深度解析棒材测径仪的测量系统

引言

钢材直径是一项重要的技术指标。在轧制过程中，必须对直径进行测量与监控，才能保证成品符合要求。近代高速轧机的轧钢速度，已高至120米/秒。钢材在轧机出口处的温度，仍保持在1000℃左右。

采用传统的冷却后手工测量的方法，不仅劳动强度大，而且信息反馈慢，因而直接影响钢材的质量与经济效益。采用非接触的光学测量原理，配以CCD作为快速传感器，使高精度线材直径测量，以及轮廓缺陷的在线检测得以实现。

棒材测径仪由光电测量头和工控机处理系统两大部份组成。被测高速线材经过光电测量头给出光电信号，经工控机处理系统给出被测钢材直径和轮廓图像，可在线监控钢材直径和轮廓形状的变化。

光电测量头采用LED灯作为光源，经扩束准直后照明被测物体，再经线阵CCD接收，并由CCD自扫描产生光电脉冲进行计数。当被测钢材在中间通过时，部分CCD单元被钢材阴影遮去，仅在被光均匀照明的光敏区域，有对应位数的脉冲信号输出。由此，钢管的外径尺寸即可通过分析计算得到。

测量精确度是测径仪最基本的技术指标，为了达到±0.02mm的高精度，必须从各方面给予保证。

由于钢材在高速前进的同时，伴随着上下及左右二维空间的剧烈振动，会给物镜像带来放大误差。若对被测钢材施以远心照明，投影物镜采用专门设计的远心光学系统，此时，即使钢材跳动位置处于物镜景深的极限位置，使钢材像稍为模糊，但模糊像的中心位置在CCD上的投影是和正确调焦时的投影像处在同一位置上。 照明准直物镜的设计，必须可保证CCD探测器能得到足够的光强和均匀的照明。为此，选取焦距长，相对孔径大，像差严格校正的双分离物镜是必要的。投影成像物镜的设计，要控制好各项像差。由于工件的跳动，成像位置不一定通过透镜中心，因而对畸变的控制尤须严格。物镜要有足够长的工作距离，避免热幅射对光学系统以及CCD的损害。

考虑到实际检测的尺寸及精度要求，必须选择多位数、高质量的CCD作为摄像传感器。选取的CCD应具有高分辨率、高的转换效率，并能承受较高的工作温度。

棒材测径仪在测量过程中，光学系统及固态接收器结构稳定。高温被测件的热辐射不仅会损坏光学系统，而且随着温度增高，会使CCD输出的暗电流变大，严重时甚至不能正常工作。因此，除了隔热和滤光外，采用风冷水冷相结合的方式进行冷却防尘。

结语

棒材测径仪是高精度的外径测量设备，光学系统、电路系统、工控机系统、冷却防尘系统、报警系统、软件系统等都经过了严格的设计，从而实现高质量、连续的外径测量，并给予工作人员各种所需数据。

本文由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写

审核编辑 黄昊宇