對有肋型材的特徵尺寸進行在線檢測的方法和相關裝置的製作方法

2023-05-09 05:19:21

專利名稱：對有肋型材的特徵尺寸進行在線檢測的方法和相關裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及對有肋型材(ribbed profiles)的特徵尺寸進行在線檢測的方法和相關裝置。
本發明基本適用於任何類型的軋制和/或精加工過程，特別適用於、但又不限於在其自身軸方向上前進的例如棒材或杆材等有肋型材，不僅適用於兩個軋制支架之間的部分，還適用於位於軋制行列進口處或出口處的部分。
本發明允許在線檢測有肋型材的特徵尺寸，也允許在高速移動的軋制材料上檢測有肋型材的特徵尺寸，以便以極為精確且基本瞬時的方式確定相對於程控值可能發生的偏差。
在本說明書中的此處以及其他部分，「有肋型材的特徵尺寸」至少表示芯的等效直徑和肋的等效直徑。芯的等效直徑即如果沒有肋，有肋型材具有的尺寸。肋的等效直徑即考慮芯直徑與肋高度總和的情況下，型材所呈現的最大直徑。
儘管本說明書具體涉及圓形型材，無論如何，本發明在例如多邊形、橢圓形等不同截面型材中的應用屬於本發明的範圍。
背景技術：
有肋型材製造過程中最常遇到的問題之一與這樣的需要有關對於該型材的整個縱向範圍，保證將型材在芯直徑和肋高度上的尺寸在允許和預定的容許值範圍內保持為程控標稱值。
對在其自身軸方向上前進的有肋型材的橫向尺寸進行在線檢測格外困難，這是由於在測量進行期間，檢測器必須能夠區分所獲得的數據是關於芯還是關於肋；另外，檢測器還必須能夠確定肋是在與其頂部對應的位置上被檢測還是在其他位置上被檢測，與其頂部對應的位置即至少在其最大橫向尺寸附近，而在其他位置上所獲得的數據則表示中間值。
EP-A-1162430披露了一種進行所謂陰影檢測的光學測量裝置，這種陰影檢測通過採用相關光束的兩個發射器獲得，所述光束相對於被測圓形部件的縱向軸以合適的入射角度傾斜。
每一發射器與相應的光接收器聯繫，光接收器檢測對應於陰影的信號，所述陰影是有肋圓形部件在經過光束射入的區域的行程中由肋所投下的。通過這種方法，獲得與兩個測量方向有關的兩個陰影，並且，這兩個陰影在垂直於圓形部件縱向軸的平面上偏差預定的角度，由此，可以推斷出與肋的頂部值有關的信息。
EP』430示出的方案在結構的複雜程度以及測量結果的有效性方面都存在問題，例如，這種方案沒有考慮檢測期間圓形部件在其軸上旋轉的可能性，這種旋轉改變了檢測器對於肋的相對位置，並因此使所得到的結果不可靠、不真實。
本發明的目的在於完善對有肋圓形部件的特徵尺寸進行在線檢測的方法，其克服了現有技術的缺點，並為可靠的結果提供了結構簡單、操作簡便的解決方案。
申請人對本發明進行了設計、試驗和實施，實現了這一目的，並獲得了其他優點。

發明內容
主權利要求對本發明進行了陳述並且包含了本發明的特徵，同時，從屬權利要求描述了主要發明構思的其他特徵。
用於對沿其自身軸前進的有肋型材或圓形部件的特徵尺寸進行在線檢測的方法採用了光學檢測器，該光學檢測器至少包含光束髮射器以及接收器，其中，接收器相對於被測的有肋型材位於與發射器相對的位置。
在下面的介紹中，將不加區別地使用術語「型材」或「圓形部件」，但無論如何，如同已經說過的那樣，應當理解為本發明同樣適用於除圓形以外的其它橫截面的型材。
接收器適用於對陰影信號進行檢測，該陰影信號由有肋型材經過發射器所產生的光束的行程確定。根據本發明，接收器與處理單元相聯繫，該處理單元適用於用某個積分間隔對某個光信號進行積分，其中，所述積分間隔至少等於前進的圓形部件上的肋的一個節距(pitch)經過光束的通過時間，所述光信號與有肋型材在其行程中所投下的陰影有關。通常，積分間隔等於肋的n個節距的通過時間，n≥1。
