【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在线钢板厚度测量应用，尤其涉及一种高精度在线测厚装置及测厚方法。
技术介绍
1、在钢板加工制造领域，在线钢板厚度测量是必不可少的一道检测工序，主要起到如下作用：
2、1)厚度规格校对。实测的厚度与生产计划下发的设定厚度进行比较，校对实物信息是否与计划信息相符，以及确认公差范围是否达标。
3、2)叠板测量。由于行车吊运等原因，存在多张钢板叠加在一起的情况，会导致生产加工工艺不达标，严重时钢板会卡在设备中，进而引发设备损坏，影响生产，通过厚度测量可检测出叠板的情况。
4、3)翘曲测量。本身存在翘曲的钢板，在进入一些加工设备时可能因为翘曲幅度过大导致卡板，严重生产节奏及设备使用寿命，通过厚度测量，可以判断钢板翘曲的最大高度是否超出设备允许的最大设定值，从而避免意外发生。
5、目前在线钢板的厚度测量，主要采用基于激光测距传感器的非接触测量方式：通过在生产辊道间隙处，上下各设置一组激光测距传感器，上下对射，然后通过传感器反馈的量程换算得出钢板厚度，效果示意图如图1所示，预先标定好a的长度，然后当钢板经过检测区时，上下对射的测量装置开启检测，反馈量程读数分别为：b1、b2，钢板的厚度h＝a-(b1+b2)。
6、激光测距传感器通常采用两种技术原理：
7、一种是tof(time of flight)激光测距。即时间飞行测量法，通过激光器发射一个激光脉冲，并由计时器记录下出射的时间，回返光经接收器接收，并由计时器记录下回返的时间，连个时间相减得到光的飞行时间，
8、另一种是激光三角法测距。通过测量光束的入射角度和反射角度，结合几何三角学原理，来计算目标物体表面上各点坐标的测量方法。这种方法通常利用激光光束与目标表面的反射关系，通过观察入射光束和反射光束的夹角来确定目标物体上各点的位置。优点是近距离时精度高，缺点是受角度变化以及传感器景深影响，通常要求的检测精度越高，测量范围越小，若想保证微米级的测量精度，则测量范围最大仅能做到几十毫米。
9、目前，钢板生产线所能生产的钢板厚度规格通常在2mm-150mm之间，还要考虑钢板翘曲的情况，测量高度范围一般需要满足0mm-200mm，同时还要保证微米级的测量精度要求。
10、若使用基于tof的激光测距方式，精度只能到毫米级别，测量误差大、精度低，不能满足要求测量精度要求；若使用激光三角法测距方式，测量量程短，不能满足测量范围要求。
11、针对上述问题及现状，本专利技术提出一种高精度在线钢板测厚装置及方法，结合上述两种测量方式的优势，可实现在线、大量程、快速、微米级精度的钢板厚度测量，适用于测量精度要求高的钢板生产应用场景。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种高精度在线测厚装置及测厚方法，基于tof激光测距和三角法激光测距协同工作，来实现大量程、在线、高精度的钢板厚度测量。
2、本专利技术的技术方案如下：一种高精度在线测厚装置，包括支撑框架1和测量仪表2；
3、所述支撑框架1为c形框架结构，包括立柱与两个横梁；所述横梁分别位于辊道基准水平面3的上下两侧，用于固定测量仪表2；
4、所述测量仪表2包括tof测距传感器4、点激光光源5以及若干台工业相机6；所述工业相机6覆盖不同厚度范围的测量工作；总测量厚度范围需求为m，工业相机6数量为n，每部工业相机6平分的测量范围为p，p＝m/n；
5、所述tof测距传感器4垂直打在被测物体表面，用于初步确定被测物体的厚度范围；
6、所述点激光光源5发射出点状光的激光光源，垂直打在被测物体表面形成小光斑，配合工业相机6进行测距测量；
7、两套测量仪表2对称布置，二者分别从上到下、从下到上对射，得出距离测量值，结合标定信息，转化为最终的厚度值。
8、所述工业相机6成组编制成相机组，采用相同倾斜角度以及相同的水平间距进行布置；工业相机6从左向右依次编号为c1、c2…cn；相机组中的工业相机6采用相同规格型号的面阵相机，镜头采用长焦镜头，各工业相机6镜头的焦距依次递增，用于确保在针对不同高度物体拍摄时，有相近的成像面积及清晰度。
