钢板厚度测试仪(光学系统设计部份).docx

该【钢板厚度测试仪(光学系统设计部份) 】是由【碎碎念的折木】上传分享，文档一共【21】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【钢板厚度测试仪(光学系统设计部份) 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。目 录
第一章引言
§ 争论背景和意义
§ 国内外争论现状
其次章 测量原理和方案论证
§ 激光非接触厚度测量仪
§ CCD 摄影数字图像钢板测厚仪
§ 双麦克尔逊千涉测厚仪
第三章 光学系统设计
§ 光源
§ 照明方式
§ 光学系统部件
§ 光学系统的组装第四章 精度分析
§ 安排
§ 合成第五章 总结参考文献
非接触钢板厚度测试仪
第一章 引言
§ 争论背景和意义
在实际轧制中厚度板材生产过程之中，最常承受的方法为人工用千分尺卡量等方法来测量轧后板材的实际厚度。固然，用人工卡量的方式来测量轧制板材的厚度, 普遍存在着测量精度较差, 测量点少 , 测量速度缓慢等种种缺点。特别是在相对恶劣的现场环境或者一些比较特别的场景之下, 操作人员用此种方法测量时劳动强度大 , 危急性高, 从而导致生产效率受到很大的影响。
近年来, 虽然争论与具体实施过很多其它方法 , 例如机械测量法、微量元素放射性测量法等,但都不格外抱负,不是测量精度太低, 就是对环境及人身造成危害,所以就都弃之不用。而我们此次所承受的激光测厚仪的设计,充分考虑到现场的各种环境因素。为了削减温度对机体长度的影响,使用了铁铸造件做机壳；利用石英玻璃窗片 , 保护窗口内部件以及把测量车体做成“C”型,并使之能在轨道上移动,以利于维护检修。
另外,为滤除背景杂波信号在接收镜头前加装滤光镜片。通过实例我们知道：在一些具体的部门和生产车间里，激光测厚仪的安装、
调试用了两个星期左右的时间,他们在这当中遇到不少困难。特别是在安装调试时,由于测量车体内空间太小,不便操作,加上在高电压的状态下工作,必需留神慎重。以及在调试光学系统时,因上下两臂距离较远,给调试工作也带来不少麻烦。
从进展历程来看，激光测厚仪是近年来开发出的高科技有用型设备,是用于热轧生产线上实时在线式连续测量成材厚度的非接触式测量设备。它有效地改善了工作环境的制约,具有测量准确、精度高、有用性好、安全牢靠、无辐射、非接触式测量等人工测量及其它测量方法无法比较的优点,并为轧制钢材厚度掌握供给了准确的信息 ,从而提高了生产效率和产品质量,降低了劳动强度。
激光测厚仪使用两年多以来 ,具不完全统计,因板厚误差造成的废品率下降了50%以上,创经济效益近千万元,受到各级部门和工作人员确实定与赏识。
需要特别指出的是，厚度测量是生产中最常见的测量内容之一。常用量具有游标卡尺或千分尺,这些量具在使用时都必需和工件接触, 虽然接触压力不大,但对一些特别工件,在测量时不允许量具和工件 接触,否则会在工件外表上留下压印或划痕。又依据我们本学期所学相关学问，虽然千分尺符合阿贝原则，但原始误差仍旧不行避开。此外，游标卡尺的精度〔〕和千分尺的精度〔〕存在差异， 在一个就是在具体的使用中存在测量误差〔千分尺可能存在斜卡的现象，导致错误测量〕，还有就是读数误差等〔一般状况下千分尺读数比游标卡尺要准确〕。
承受激光厚度仪虽然可以便利快速地实现工件厚度的无接触测量,但测量精度不高,难于满足工件的高精度测量要求。另外,当被测点要求很多、所测厚度连续变化、材质是复合的状况下,传统测量方法就受到了限制,要做到高精度的测量就显得更不简洁。
困此,可用高精度非接触位移传感器 ,检测工件外表与测头之间的位移变化所引起的电流变化 ,利用计算机和所编软件进展数据处理、设定测量点数并掌握测量全过程。
因此，通过光机电算各局部的分工合作，最终实现了如今我们此次课题。
§ 国内外争论现状
德国IMS公司供给的厚度测量系统通常由测量站、信号加工处理元件和外围关心设备组成。数据记录系统完成数据的统计分析和评估, 以保证测量质量。