進行這種積分所獲得的信號在形狀上類似於變寬的玻璃杯，其中，底部由芯的陰影確定，上部的、變寬的部分由肋頂的陰影確定，連接底部與上部的傾斜段由在有肋型材的軸方向上、肋從芯開始到其頂部的逐漸發展(growing development)確定。
根據一個變體，該方法提供了開始的準備步驟，以便確定測量是在有肋型材還是光滑型材上進行。
該步驟主要提供驗證對應於變寬部分的信號值與對應於底部的信號值之間的差是否超過某個特定的最小閾值，如果超過，系統識別出有肋型材的存在，並允許開始進行檢測，否則，發出錯誤信號和/或測量被認為是對被確定為圓形部件的型材進行。
根據本發明的特徵，對積分得到的視頻信號進行處理，以獲取信號的一個導數。
在第一實施例中，計算出視頻信號的一階導數。根據本發明，通過關於與型材縱向發展基本正交的軸求解視頻信號的一階導數，可以確定出信號斜率具有相對極大值的點。這些相對極大值的點對應於芯和肋落在型材上的點。事實上，由於型材上的這些區域很多且由數量眾多的樣本點組成，它們對平均信號的構造具有非常大的影響，光影轉換的重疊較大，因此斜率為極大值。
相反，與型材上位於芯與肋最大值之間的推移上的點相對應，光影轉換在空間上更為分散，它們對視頻信號構造的影響較小，因此斜率為極小的。
有利的是，為了便於識別極小值和極大值並使這種識別儘量快，在視頻信號發生光影轉換的窗口內計算一階導數。
在另一優選實施例中，計算視頻信號的二階導數，在這種情況下，同樣按照視頻信號的某些窗口計算二階導數，在這些窗口中，存在與型材中芯與肋之間的轉換有關的連接段，也就是說，其中存在視頻信號的光影轉換。
二階導數的每一次過零，即其值的消失，確定了與有肋型材具體尺寸或所述尺寸的部分有關的精確數據，因此，從所述值可以提取出所希望的、與肋頂的值有關以及與芯直徑有關的信息。
根據一個變體，第一發送器-接收器對適用於獲取與處於傳輸中的有肋型材的陰影有關的信息，以便通過在一段時間上進行積分並接著進行一次或兩次求導來重建被尋求的值；第二發送器-接收器對相對於第一發送器-接收器對成角度地錯開，其適用於檢測型材相對於理想基準位置的角位置。
在本發明的一個實施例中，對第二發送器-接收器對進行布置，使得其以在有肋型材側面上存在的連續縱向稜線為基準，以確定的間隔檢測存在還是不存在最大橫向尺寸的近似條件。
通過檢測最大橫向尺寸的近似條件，第二發送器-接收器對可以指示由第一發送器-接收器對獲取的值何時實際對應於最大頂部值，其中，最大頂部值在近似為有肋型材相對於基準軸的理想角定位條件的條件下檢測到。
根據另一個變體，發射器-接收器對中的一個和/或另一個適用於繞正在前進的有肋型材的縱向軸旋轉或擺動某個角度，這種旋轉使得可以搜索橫向尺寸的近似最大值，第一對根據頂部值，第二對根據橫向尺寸，該橫向尺寸決定了對所檢測頂部值的認可。
通過這種方法，提高了測量結果的有效性和可靠性。


附圖作為非限制性實例給出，其示出了本發明的某些優選方案，其中
圖1示出了根據本發明的方法所適用的一段有肋型材；圖2原理性地示出了適合應用根據本發明的方法的裝置；圖3示出了視頻信號的顯像圖，該信號通過對圖2中的裝置所獲得的光信號進行積分而獲得；圖4示出了對圖3所示信號的選定部分求解的二階導數；圖5示出了根據本發明的檢測方法的步驟；圖6示出了圖2中的裝置的變體。
具體實施例方式
參照附圖，將根據本發明的檢測方法用於有肋型材10，在有肋型材10上可以識別出直徑為D的芯11，螺旋發展的、頂部直徑為L的不連續肋12，以及兩條正好相對的縱向稜線13，縱向稜線13確定了最大橫向直徑dmax(圖6)。
