基于激光三角法的平坦度仪信号检测与处理系统的研究

　　平坦度在线检测是现代热轧带钢板形控制领域最重要的检测项目之一,直接影响和决定带钢的最终质量,在带钢轧制过程中占据重要地位。由于热轧的特殊环境,以非接触式的激光三角法测量带钢纵向纤维的相对延伸,仍是目前实际生产中广泛应用的平坦度测量方法。

　　针对某钢厂从国外引进的激光平坦度仪信号检测与处理系统存在的问题,分析了该系统的两个主要单元(信号检测单元和信号处理单元)的结构组成、工作原理及信号处理方法,并对其进行改进,满足了带钢平坦度测量要求。

　　1 系统概述

　　激光平坦度仪(Laser flatness gauge)整体安装于带钢热连轧机精轧机出口上方的仪表室内。它的结构组成如图1所示。

　　由激光器、线阵CCD、A/D转换器、定序器及驱动电路等组成信号检测单元,负责信号的采集和A/D转换;由TMS320 C25图像卡(以下简称C25)、图像接口卡、计算机等组成信号处理单元,负责数字图像信号的存储和处理。这两个单元既相对独立又相互联系。

　　信号检测单元安装在检测机架上。共有三组激光器、CCD和A/D卡,分别检测带钢操作侧、驱动侧和中心侧的平坦度。测量时,三个激光点应位于一条直线上。如图2所示。

　　根据三角法原理,激光以20b入射角投射至带钢表面形成光斑,漫反射光经透镜会聚后在线阵CCD上成像, CCD每隔5ms扫描一次并进行光电转换,再经A/D转换后送至DSP处理,然后由前端机实时采集数据,最后通过以太网将数据传输至上位机进行参数计算,结果送至轧机板形控制系统。

　　根据测量要求,平坦度的测量周期为0.1s,每个测量点需20个数据/周期,由此计算各测量点处的带钢纤维长度。因此,设定每个测量点每秒采集数据200次,即两台计算机间每秒传输三路信号的600个数据。经在线试验验证,系统能够满足实时的、较大数据量的信号采集和处理要求。

　　2 信号检测单元

　　2.1 检测过程

　　检测过程分为三步:首先, CCD传感器在驱动脉冲的作用下采集光信号并转化为离散的模拟电压脉冲序列;再经A/D转换后将数据存入接口卡的缓存中;最后由DSP读取并作信号处理后传送给上位机作进一步处理。两个单元的信号流程如图3所示。

　　2.2 线阵CCD

　　采用法国Thomson公司TH7811型线阵CCD, 1728像素(Image element),像素尺寸为13x13μm²,内部设有采样保持电路。在此系统中,驱动脉冲频率取为1MHz,积分时间TSH取为1754μs。选择CCD的重要标准就是看分辨率和扫描频率是否符合要求,而分辨率与像素数成正比,所以选择较高象素的CCD能提高分辨率和检测精度。对于本系统, 1728象素可以满足平坦度检测所要求的分辨率;同时,其扫描频率也达到了测量要求。