9、所述工业相机6满足以下物距要求、景深要求和视野要求；
10、所述物距要求具体如下：物距指工业相机6镜头表面到被测物体之间的直线距离；测量仪表2下表面距离最大测量高度之间的距离为s，三角激光测量法选取的激光与工业相机6夹角为θ，则每部工业相机6的物距u描述为：
11、
12、其中，n表示相机编号；
13、所述景深要求具体如下：景深指在工业相机6拍摄目标物体时，能够取得清晰图像的成像所测定的拍摄物体前后距离范围；所述景深通过相机镜头的选型以及光圈的调节来确定，景深d的描述公式为：
14、
15、所述视野要求具体如下：考虑工业相机6高度方向的视野，满足照射区域覆盖p，同时高度方向上下两端留有余量，避免点光源出现在边缘位置；相机高度方向视野体现在相机镜头的高度方向视角，高度方向视角设为α，则α需满足：
16、
17、其中，fn为编号为n的工业相机到点激光光源之间的水平距离。
18、如上公式中使用的是大于符号，是为了保证相机视野大于检测范围，避免点激光光点出现为相机成像边缘，因为光点成像不全导致的精度损失，效果如附图5所示。
19、补充说明：tof激光测距传感器也会在被测物体上生成激光光斑，单独使用点激光光源作为三角测量法的激光光源的意义在于：通常，tof激光测距传感器发射的激光在被测钢板呈现的光斑直径较大，使用该光斑会影响测量精度。
20、一种高精度在线测厚装置的测厚方法，具体步骤如下：
21、步骤1.钢板抵达测量区域前，启动高精度在线测厚装置，进入待命状态；
22、步骤2.辊道带动钢板进入测量区域后，开始测量；
23、上表面tof测距传感器4测量到钢板上表面的距离为mw，根据出厂标定的每台工业相机的测量范围，获取包含mw的相机编号，定义为x；
24、下表面tof测距传感器4测量到钢板下表面的距离为mw2，根据出厂标定的每台工业相机的测量范围，获取包含mw2的相机编号，定义为y；
25、关闭tof测距传感器4，分别对上下表面两组装置进行如下图像处理：
26、2.1)系统服务器连接编号为x的工业相机，获得一帧图像数据；
27、2.2)对所述图像数据进行中值滤波处理，去掉噪声干扰，然后进行二值化处理得到光斑；
28、2.3)获得光斑所在区域，并获得最小包围盒，根据最小包围盒获得包围盒矩形本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高精度在线测厚装置，其特征在于，该高精度在线测厚装置包括支撑框架(1)和测量仪表(2)；
2.根据权利要求1所述的高精度在线测厚装置，其特征在于，所述工业相机(6)成组编制成相机组，采用相同倾斜角度以及相同的水平间距进行布置；工业相机(6)从左向右依次编号为C1、C2…CN；相机组中的工业相机(6)采用相同规格型号的面阵相机，镜头采用长焦镜头，各工业相机(6)镜头的焦距依次递增，用于确保在针对不同高度物体拍摄时，有相近的成像面积及清晰度。
3.根据权利要求1或2所述的高精度在线测厚装置，其特征在于，所述工业相机(6)满足以下物距要求、景深要求和视野要求；
4.一种根据权利要求1-3任一所述高精度在线测厚装置的测厚方法，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的测厚方法，其特征在于，所述高精度在线测厚装置测量前进行出厂前标定和应用现场系统标定；
6.根据权利要求5所述的测厚方法，其特征在于，所述应用现场系统标定的过程如下：
【技术特征摘要】
1.一种高精度在线测厚装置，其特征在于，该高精度在线测厚装置包括支撑框架(1)和测量仪表(2)；
2.根据权利要求1所述的高精度在线测厚装置，其特征在于，所述工业相机(6)成组编制成相机组，采用相同倾斜角度以及相同的水平间距进行布置；工业相机(6)从左向右依次编号为c1、c2…cn；相机组中的工业相机(6)采用相同规格型号的面阵相机，镜头采用长焦镜头，各工业相机(6)镜头的焦距依次递增，用于确保在针对不同高度物体拍摄时，有相近的成像...
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