不同原理的钢板测宽仪的对比

摘要：本文主要介绍了可以应用于各种宽度板材宽度检测的测宽仪，并对其各项功能进行了介绍。

关键词：钢板；测宽仪；

引言

宽厚钢板这一钢材品种应在我国国民经济建设中占有更重要的地位。近二、三十年来，建筑的高层化和设备大型化的趋势，追求节能、省料、省工、降低成本，宽厚钢板的 作用越来越广，特别是船舶、管线、电站高压水管、采油平台、压力容器和锅炉等领域，迫切要求高性能、高均匀性和高精度的宽厚钢板。在国外，中厚钢板产量之中，宽厚板的比例一般在5〜12%，有的专业用钢的宽厚钢板的比例高达40%，例如压力容器和电站锅炉用板厚〜210mm、板宽〜 3700，核电站锅炉和安全壳用板宽度超过4000mm，其比例甚至达65%。随着科技的发展，宽厚钢板的检测精度要求更高，采用高性能的在线检测设备尤为重要。

为获得较高的钢板宽度命中率和最佳的轧制过程及剪切效果，采用不同形式的钢板测宽仪和钢板外形轮廓仪，能实时反映出钢板在轧制过程、剪切过程的宽度尺寸及形状变化。本文重点对目前世界上的钢板测宽仪及钢板外形轮廓 仪的主要类型、工作原理和性能进行简要的介绍。

1、钢板测宽仪、钢板外形轮廓仪的主要特征及分类

1.1、主要特征

随着检测及传感器技术、电子信息技术、计算机技术、通讯技术的发展，对于钢板测宽仪、钢板外形轮廓仪而言，其主要特征表现为：

(1) 采用光学方式检测钢板的宽度或连续扫描测量其外型尺寸；

(2) 检测元件一般采用CCD阵列或PbSe (铅硒）晶体， 均属光电耦合方式；

(3) 信号及图像处理采用高速CPU、小型化的硬件及智能 化接口；

(4) 检测理论向着复合化方向发展：

(5) 实际检测系统具有更强的环境适应性。

1.2、分类

在测量方式和光学扫描方法上，各种钢板测宽仪和钢板外 形轮廓仪有较大差别。根据其测量元件、布置位置、原理等方面可以进行分类（见表1)。

1.3、光学检测元件的基本情况

目前较流行的检测元件主要为两类：

（1） CCD光电耦合阵列

（2） PbSe铅硒晶体

2、钢板测宽仪基本原理及构成

2.1、光电测宽仪

图中2个发射镜头内设置有LED点光源，点光源发出的光通过透镜变成平行光束分别射向2个接收镜头。通过接收镜头内的透镜使平行光束在光电转换元件CCD芯片上成像（注：一个发射镜头和一个接收镜头组成一组光电测头）。当被测物通过2束平行光构成的视场时，在光电转换元件的像上就会出现虚拟的阴影，设其宽度分别为L1、L2。经过对光电转换元件发出的电信号处理和计算可以得出L1、L2所对应的尺寸B1、B2，B1加B2再加上两个镜头之间的净间距C即可得出被测物的宽度尺寸A。

在实际应用中，测头的净间距C是用固定长度的标准尺校准得出的尺寸，当测头间距改变后计入间距改变量即可进行不同规格的宽度测量。

系统组成图如上图。整个系统中测宽仪本体和大LED显示安装在测量现场，主控机柜安放在控制室。测宽仪与主控机柜间由一根三芯电源线和一根光缆连接，测宽仪的供、断电由主控机柜通过电源线实现，测宽仪的数据信号通过光缆传输到主控机柜。大LED显示屏的电源同样从主控机柜引出，显示屏的供、断电与主控机柜的启、停同步，显示屏的显示数据由主控机柜通过光缆向显示屏发送。

