基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，本發(fā)明還公開了一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量方法，將面陣CCD固定，使平行激光線光源與帶材垂直，面陣CCD通過檢測平行激光線，獲得帶材邊沿位置相關(guān)的信號，此信號經(jīng)過外部高速A/D轉(zhuǎn)換器，得到數(shù)字信號，然后通過FPGA處理器，對相關(guān)信號進(jìn)行處理，將此信號再通過USB2.0傳送到上位機(jī)中，最后將結(jié)果顯示出來。本發(fā)明的系統(tǒng)和方法，具有檢測精度高、穩(wěn)定性好及設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單的特點。
【專利說明】基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電測量【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的日益發(fā)展，高速生產(chǎn)線上的帶材寬度和中心參數(shù)測量是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中需要解決的重要問題，帶材生產(chǎn)過程中的自動化程度不斷提高，便出現(xiàn)如下的工業(yè)需求:為了提高帶材的成材率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)中需對帶材的寬度進(jìn)行測量；同時為了克服帶材卷繞過程中跑偏的現(xiàn)象，必須對帶材的中心所在的位置進(jìn)行準(zhǔn)確確定。如上所述的這些問題對應(yīng)著帶材的寬度和中心位置兩個重要參數(shù)。而在高速生產(chǎn)線中存在實時性差、受振動干擾的弊端，已成為制約帶材生產(chǎn)相關(guān)行業(yè)發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，采用非接觸式測量，充分利用平行激光信息和面陣CCD的預(yù)測性，簡單而準(zhǔn)確地獲取帶材的寬度和中心參數(shù)，能夠較好的提高帶材在高速生產(chǎn)線上的實時性和抗干擾性。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量方法。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，包括設(shè)置在輸送線正上方的平行激光源和檢測傳感器，檢測傳感器另與FPGA處理器連接。
[0006]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種上述的系統(tǒng)進(jìn)行的帶材寬度及中心測量方法，在平行激光線與帶材垂直的理想情況下，平行激光線與帶材邊沿為直角，通過檢測平行激光線以便得到帶材的邊沿信息，以平行激光線與帶材的理想中心線位置的交點為坐標(biāo)原點O,則圖像中帶材的右端點A在空間的坐標(biāo)為(X1, Y1)、帶材的左端點D在空間的坐標(biāo)為
(X1 /，y/ )，則帶材的中心對應(yīng)的坐標(biāo)應(yīng)為將此坐標(biāo)與理想中心坐標(biāo)相
t匕，如果兩坐標(biāo)相等說明帶材的位置不應(yīng)調(diào)整，否則需根據(jù)坐標(biāo)的偏差量進(jìn)行帶材中心的調(diào)整。
[0007]一種上述的系統(tǒng)進(jìn)行的帶材寬度及中心測量方法，在帶材偏離狀態(tài)時，以第一條平行激光線與理想中心線的交點為坐標(biāo)原點O建立二維空間坐標(biāo)系，同時檢測三條平行激光線同帶材的右端點A、B、C和左端點D、E、F，分別計算該六個端點的坐標(biāo)，而后借助于三條平行激光線之間的間距山得到平行激光線與帶材的夾角α，即為帶材的偏離角度，同時將帶材的寬度信息轉(zhuǎn)化成為A、D兩點之間的距離，從而得到帶材斜偏角度以及帶材的中心位置。
