产效率也大幅度提升。

超差报警系统主要特点是机械自动化。无需工作人员去计算判别，只需观察是否报警。高效率，节省人力物力，提高生产品质。

测宽仪出现超差报警后蜂鸣器将持续报警，红色灯亮，显示屏上显示数据变为红色，多方位提醒人员对轧线进行检查和处理；如偶尔超差后数据恢复正常不需检查轧线情况，可在软件界面将超差报警关闭后再重新打开。

利用双镜筒光电测头测量钢板宽度时，2组光电测头分别安装在钢板的两侧，2组测头的中心距是校核后的固定尺寸。当钢板通过测头的测量区时，钢板边沿在2组测头的成像位置信号经过采集电路采集后上传到工控机进行计算，即可得出钢板的宽度尺寸。宽度尺寸将实时显示在于工控机连接的显示器上。

① 定期检查测宽仪内部压缩空气吹扫情况，避免无压缩空气造成。

② 冬季水汽凝结在测宽仪测头的镜片上，造成测量不准，擦拭镜头即可。

③ 检查辊道上钢板位置，避免由于测宽仪扫描不到钢板的边缘而报故障，不测量或者测量结果为直线。

④ 认真检查仪表柜上的按钮位置以及指示灯状态是否正常。

① 测量和显示功能

可测量、显示钢板宽度值、宽度波动曲线、历史数据等多种数据。

② 数据记录和历史查询功能

可将钢板的测量信息等进行记录，并且记录时间可长达1年，可随时查阅历史记录，历史记录还可以作为出厂依据使用。

③ 通讯功能

可与上位机进行通讯，多种通讯接口可选。

④ 修正功能

测量误差过大时可自动或手动校准。

⑤ 自我诊断功能

出现故障时，进行声光报警，根据不同的轧材可设置超差报警上下限。

⑥测量范围调节功能

根据轧材的不同大小进行测量范围调节，同时可采用校准量块进行精度校准。

CCD光电测宽仪，可进行无损在线检测，应用于钢板、扁钢、带钢、钢带、金属板、铁板、合金板等的宽度测量中。

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