测宽仪的两组测头中下部测头固定安装在“测头支板”下方，上部测头安装在与“测头支板”相连的“直线导轨滑台”上。通过步进电机驱动可以使上部测头上下移动，从而调整两组测头的中心距，中心距的范围为180～500mm。测头为我公司标准40测头，单组测头的测量范围为40mm，两组测头组合后测量范围为140～540mm。测宽仪工作时，应设置产品型号及相应的标准宽度，测量标准宽度200mm的物体时，测头中心距将调整至200mm；当切换至其他标准直径的产品型号时，系统将自动调整测头中心距至相应的标准直径尺寸。直线导轨滑台的定位精度为0.05～0.06mm。调整间距后不需校准即可达到0.08mm以下的测量精度。如需要提高精度可在调整间距后用标准量块校准后再进行测量，校准后的精度为0.02mm。

为保证测宽仪内部处于电器元件的工作温度范围之内，测宽仪的外壳内侧和测头支板带有循环水通过的水腔。

测宽仪测量软件显示图如下图所示。

2.2、红外测宽仪

红外测宽仪由两个安装成一体的线阵CCD摄像机利用热轧钢带的热辐射，从不同的角度同时拍摄钢板的两个边缘，模拟人的双眼，形成立体视觉，可消除钢板翘起、倾斜对测量的影响，再把分别摄取的图像经光电变换送到工控机做图像处理。将获得的宽度值一部分送到上位机作进一步处理（如参与板宽的控制，侧导板的预设定），另一部分送到轧机操作室的电脑显示屏上，供操作人员监视生产状态，数据每秒更新数次。

红外测宽仪主要由：检测箱、吹扫装置、安装支架、标定装置、中继控制箱、仪表控制柜及连接电缆等组成

2.3、激光测宽仪

激光测宽仪通过立体视觉原理，采用两个线阵摄象机或两个高精度激光测距传感器进行测量，即使被检测物摆动、跳动、甚至倾斜也不会影响测量精度。

原理分析：

（1）采用激光测距传感器进行宽度测量时，把两个激光架设在被检测物体两侧，并进行水平对射，根据两测距传感器之间距离减去被检测物存在时两激光测距传感器读数之和即可得出被检测物体实际宽度。一般情况下，由于被检测物体的停靠位置有不规则现象，所以可在增加一台激光测距仪进行纠偏处理即可得出准确宽度值。

（2）采用线阵摄像机进行测量时，由于单个摄象机在成像时存在“近大远小”的现象，并且单靠摄入的图象无法知道被测物的距离，因此当用于宽度测量时，由被测物的跳动导致的被测物到摄像机之间距离变化，使测量精度难以提高。因此测宽仪一般采用两个摄象机从不同的角度对被测物同时进行测量，如图一所示，两个摄象机就象人的双眼，可以形成立体视觉，这样就可以得到足够的信息判断被测物的距离，修正和消除距离变化对测量的影响。由被测物两个边缘在两个摄象机中的位置，通过几何推导，可以计算出带钢边缘的在X-Y坐标空间中的位置P1(x1,y1)和P2(x2,y2)，被测物宽度就是P1到P2间的直线距离W=|P1P2|=√[（x1-x2）^2+（y1-y2）^2]

3、钢板测宽仪在宽板工厂的应用情况

3.1、典型布置形式

钢板测宽仪一般布置在粗轧机前、精轧机后及定尺剪切机 之后，用于对宽度的检测、参与自动宽度控制（AWC)及定尺宽度检査（如图2)。据有关资料介绍，与采用钢板测宽仪前的宽度命中精度相比，采用钢板测宽仪后，宽度命中精度提高近1~2倍。

3.2、关于环境适应性问题

在宽厚板厂中，钢板测宽仪和钢板外形轮廓仪设置在生产 线上，其检测过程经常受到多种环境因素的干扰（见表3)。

在生产实际中，检测仪表应能正确地再现被测对象的实际情况，在较为恶劣的环境因素干扰的条件下，必须有较好的手段来对抗环境干扰。对于钢板测宽仪和钢板外形轮廓仪来说，一般应从系统结构、探测元件、附属设备、校正等方面提高，抗环境干扰的手段（表4)。

结语

应用于宽厚钢板的测宽仪及外型轮廊仪在现代特殊检测仪表中较有特色，是自动控制技术与检测技术相结合的产物，代表着低人工、高效率的现代检测思想。采用钢板测宽仪和钢板外形轮廓仪，可提高宽厚钢板收得率和产品质量，经济效益显著。

本文由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写