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1、July.1996WISCOTECHNOLOGY·47·激光测厚仪的原理及应用吴久峰(轧板厂)摘要介绍高新科技产品激光测厚仪的工作原理以及在轧板厂应用的情况,并针对出现的问题采取了一定的措施。激光测厚仪的使用给生产工艺带来了一定的保证,提高了成材率,改善了劳动环境,降低了劳动强度。关键词激光测厚仪原理应用统时,因上下两臂距离较远,给调试工作也带1前言来不少麻烦。激光测厚仪是近年来开发出的高科技实在轧制中厚板生产过程中,通常采用人用型设备,是用于热轧生产线上实时在线式工用千分尺卡量的方法来测量轧后板材厚连续测量成材厚度的非接触式测量设备。它度。用人工卡量方式测量板厚,存在着测
2、量精有效地改善了工作环境,具有测量准确、精度度差,测量点少(每块钢板只测量一个点),测高、实用性好、安全可靠、无辐射、非接触式测量速度慢等缺点。在恶劣的现场环境下,操作量等人工测量及其它测量方法无法比拟的优人员用此法测量时劳动强度大,危险性高,生点,并为轧制钢材厚度控制提供了准确的信产效率受到很大的影响。多年来,虽然实施过息,从而提高了生产效率和产品质量,降低了很多其它方法,如机械测量法、微量元素放射劳动强度。性测量法等,但都不十分理想,不是测量精度激光测厚仪使用两年多以来,具不完全太低,就是对环境及人身造成危害,所以就都统计,因板厚误差造成的废品率下降了50%弃之不用。以
3、上,创经济效益近千万元,受到各级部门和激光测厚仪的设计,充分考虑到现场的工作人员的肯定与赞赏。各种环境因素。为了减少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2激光测厚仪的构造和工作原理窗片,保护窗口内部件(主要是光学仪器)以及把测量车体做成“C”型,并使之能在轨道由于激光测厚仪是很多高新技术的结上移动,以利于维护检修。另外,为滤除背景合,所以其构造及原理与其它测量仪也有较杂波信号在接收镜头前加装滤光镜片。大的区别。激光测厚仪的安装、调试用了两个星期激光测厚仪是采用激光作为尺度测量手的时间,遇到不少困难。在安装调试时,由于段,充分利用激光单色性好、高亮度、方向
4、性测量车体内空间太小,不便操作,加上在高电强、抗干扰性强等优点,达到精密测量的目压的状态下工作,必须小心谨慎。调试光学系的。图1是激光测厚仪系统的工作原理方框图。吴久峰,男,助理工程师1996年7月武钢技术·48·1996年第7期(第34卷õ总第189期)图1激光测厚仪工作原理框图该套测厚仪设备主要由两部分组成:一部分是激光的发射接收(采样)、信号转换处理、时钟及驱动等;另一部分是数据处理,即计算机对采集到的数据信号进行综合处理且输出相关的内容。激光测厚仪的激光发射接收光学系统、信号转换及处理、时钟和驱动电路等部分的光机电设备,安装在一辆测量车上,其示意图如图2所示。在外型
5、上激光测厚车呈“C”型,它直接安装在轧制线边上,由电动机驱动在轨道上运动。这样,测量时可进入到轧制线(辊道的中心线附近),停轧未测量或检修时,可驶离轧制线(辊道),并不影响其它设备的正常运行。激光测厚车上的激光器射出的激光束,在反射后通过光束压缩器,形成一束垂直于被测平面(标准平面)的激光束。因为激光管中发射出来的光束为高斯光束,其能量为正态分布,存在着发散度的问题。如图3所示,其图2测量车整体结构示意图光束只在某一点上能量密度最大,而其他的部分能量是发散的。为此必须加装一台压缩镜,以提高其在一定长度范围(测量区)内的束,在测量区内其光束的直径≤1.5mm。此能量密度,使测
6、量区内的采样在不同厚度钢激光束被被测物体表面形成表面位置信号,板的检测中误差最小。从压缩器出来的光经光点光学成像系统及背景光的滤除后,被武钢技术·49·接收系统送到内部光电转换器件CCD及外围电路上,形成光电信号。CCD是一种能够将光信号转换成电信号的光敏器件。CCD接收到光信号后就能把光信号转换成电信号,再供后面的电路处理。其外围电路包括时钟发生板和驱动板,组成的示意图如图4所示。图5驱动电路各工作信号波形图V—SH放大比较切割图3装压缩器前后高斯光比较示意图滤波整形计算机信号输入信号输出图6视放电路信号流程图CCD驱动电路板时钟发生板图4光电转换流程图时钟发生板CCD时
7、序脉冲和系统同步信号如图5所示,其电平为TTL电平。这些信号送到CCD驱动板。CCD驱动板时序脉冲的电平转换(12V)和CCD输出OS的预处理,其输出信号为V-SH。接着信号处理板图7信号处理波形图将CCD驱动板的输出信号V-SH处理成计算机可以接收和处理的信号形式。信号处理是相同的(见图2)。但两组激光系统组成上下系统的电路框图如图6所示,其输出波形如图合一的测厚仪时,工作方式会发生一些变化。7所示。因为被测钢板表面凹凸不平,还存在弯曲现CCD驱动输出信号的幅度约为0.2V～象,另外,钢板运动时还会上下跳动,这就
