[其他]激光-CCPD动态测径系统

说明书

本实用新型属于扫描测径系统的改进。

在本实用新型作出以前，对热轧园钢直径的测量有如下几种方法：

（1）手工测量法。它是在停止轧钢作业，对热轧出来的园钢通过取样、冷却后，用千分卡尺直接测量，简单直观。其缺点是不能进行实时自动检测，速度慢，产品合格率低。而且，由于园钢表面温度达800℃，取样时操作不变，还有烫伤危险。但是，目前我国大多数中、小规模钢厂，仍采用此法。

（2）激光机械扫描法。它是利用He－He激光射在一套特制光学机械装置中对热轧园钢直径进行非接触实时自动检测。具有比前者精度高、受环境影响小等优点。但是，光学机械装置复杂、昂贵。而且，扫描多面体反射镜加工困难，各角度难于一致；另外，带动反射镜的电机，其转速难于保持为一不变的常数。这些都直接影响测量精度。我国自1975年起即有人研究此法，至今已有小批量生产，并在某些生产线投入了试用。

（3）强光电扫描法。它是利用CCD电荷偶合器件取代上述（2）种方法中的光学机械装置进行实时自动测径。它可以免受机械扫描外部振动的影响，有好的瞬态响应特性，它加上配有小型计算机，数据处理能力很强。但是，采用这种方法的系统，结构复杂，体积大，操作不便，而且性能价格比很不合理。现在我国有极少数厂家，从日本引进了这种系统。

以上三项现有技术在《JEE》，1982，第41期，第46－47页；《Iron    and    Steel    Englneer》，7，1980，第43－46页和《激光与光学》，1984年第2期，第1～4页等3篇文章中有反映。

本实用新型的目的就是为了克服上述各项现有技术的不足，而设计出有较好性能价格比的以国产GZ107型2048位CCPD固体线阵摄像器采集数据，用TP－801型8位单板机处理数据和2个国产DQS200B1型等离子大型显示器显示数据，利用He－Ne激光器产生的激光束经专用光学镜形成的平行光来对热轧圆钢直径进行实时非接触测量的“激光——CCPD动态测径系统”。

本实用新型的工作过程可结合附图1所示的系统方框图来说明。

由He－Ne激光器〔1〕发出的激光束经专用光学镜〔2〕的扩束镜和聚光镜后形成近似平行光均匀地照射在被测圆钢〔3〕上。CCPD固体线阵摄像器件，具有把光强的空间变化转换为电信号的实时变化的功能。当专用光学镜与CCPD之间无被测物时，CCPD的所有元素被激光照射而输出高电平。当专用光学镜与CCPD之间有被测圆钢时，从专利光学镜出来的平行光有一部分被被测圆钢挡住，在CCPD上形成阴影，以低电平输出。其阴影的大小与被测圆钢直径成正比，以此来测量热轧圆钢的直径。为避免现场各种电磁干扰的影响，CCPD输出信号经光纤传输线〔5〕送至信号处理器〔6〕形成脉冲调制信号并进行准确计数，信号处理器输出的数字信号送往8位单板机〔7〕进行数据处理，计算出被测圆钢冷却后的准确直径，并转换为4位十进制有效数字信号再送至笔划驱动器〔8〕放大后送到DQS等离子大型显示器〔9〕。DQS在高压脉冲产生器〔10〕提供驱动电压的情况下，把被测圆钢的实际尺寸显示出来。

在电磁干扰小的场合，也可用电缆代替光纤来传输信号。同时本实用新型还可用于测量冷轧圆钢和其它线材的直径。

图1为“激光——CCPD动态测径系统”的光／电原理方框图。

图2为数据处理程序流程图。

本实用新型的总体设计是：

（1）计数器位数的确定。

考虑到同计数器接口的PIO总线输入线为16位，则采用标准14位计数器。这样每扫描一次，计数器可计16383（2¹⁴－1）个脉冲。

（2）计数频率（晶振）的确定。

由于CCPD摄像器的同步频率为512HZ，则晶振最大可用频率为：

f_max＝16383×512HZ≈8.4MHZ……（1）

又因为采用4位数码显示，且前两位为整数位，后两位为小数位，显示误差不大于0.01毫米。所以当显示被测圆钢直径为最大30毫米时，每扫描一次至少需要计数3000次。由此，最小晶振可用频率为：

f_min＝3000×512HZ≈1.5MHZ……（2）

为了确保计数器计数可靠和确保测量精度，本实用新型选用4MHZ晶振产生计数频率。

（3）累加次数的确定。