[发明专利]一种可多点修正的差动式在线激光测厚系统及其测量方法有效

专利信息
申请号: 201610596188.X 申请日: 2016-07-26
公开(公告)号: CN106152952B 公开(公告)日: 2017-10-31
发明(设计)人: 周华民;张云;宋世典;王云明;黄志高;杨志明 申请(专利权)人: 华中科技大学
主分类号: G01B11/06 分类号: G01B11/06
代理公司: 武汉东喻专利代理事务所(普通合伙)42224 代理人: 方放
地址: 430074 湖北*** 国省代码: 湖北;42
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摘要: 发明属于带材非接触在线测厚相关领域,并公开了一种可多点修正的差动式在线激光测厚系统,该系统包括整体呈矩形框架的结构件、以及配套的激光控制器、运动控制卡和中央处理单元,其中整体呈矩形框架的结构件上分布安装有两个激光位移传感器,这两个激光位移传感器沿着同一垂直轴线相对设置且保持同步横向移动,由此实现来回扫描测量厚度。本发明还公开了相应的测量方法,其中在测厚之前可通过标准片逐点标定每个扫描位置的上下两激光头之间的距离值,在执行扫描测厚时通过每个位置的距离值计算该位置测得的待测带材的厚度值。通过本发明,能够在提供更好的结构稳定性和抗震性的同时,还可以为整个扫描测厚过程中的每个测量位置提供偏差校正。
搜索关键词: 一种 多点 修正 差动 在线 激光 系统 及其 测量方法
【主权项】:
一种可多点修正的差动式在线激光测厚方法,该方法所采用的测厚系统包括整体呈矩形框架的结构件、以及配套的激光控制器(17)、运动控制卡(18)和中央处理单元(19),其中该结构件由横向设置且彼此平行的上直线导轨(4)、下直线导轨(5),以及纵向设置且彼此平行的左传动轴(10)和右传动轴(20)共同组成;平行于所述上直线导轨、下直线导轨各自设置有上时规皮带(2)、下时规皮带(3),并通过配套的驱动电机(1)实现所述传动轴和所述时规皮带的同步传动,作为待测对象的带材则保持表面水平地横向输送穿过该结构件;此外,所述上时规皮带的下侧采用上滑块(6)安装有上激光位移传感器(8),所述下时规皮带的上侧采用下滑块(7)安装有下激光位移传感器(9),这两个激光位移传感器沿着同一垂直轴线相对设置且保持同步横向移动,并分别用于将激光束发射至带材的上表面和下表面,同时将漫反射回的激光通过透镜聚焦后成像,由此基于成像位置来获得各激光头至带材表面之间的距离;该激光控制器(17)同时与所述上激光位移传感器(8)、所述下激光位移传感器(9)和所述中央处理单元(19)信号相连,并用于将各个激光位移传感器所测得的距离数据实时传输给该中央处理单元(19);该运动控制卡(18)同时与所述驱动电机(1)和所述中央处理单元(19)信号相连,并用于从此驱动电机上获取反映带材在整个横向输送过程中每个测量位置的坐标值;该中央处理单元(19)基于来自所述上激光位移传感器、下激光位移传感器的距离数据、以及来自所述运动控制卡的坐标值,相应用于计算输出带材的厚度结果;其特征在于,该方法包括下列步骤:(a)激光位移传感器的间距标定操作(a1)当上述测厚系统未放入待测带料的情况下,首先在固定有齿轮(11)的所述左传动轴(10)上沿着横向安装上齿条(12),该上齿条的右端固定有上标准片(15),并使得该上齿条和该上标准片安装在上述矩形框架上,并使得所述上标准片(15)正好位于所述上激光位移传感器(8)和下激光位移传感器(9)两者的垂直线上;接着,启动所述驱动电机(1)带动所述上齿条(12)以及上时规皮带(2)、下时规皮带(3)同步运动,相应使得所述上标准片(15)以及上激光位移传感器(8)、下激光位移传感器(9)以相同速度向右运动;在此运动过程中,所述中央处理单元(19)通过所述运动控制卡(18)记录每一个位置的坐标值i,而两个所述激光位移传感器分别感测在每个测量位置时其与所述上标准片(15)上、下表面之间的距离值X1(i)和X2(i),并将这些距离值通过所述激光控制器(17)传输给所述中央处理单元(19),进而基于这些距离值采用以下公式(一)来计算两个所述激光位移传感器之间的真实间距H(i),然后根据该计算结果来执行两个激光位移传感器之间距离的标定操作:H(i)=X1(i)+X2(i)+m  公式(一)其中,X1(i)表示所述上激光位移传感器(8)在每个测量位置所感测到的与所述上标准片的上表面之间的距离,X2(i)表示所述下激光位移传感器在每个测量位置所感测到的与所述上标准片的下表面之间的距离,m表示所述上标准片自身的厚度;(a2)而当上述测厚系统已经放有待测带料的情况下,首先将待测的带料保持表面水平地放在所述左传动轴(10)上,然后在所述左传动轴(10)上位于所述上齿条的下侧,继续沿着横向安装其右端固定有下标准片(16)的下齿条(13),也即将所述上齿条、下齿条、上标准片和下标准片都安装在上述矩形框架上,并使得该上标准片(15)和下标准片(16)同样正好位于所述上激光位移传感器(8)和下激光位移传感器(9)两者的垂直线上;接着,启动所述驱动电机(1)带动所述上齿条(12)、下齿条(13)以及上时规皮带(2)、下时规皮带(3)同步运动,相应使得所述上标准片(15)、下标准片(16)以及上激光位移传感器(8)、下激光位移传感器(9)以相同速度向右运动;在此运动过程中,所述中央处理单元(19)通过运动控制卡(18)记录每一个位置的坐标值i,而两个所述激光位移传感器分别感测在每个测量位置时其与所述上标准片(15)上表面的距离值Y1(i)、与所述下标准片(16)下表面的距离值Y2(i),进而基于这些距离值采用以下公式(二)来计算两个所述激光位移传感器之间的真实间距,然后根据该计算结果来执行两个激光位移传感器之间距离的标定操作:H(i)=Y1(i)+Y2(i)+n  公式(二)Y1(i)表示所述上激光位移传感器在每个测量位置所感测到的与所述上标准片的上表面之间的距离,Y2(i)表示所述下激光位移传感器在每个测量位置所感测到的与所述下标准片的下表面之间的距离,n表示所述上标准片的上表面到所述下标准片的下表面之间的距离;(b)对待测带料的厚度扫描和实时计算拆除所述上齿条、下齿条、上标准片和下标准片,然后启动所述驱动电机(1)带动所述上时规皮带(2)、下时规皮带(3)同步运动,相应使得所述上激光位移传感器(8)和下激光位移传感器(9)以相同速度向右运动;在此运动过程中,两个所述激光位移传感器感测其与待测带材各表面之间的距离数据,所述运动控制卡(18)读取反映带材在整个横向输送过程中每个测量位置的坐标值,分别测量在每个位置上所述上激光位移传感器(8)到待测带材上表面之间的距离Z1(i)、以及所述下激光位移传感器(9)到待测带材下表面之间的距离Z2(i),并将Z1(i)、Z2(i)通过所述激光控制器(17)传输给所述中央处理单元(19),最后采用以下公式(三)相应计算得出待测带料的厚度结果h(i):h(i)=H(i)‑Z1(i)‑Z2(i)  公式(三)其中,H(i)表示在步骤(a)中所计算获得的两个所述激光位移传感器之间的真实间距。
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