圖2原理性地示出了對有肋型材10的特徵尺寸進行在線檢測的裝置，該裝置包含平行光束16的發射器14、相對於有肋型材10布置在發射器14相對側的信號接收器15以及連接到信號接收器15的信號處理單元17。
信號接收器15適用於對陰影進行檢測，所述陰影由有肋型材或圓形部件10在其經過發射器14所產生光束16的行程中產生。雖然有肋型材10被示為相對於檢測裝置豎直布置，可以明了，在適當調整檢測裝置的相對位置的情況下，本發明基本上可應用於有肋型材10的空間中的任何方位。
將與有肋型材10所投下的陰影有關的信號發送到處理單元17，該單元在與肋12的至少一個——兩個或兩個以上更為有利——節距的前進相對應的某個時間間隔上對之進行積分。在圖3作為實例給出的圖中，在與肋12的三個節距對應的時間間隔上進行積分。
積分所獲得的視頻信號用參考標號18表示，其具有向頂部變寬的玻璃杯的特殊形狀；該信號包含與芯11的陰影對應的底部段18a、與芯11及肋12之間的轉換對應的兩個傾斜段18b、以及與肋12的頂部對應的兩個平行的豎直段18c。段18c外部的水平段18d對應於光線16沒有遇到有肋型材10的光亮區域。
視頻信號18可能關於對稱軸x對稱，但如果被檢測部分的上、下肋12具有彼此不同的發展時也可能不對稱；在這種情況下，可將所獲得的信息用於分別計算上、下肋的頂部尺寸。
本方法後面的步驟提供了對窗口的識別，所述窗口包含芯11與肋12之間的轉換，其中，對積分所獲得的視頻信號18求解一階或二階導數。
在下面的介紹中，將詳細參照採用二階導數確定有肋型材特徵尺寸的計算方法。
在圖3中，窗口被標記為視頻信號18左側的間隔組KΔA、ΔA、ΔB與KΔB以及視頻信號18右側的間隔組KΔC、ΔC、ΔD與KΔD。
用「c」表示的曲線對應於按照所述窗口計算得出的、視頻信號18的二階導數，該曲線的過零，即二階導數的值消失的點，明確示出了與有肋型材10的尺寸有關的精確數據。
確切地說，獲得了下面的信息在包含窗口KΔA與ΔA的區域R1中，曲線「c」的過零——在圖4中用RS表示的點上——表示肋12的左盡端；在包含窗口ΔB與KΔB的區域N1中，用NS表示的點上的過零表示芯11的左盡端；在包含窗口ΔC與KΔC的區域N2中，用ND表示的點上的過零表示芯11的右盡端；在包含窗口ΔD與KΔD的區域R2中，用RS表示的點上的過零表示肋12的右盡端。
本方法的最後一個步驟提供了為尋求的每個尺寸(肋12的右盡端與左盡端以及芯11的右盡端與左盡端)，確定曲線「c」上、分別在上方和下方最接近零的兩個像素，在這種情況下，用圖5中的P1和P2表示。對這些像素用直線進行內插，以便確定位於水平參考軸的補充像素P0的位置，補充像素P0確定了二階導數的零值。最後，根據如此獲得的補充像素在水平軸上的位置進行計算，分別計算出所尋求的、肋12的高度以及芯11的直徑的數值。例如，左、右肋12各自的頂部值作為水平軸上點RS及RD分別與NS及ND之間的距離獲得。頂部直徑L由距離RS-RD給出，而芯11的直徑D由距離NS-ND給出(圖4)。
為了確定頂部值，這種計算過程非常近似地預先假設處於傳輸中的有肋型材10位於相對於檢測裝置的理想位置或至少近似位於理想位置，也就是說，光線16按照最大直徑的位置與肋12相交。
為了在所有運行情況下逼近這一條件，圖6所示本發明的變體提供了第二檢測裝置，第二檢測裝置包含第二發射器114-接收器115對，其對由位於芯11兩側的連續縱向稜線13投下的陰影進行檢測。
因此，第二檢測裝置提供與芯的、被檢測的橫向尺寸有關的連續數據，在所發射光線處於基本正交或近似正交位置的理想條件下，其包含大約為最大值的值，在有肋型材10相對於理想檢測條件發生旋轉時進行測量的情況下，包含多個小於最大值的值。
