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摘要：在板材鋼的眾多的質量指標中，其厚度是最直接也是最嚴格的指標之一。激光測距技術是當前距離和長度測定精度最高的技術之一。利用激光測距技術在板材生產線上動態檢測板材的厚度，是一種精度高、安全、快速的非接觸實時在線檢測技術，并且不會污染環境。同時，結合使用CCD等光電探測器件，將光電信號轉化為電信號，進行數據的進一步處理和利用。測量數據及時反饋給生產控制系統，準確高質量的進行板材厚度的控制，對鋼鐵工業生產及自動化技術的應用有很高的實際價值。

關鍵詞：激光測距；板材厚度；CCD；在線檢測

鋼鐵工業在整個國民經濟中占據重要位置，其中板材帶鋼的軋制是鋼鐵工業生產過程中的重要環節。在板材鋼的眾多的質量指標中，其厚度是最直接也是最嚴格的指標之一。因此，板材厚度檢測在鋼鐵生產中具有重要作用，在板材生產過程中需要精準的板材厚度測量控制系統。由于鋼鐵生產的特殊性，需要使用非接觸測量技術。根據檢測原理分類，目前應用在國內外生產線上的板材厚度檢測技術主要有：射線測厚儀，超聲波測厚儀，激光測厚儀等。射線法測厚儀測量精度高，能夠實現快速測量，應用較為廣泛，但射線對人體有害，且污染環境；超聲波測厚儀由于只能在靜態工況下測量板材的厚度，因此使用范圍較小。近年來，隨著激光技術及光電技術的發展，應用激光技術的非接觸測厚儀逐步發展起來。激光被應用于距離測量，除了因為現在光電技術的發展，數字電路技術的進步外，還因為激光具有亮度高，能量高度集中，方向性好，易于進行傳輸和控制；同時因為激光是一種特定波長的電磁波，集中在狹小的光譜波段或頻率范圍內，這一特點有效的減少了雜光干擾，提高了信噪比，提高了測量精度。當代先進技術的應用使得板材的厚度測量方法不斷改進，測量精度進一步提高。

1激光測距技術

1.1激光技術激光測距技術最主要應用在物體的長度、形狀及表面輪廓的相關測量，能夠為產品的制作過程設計優化檢測控制等提供高精度三維結果，其中的長度是最重要的測量方面。比較著名的博世（BOSCH）手持紅外測量儀在測量0.05~40米的范圍內的能夠達到精1.5mm的精度。瑞士徠卡的D810Touch脈沖激光測距儀在測量范圍0.05~200米內，實現了精度±10mm。

1.2CCD信號采集轉換器件CCD技術是20世紀70年代美國科學家發明的一種電荷耦合器件。經過幾十年的飛速發展，CCD（ChargeCoupledDevice）圖像傳感器已經普遍應用在眾多領域中。例如在貼近生活的數碼相機、攝像機等都是應用了CCD圖像傳感器這個關鍵部件，在天文觀測領域，宇宙射線的檢測采集分析，都在使用CCD光電轉換器件，進行光信號的轉變。CCD芯片利用物理的光電效應，獲取一定波段范圍內的光信號。通過把曝光時間內接收到的入射光敏面上的光子，利用內部光電效應轉化為電子，從而實現光信號的測量電子化，再通過電子線路對電子信號進行分析處理。CCD芯片的關鍵性能影響因素主要包括：信噪比、量子效率、響應度、暗信號非均勻度、動態范圍、光子響應非均勻度、暗電流、非線性度誤差、雙倍溫度常數等。

1.3激光測距原理分析利用激光技術結合CCD芯片進行距離的測量。

2板材厚度測量系統

2.1厚度測量系統原理由于板材通常處于運動狀態而不是靜止狀態下測量其厚度，于是分析探討結合差值測量板材厚度方法。整套系統使用上、下兩個相互獨立測量系統，確定測量的假定參考基準平面，也就是鋼板的平面。通過激光束測量板材上表面以及板材下表面反射距離，計算分析出距離數值與參考基準面相差的長度距離D1及D2，并通過相關計算來得出板材的厚度H。測厚儀工作時激光器1發射一束激光照射被測鋼板的上表面上，鋼板上表面反射的激光再返回到激光器1內，反射的光斑被激光器內的CCD芯片吸收，通過對CCD芯片上光斑的位置進行分析計算，就可以得到激光器1到被測鋼板上表面的實際距離D1；同理可以得到激光器2到被測鋼板下表面的距離D2。利用兩個激光器測頭之間的恒定距離D減去兩個激光器測頭到被測物上下表面的距離D1和D2，即可得到被測鋼板的厚度H。

2.2板材厚度測量系統板材厚度測量系統整體結構如圖4。測厚儀主要由車體、車輪、行走電機、C形架、活動支板、滾珠絲杠、副步進電機、直線導軌副、激光測頭（激光位移傳感器）等部分組成。

3.1測量結果分析利用板材厚度檢測儀進行鋼板厚度檢測試驗。通過鋼板的厚度數據進行分析，測得板材厚度值范圍在2.40~2.41mm，檢測結果波動在控制范圍以內，達到了預期的效果。

3.2測量誤差基于激光測距的測厚儀誤差來源主要為系統誤差。主要是由發射系統的響應時間、元器件在高頻環境下的穩定性、晶振的頻率穩定度、相位計算和接收器件隨光強不同的非線性等因素造成。另外，環境的干擾也會產生誤差，例如激光在空氣中傳播時，由于受介質、氣壓、溫度、濕度的影響，傳播速度會有一定的變化。

作者：馮小雷；崔忠信；楊現良；王海明；田紹鵬 單位：河鋼集團鋼研總院