河南高精度直线度测量仪设计与制造的关键问题

　　钢管直线度是一项重要的技术指标。在轧制过程中，必须对钢管的直线度进行在线测量与监控，才能保证成品符合要求。本文介绍了高精度在线直线度测量仪在检测轧制中钢管线材直径及直线度时，量仪设计与制造所遇到的关键性问题及其解决方法。

　　1、量仪设计与制造原理及技术指标

　　根据管材的规格及直线度测量要求，本方案拟采用我公司的光电测头对管材直线度进行测量。测量时在水平（X轴）和竖直（Y轴）方向上各设置3组测头测量管材X轴和Y轴方向的边缘位置。

　　被测棒材通过测量仪时，每组测头采集图1所示截面的X轴和Y轴方向的位置数据。系统根据测头1和测头3采集的X轴方向位置值拟合一条直线，位置2的测量值与该直线的偏差即为位置2在X轴方向的直线度误差。同理可得到位置2在Y轴方向的直线度误差。设X轴的直线度误差为δ1、Y轴的直线度误差为δ2，利用三角函数即可计算出棒材直线度的实际误差δ。

　　2、设计中的几个关键问题

　　测量精确度是直线度测量仪设计与制造基本的技术指标，为了达到高精度，必须从各方面给予保证。

　　2.1、光学系统设计

　　由于钢管在高速前进的同时，伴随着上下及左右二维空间的剧烈振动，会给物镜象带来放大误差。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，但模糊象的中心位置在CCD上的投影是和正确调焦时的投影象处在同一位置上。

　　2.2、CCD的选择

　　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作为摄象传感器。选取的CCD应具有高分率、高的转换效率，并能承受较高的工作温度。CCD驱动频率的选择，原则上只要满足取样要求就可以了。

　　从理论上讲，波形的边缘部分仍是—根直线，若用峰值50%作为阈值，将不会因钢材振动引起测量误差。但是，实际上在线被测物的振动是不规则的，边缘波形不成直线，因而会产生测量误差。如果CCD有更高的驱动频率，在一次扫描中钢材边缘的位移量就会减小，边缘波形将会改善。如选取驱动频率为10MHz的CCD，则一次扫描的振动误差将减少至0.4mm。如果仪器仍要求每秒取600个数据，则每一数据已经是8次测量的平均值，其误差可减小至0.05mm。如果每隔2~3秒读一次数，则读出的数又是1千到2千个数据的平均值，因而可以达到足够高的精度。当然，随着驱动频率的增高，CCD转移效率将明显下降，高频CCD的价格也大为增高，高频驱动器的制作技术也更加困难。而我们为了满足高精度测量，且尽可能的减少误差，直线度测量仪的CCD芯片选用新型的15MHz频率的线阵CCD芯片。