[0008]本發(fā)明的有益效果是，平行激光器照射在帶材上的光線，被CCD相機(jī)拍攝下來，通過FPGA進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的采集和存儲，相關(guān)的信息經(jīng)USB信號線傳回到上位機(jī)，在上位機(jī)中經(jīng)過相關(guān)的處理、分析和計算后，得到帶材邊沿位置的坐標(biāo)信息，最后經(jīng)過相關(guān)的轉(zhuǎn)換后得到帶材的中心位置和寬度參數(shù)。該系統(tǒng)響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性好，成本較低，抗振動干擾能力強(qiáng)，安裝、操作簡便，易于維護(hù)與調(diào)試。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)工作原理圖；
[0010]圖2是在理想對正狀態(tài)下的帶材寬度及中心線信息測量原理圖；
[0011]圖3是在實際偏離狀態(tài)下的帶材寬度及中心線信息測量原理圖。
[0012]圖中，1.上位機(jī)，2.USB信號線，3.FPGA處理器，4.外部高速A/D，5.面陣CCD，6.平行激光源，7.帶材。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0014]參照圖1，本發(fā)明的測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是，包括設(shè)置在輸送線正上方的平行激光源6和檢測傳感器，檢測傳感器另與FPGA處理器3連接，
[0015]平行激光源6采用波長為635nm?650nm的平行激光器,能夠向輸送線上的帶材發(fā)射出平行激光線，功率高，使用壽命長、安裝容易和使用方便，平行激光源6垂直向下照射的平行激光線要與帶材平面垂直，另外照在帶材上的平行激光線與帶材前進(jìn)方向必須保證垂直；
[0016]FPGA處理器3具有高速數(shù)字信號處理功能，F(xiàn)PGA處理器3用于圖像數(shù)據(jù)的采集和存儲，F(xiàn)PGA的運行速率可達(dá)幾百兆，這是普通單片機(jī)無法達(dá)到，這樣有助于提高系統(tǒng)的快速性及實時性。FPGA處理器3通過USB信號線2 (型號采用USB2.0)與上位機(jī)I連接，另外在上位機(jī)I中進(jìn)行了相關(guān)信息的處理、分析和計算，最后得到帶材寬度參數(shù)和中心線的信息。
[0017]檢測傳感器包括面陣(XD5以及配套連接的外部高速A/D4，外部高速A/D4與FPGA處理器3連接，另外，F(xiàn)PGA處理器3的驅(qū)動信號通過CXD驅(qū)動(電路)與面陣(XD5控制連接，F(xiàn)PGA處理器3的A/D控制信號與外部高速A/D4控制連接。面陣(XD5采用電荷耦合器件CCD作為光電轉(zhuǎn)換器件(攝像頭)，性能較高、圖像信息比較穩(wěn)定，由于面陣CCD5能夠感應(yīng)環(huán)境中的可見光，為了濾除環(huán)境光的干擾和減小反光量，在面陣CCD5的鏡頭前安裝有濾光片，從而使面陣CCD5對平行激光源6所發(fā)出的光比較敏感，保證檢測的準(zhǔn)確性。
[0018]本發(fā)明裝置工作原理是，采用固定位置的面陣(XD5和平行激光源6，被測帶材位于面陣(XD5和平行激光源6的正下方，沿輸送線前行。在系統(tǒng)運行前對平行激光源6進(jìn)行調(diào)焦，保證它的亮度盡可能高，并使在帶材上的三條平行激光線要完全處于面陣CCD5的拍攝范圍內(nèi)。面陣CCD5要固定好保證其不會抖動，否則會導(dǎo)致采集到的圖像存在系統(tǒng)誤差，另外也要進(jìn)行焦距的調(diào)節(jié)，保證采集到的圖像畫面比較清楚。系統(tǒng)運行時平行激光源6的三條平行激光線照到帶材上，被面陣CCD5采集到，得到帶材的邊沿信息、帶材的斜偏角度實時信息，得到的圖像信息經(jīng)過外部高速A/D4處理后，得到相應(yīng)的數(shù)字信號，再經(jīng)過FPGA處理器3的處理、分析和判斷后得到帶材的寬度和中心線信息，最后將結(jié)果通過USB信號線2將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)I實現(xiàn)顯示及輸出，在上位機(jī)中通過相關(guān)計算最終得到帶材的寬度和斜偏角度，上位機(jī)I還可以計算相關(guān)參數(shù)對驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行反饋控制。
[0019]如圖2，是在理想狀態(tài)時(帶材直線輸送)本發(fā)明方法的測量原理示意圖。本發(fā)明的方法是，在平行激光線與帶材垂直的理想情況下，平行激光線與帶材邊沿為直角，通過檢測平行激光線以便得到帶材的邊沿信息，以平行激光線與帶材的理想中心線位置的交點為坐標(biāo)原點O，則圖像中帶材的右端點A在空間的坐標(biāo)為(