在這種情況下，本方法規定與肋12和芯11的尺寸有關的值僅在第二檢測裝置所檢測到的值對應於大約最大橫向尺寸的情況下是可接受的，而在不滿足此條件時，拒絕接受這些值。
本發明的一個變體規定將第一發射器12-接收器15對安裝在適合繞有肋型材10縱向軸旋轉或擺動某個角度的支持器上，以便根據觀測的不同角度進行對頂部值的檢測。通過這種方法，搜尋這樣的條件無論有肋型材10相對於理想基準條件如何旋轉，有肋型材10相對於檢測裝置的角位置對應於確定出近似最大檢測值的位置。
在另一變體中，第二發射器114-接收器115對適用於繞著型材的軸旋轉，因此，其也能夠搜索有肋型材10橫向尺寸關於其縱向稜線13在其最大值附近的位置，以便給出接受由第一發射器14-接收器15對檢測的頂部值的認可。
然而，至此所介紹的對本方法的修改和/或增加的步驟顯然沒有脫離本
權利要求
1.一種對正在前進的有肋型材(10)的特徵尺寸進行在線檢測的方法，所述有肋型材(10)至少包含芯(11)和不連續的肋(12)，該方法採用檢測裝置，該檢測裝置包含光(16)的發射器(14)以及能夠對由所述前進的有肋型材(10)投下的陰影進行檢測的信號接收器(15)，所述接收器(15)與信號處理裝置(17)相聯繫，該方法特徵在於為了計算出所述肋(12)和/或所述芯(11)的尺寸，所述信號處理裝置(17)執行以下步驟採用一積分間隔對與由所述有肋型材(10)投下的所述陰影有關的光信號進行積分，所述積分間隔等於經過所述光(16)的所述有肋型材(10)上的所述肋(12)中至少一個節距的通過時間；由所述積分獲得視頻信號(18)，該信號具有變寬的玻璃杯狀的外形；在所述視頻信號(18)中確定計算窗口(KΔA、ΔA、ΔB、KΔB、KΔC、ΔC、ΔD、KΔD)，所述窗口包含所述芯(11)與所述肋(12)之間的轉換；按照所述窗口計算所述視頻信號(18)的導數，並確定所述導數的特徵點；採用所述特徵點計算所述肋(12)和/或所述芯(11)的尺寸。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於提供了計算所述視頻信號的一階導數並識別所述特徵點，在所述特徵點上，對應於所述一階導數的信號斜率具有相對極大值，所述相對極大值對應於所述芯(11)和所述肋(12)落在所述有肋型材(10)上的點。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於提供了計算所述視頻信號的二階導數並識別所述特徵點，所述特徵點對應於所述二階導數過零的點，且所述肋(12)和/或所述芯(11)的所述尺寸作為所述二階導數的所述過零點之間的距離被計算。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於提供了驗證測量是在有肋型材(10)還是在光滑型材上進行的起始步驟，其中，所述驗證步驟包含檢驗對應於變寬部分的所述視頻信號(18)值與對應於底部的所述視頻信號(18)值之間的差是否超過了某個最小閾值。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於提供了使所述檢測裝置繞所述有肋型材(10)的縱向軸旋轉或擺動，以便在多個不同測量方向進行所述檢測，從而以一特定的測量方向為基準，識別出檢測所述肋(12)的最大頂部尺寸的近似條件。
6.根據權利要求1至5中任意一項的方法，其特徵在於還提供了驗證被檢測的所述有肋型材(10)相對於理想基準位置的角位置是否正確的步驟，所述驗證步驟由第二檢測裝置進行，所述第二檢測裝置包含發射器(114)-接收器(115)對，所述發射器(114)-接收器(115)對能夠檢測在連續縱向稜線(13)的空間中的位置，所述稜線(13)被布置在所述有肋型材(10)的側面上。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於提供了使所述第二檢測裝置繞所述有肋型材(10)的所述縱向軸旋轉或擺動，以便在多個不同測量方向進行所述檢測，從而以一特定的測量方向為基準，識別出所述有肋型材(10)的最大橫向尺寸的近似條件。