该系统可实现热轧或冷轧的在线测量。测量过程中由于使用了X 射线或同位素射线,因而可在无接触和无破坏性的条件下进展。且能在时间常数为1ms %。该系统的设计可扩大工业应用范围,保证有较长的使用寿命且易于在现场使用。
该测量系统的设计特点:标准测厚仪由带有射线源的测量站和带有信号加工处理系统的电子元件组成,其他工作和操作人员工作站以及外围设备也可包括在内。各种各样的人机交互界面可以利用,远距离诊断分析可通过特地的交互界面实现。
测量点可按如下方式进展设定：①整个带钢长度上沿带钢中心线对带钢厚度进展测量；②多信道中心线和横断面测量；③多信道中心线和边部减薄测量；④多信道中心线、外形和边部减薄测量, 包括宽度和平直度测量。
承受多信道厚度测量系统 ,通过X射线可对带钢整个宽度上的厚度进展推断。目前系统配备最先进的 X射线技术,且具有很大的信噪比。由于X射线管的高压可单独设定,因而可依据具体的测量任务对辐射能进展最优调整。该系统的安全功能远远超过法规要求,可供给安全和紧急开关并对任何潜在危急显示警告信号。
其次章 测量原理和方案论证
§ 激光非接触厚度测量仪
至目前为止，非接触测量厚度的方法还很少，工业上常用子射线穿透〔钢铁〕物体的方法来实现，但人们对射线的安全性始终存在一种顾虑。
本课题介绍的方法也是一种非接触测量方法, 所示,由激光后向定位仪及转镜组成，当转镜转动时,由定位仪发出的激光束,通过转镜反射而进展扫描，当激光束射向物体侧面实体上时， 将发出散射光，激光后向定位仪的讯号处理电路将收到的散射光讯 号，输出电平讯号，如高电平，假设扫描激光束，射到被测厚度的外边时，定位仪收不到散射光，其讯号处理电路将输出低电平〔 所示为激光定位仪的框图〕转镜连续转动所产生的结果就是输出如图 3所示的波形，，对应于被测厚度，测出了T2就
可算出待测物体的厚度为： 〔2-1〕
非接触测量原理图
激光定位仪
激光定位仪输出波形
其中f 为转镜马达的旋转频率,通过时钟频率电路和计数器协作, 就可知道高电平T2的持续时间,旋转半镜L2为转镜2到被测物体边缘的距离,当被测厚度比L2小很多时，可以无视旋转半径L2的转变带来弧度上的误差,这样依据方程式〔2-1〕 就可算出待测物体的厚度。
由上〔2-1〕式得知，L2 为转镜 2 到被测物体边缘的距离，当被测厚度比 L2 小很多时，可以无视旋转半径 L2 的转变带来弧度上的误差。在公式〔2-1〕中 d = 2π fL2T2 2π *f 的单位为 rad/s，T2 为激
光走过钢板厚度全部的时间。该公式类似于圆心角和半径，求弧长，Δ d=2π fL2Δ T2 所所以该式成立。
而课题中要求的最大值为 5±，实际中小于 L2 是毋庸置疑
的，所以式〔2-1〕成立。
§ CCD 摄影数字图像钢板测厚仪
测厚子系统是基于双光点侧投射激光关心三角测量测厚原理()。
图 双光点侧投影激光关心三角测量测厚原理
侧投影时,厚度变化与CCD测得的值是非线性的,关键是如何修正这个原理性的非线性误差。面阵CCD提点的优点在于二维多方位加权处理, 抑制了非旋转对称性,提高了光点定位的精度,而线阵CCD不能做到这
一点。
双光点投影校正非线性误差原理
双光点给非线性校正供给了4个非相关参数,，从而可以大大提高测量精度。～ mm。
周密测厚子系统安置在辊道侧面 ,距辊道1000～1500mm,由于没有测量部件进入辊道内部,避开了钢板的高温、水汽和碰撞的影响。由于投影角度可调,也尽量避开了测量部件的移动 ,提高了测量的稳定性和仪器的牢靠性。
整个测量部件安置在带有保护功能的不锈钢护套内,护套起到防辐射、降温以及防尘等作用,仪器对轧机前后环境具有良好的防护保护。
§ 双麦克尔逊千涉测厚仪
任何一个光源都不能放射严格的单色波图。。设这个波的长度为2L, 为单色波的一段。振幅A0，波一长λ , 空间角频率k0(=2π /λ 0) 均为常数。这个波包的能谱为见图〔〕
正弦波形
图 能谱曲线
式中略去了常数因子。一般认为,在k0两边第一个零值之间频宽的一半强度才有显著的数值,此频率分布的宽度Δ k=π /L。这样就有：
式中,2L为相干长度。(2-3)式可见, 波列越短即相干长度2L越小，频谱越宽。白光的相干长度很短,只有数个波长,因此,频谱很宽,具有连续可见光频谱。