【權(quán)利要求】
1.一種基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，其特點在于:包括設(shè)置在輸送線正上方的平行激光源(6)和檢測傳感器，檢測傳感器另與FPGA處理器(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，其特點在于:所述的平行激光源(6)采用波長為635nm~650nm的平行激光器,能夠向輸送線上的帶材發(fā)射出平行激光線，平行激光源(6)垂直向下照射的平行激光線要與帶材平面垂直，照在帶材上的平行激光線與帶材前進(jìn)方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述 的基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，其特點在于:所述的FPGA處理器(3 )通過USB信號線(2 )與上位機(jī)(I)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于平行激光線的帶材寬度及中心測量系統(tǒng)，其特點在于:所述的檢測傳感器包括面陣CCD (5)以及配套連接的外部高速A/D (4)，外部高速A/D(4)與FPGA處理器(3)連接，另外，F(xiàn)PGA處理器(3)的驅(qū)動信號通過CXD驅(qū)動與面陣CXD(5)控制連接，F(xiàn)PGA處理器(3)的A/D控制信號與外部高速A/D(4)控制連接，在面陣CXD(5)的鏡頭前安裝有濾光片。
5.一種權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)進(jìn)行的帶材寬度及中心測量方法，其特點在于:在平行激光線與帶材垂直的理想情況下，平行激光線與帶材邊沿為直角，通過檢測平行激光線以便得到帶材的邊沿信息，以平行激光線與帶材的理想中心線位置的交點為坐標(biāo)原點O，則圖像中帶材的右端點A在空間的坐標(biāo)為(X1, Y1)、帶材的左端點D在空間的坐標(biāo)為(X1 /，y/ )，則帶材的中心對應(yīng)的坐標(biāo)應(yīng)為將此坐標(biāo)與理想中心坐標(biāo)相t匕，如果兩坐標(biāo)相等說明帶材的位置不應(yīng)調(diào)整，否則需根據(jù)坐標(biāo)的偏差量進(jìn)行帶材中心的調(diào)整。
6.一種權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)進(jìn)行的帶材寬度及中心測量方法，其特點在于:在帶材偏離狀態(tài)時，以第一條平行激光線與理想中心線的交點為坐標(biāo)原點O建立二維空間坐標(biāo)系，同時檢測三條平行激光線同帶材的右端點A、B、C和左端點D、E、F，分別計算該六個端點的坐標(biāo)，而后借助于三條平行激光線之間的間距d，得到平行激光線與帶材的夾角α，即為帶材的偏離角度，同時將帶材的寬度信息轉(zhuǎn)化成為A、D兩點之間的距離，從而得到帶材斜偏角度以及帶材的中心位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的進(jìn)行的帶材寬度及中心測量方法，其特點在于，具體處理過程按照以下步驟實施: 首先，建立坐標(biāo)系，得到基本數(shù)據(jù) 以第一條平行激光線與帶材理想中心的交點為坐標(biāo)原點O，定義平行激光線為X軸、帶材的理想中心線為Y軸，建立二維空間坐標(biāo)系，帶材在空間的任意位置圖像信息通過面陣CCD (5)得到，則通過三條平行激光線測得帶材的右端點Α、B、C在空間的坐標(biāo)分別為(Xl，yi)、(x2，y2)、(x3，y3)，測得帶材的左端點D、E、F在空間的坐標(biāo)分別為(X1' ,I1' )，(x' 2,1' 2)，(x3' ,y3/ )，這些坐標(biāo)只表示距離數(shù)值，與方向無關(guān)，相鄰兩條平行激光線的間隔距離仍為d， 然后，根據(jù)帶材的左端點或右端點橫坐標(biāo)兩兩之間的差值大小判斷帶材的偏離程度I)當(dāng)帶材偏離角度較大時，使用第一條和第二條平行激光線作為參照計算參數(shù)，帶材d d與平行激光線的水平夾角α為:
【文檔編號】G01B11/04GK103727876SQ201310713294
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】楊延西, 白鵬鵬 申請人:西安理工大學(xué)