8.根據權利要求6或7的方法，其特徵在於僅在由所述第二檢測裝置檢測到的值與最大橫向尺寸近似一致的條件下，所述信號處理單元(17)接受關於所述芯(11)及所述肋(12)的尺寸的值，而當不滿足此條件時不接受這些值。
9.一種對正在前進的有肋型材(10)的特徵尺寸進行在線檢測的裝置，所述有肋型材(10)至少包含芯(11)和不連續的肋(12)，所述裝置包含檢測裝置，該檢測裝置包含光(16)的發射器(14)以及能夠對由所述有肋型材(10)投下的陰影進行檢測的信號接收器(15)，所述接收器(15)與信號處理單元(17)相聯繫，所述裝置特徵在於所述信號處理單元(17)能執行以下步驟採用一積分間隔對與由所述有肋型材(10)投下的所述陰影有關的光信號進行積分，所述積分間隔等於經過所述光(16)的所述有肋型材(10)上肋(12)中的至少一個節距的通過時間；由所述積分獲得視頻信號(18)，該信號具有變寬的玻璃杯狀的外形；在所述視頻信號(18)中確定計算窗口(KΔA、ΔA、ΔB、KΔB、KΔC、ΔC、ΔD、KΔD)，所述窗口包含所述芯(11)與所述肋(12)之間的轉換；按照所述窗口計算所述視頻信號(18)的一階或二階導數，並確定所述一階或二階導數的特徵點；由所述一階或二階導數的所述特徵點計算所述肋(12)和/或所述芯(11)的尺寸。
10.根據權利要求9的裝置，其特徵在於所述檢測裝置能夠繞所述有肋型材(10)的縱向軸旋轉，以便在不同的測量方向進行多次檢測，並搜尋所述肋(12)的頂部值在最大值附近的檢測條件。
11.根據權利要求9的裝置，其特徵在於包含第二檢測裝置，所述第二檢測裝置包含第二發射器(114)-接收器(115)對，所述第二發射器(114)-接收器(115)對能夠檢測由位於所述芯(11)的兩個側面上的連續縱向稜線(13)投下的陰影，以便確定是否存在所述芯(11)和所述肋(12)的直徑的檢測條件，該檢測條件近似於理想條件，該理想條件對應於在最大值附近進行的檢測。
12.根據權利要求11的裝置，其特徵在於所述第二檢測裝置能夠繞所述有肋型材(10)的所述縱向軸旋轉，以便在不同測量方向上進行多次檢測，並搜尋所述肋(12)的頂部值在最大值附近的所述檢測條件。
全文摘要
本發明涉及用於對有肋型材(10)的特徵尺寸進行在線檢測的方法和裝置，該有肋型材至少包含芯(11)和不連續的肋(12)。該裝置採用包含光(16)的發射器(14)與信號接收器(15)的檢測裝置，信號接收器(15)用於檢測由前進的有肋型材(10)投下的陰影，接收器(15)與信號處理單元(17)相聯繫。為了計算芯(11)和/或肋(12)的尺寸，信號處理單元(17)執行以下步驟用某個積分間隔對與由有肋型材(10)投下的陰影有關的光信號進行積分，積分間隔等於經過光(16)的有肋型材(10)上的肋(12)中的至少一個節距的通過時間；由此積分獲取具有變寬的玻璃杯狀外形的視頻信號(18)；在視頻信號(18)中確定計算窗口，計算窗口包含芯(11)與肋(12)之間的轉換；按照窗口計算視頻信號(18)的導數並確定該導數的特徵點；以及採用這些特徵點計算肋(12)和/或芯(11)的尺寸。
文檔編號G01B11/10GK1918450SQ200580004514
公開日2007年2月21日 申請日期2005年1月10日 優先權日2004年1月12日
發明者L·恰尼 申請人:達涅利自動化有限公司