專利名稱：利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及激光在線監測技術，特別是指利用雙激光束對大型往 復直線運動設備在線監測多個活動部件中心的方法及裝置。
背景技術：
--些大型設備如擠壓機、壓縮機、艦、船等，在安裝或工作過程 中，需要對其各部件的對中情況進行檢測。以大型臥式擠壓機為例， 由于其本體結構及工作環境的特殊性，長時間運行后會造成導軌與支
撐墊之間摩擦磨損嚴重、擠壓筒與模具及擠壓軸中心不對中，再加上 工作過程中劇烈振動、沖擊的影響，擠壓中心就會發生偏移。如果不 及時進行調整，偏心擠壓不僅直接影響擠壓材的質量，加劇機體的磨 損，減少機體壽命，甚至可能造成事故隱患。
目前，國內外進行對中檢測的方法有拉線法、LD (激光器)
-PSD (位置敏感探測器)檢測法、LD-CCD(圖像傳感器)檢測法以 及激光對中儀檢測法等。上述方法中，拉線法操作復雜，費時耗力， 對操作者經驗、技能要求較高；其余幾種方法檢測精度較高，但由于 受PSD、 CCD傳感器尺寸的限制，檢測范圍小。同時，激光在傳播 過程中，由于散射和衍射現象的存在，在一定距離以上，光斑尺寸較 大且出現多級衍射環，也制約了檢測距離。以世界知名的對中產品生 產廠家——德國普魯夫科技公司為例，其生產的激光對中產品測量距
離也只有10 m，對于一些動輒幾十米的大型設備來說該測量距離顯 然是不夠的。此外，上述方法中，除拉線法之外，其它幾種方法主要 用于兩個旋轉類部件的對中情況檢測。對于大型往復直線運動設備多 個活動部件的對中情況進行在線監測的技術，國內外未見報道。目前 國內大型擠壓機的中心檢測仍采用人工測量計算、經驗調整的方法， 即通過人工反復測量，計算出各部件的偏差值，然后通過調整墊片來 調節；或者通過觀察擠壓材的質量，憑經驗進行調節。這些方法不僅 耗時、精度低，也不能進行在線監測，滿足不了現代化生產的需要。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種系統安裝、操 作簡便，可靠性高，實用性強、針對大型往復直線運動設備對中檢測
用的雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法及裝置。
本發明-一 利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法， 包括以下步驟
a、 在被監測部件運動行程之外兩端各選取一個固定基準點，在 一個基準點安裝兩套激光發射裝置，在另一個基準點安裝兩套激光直 接接收裝置；
b、 在每個被監測部件上各安裝兩套分別處于兩套激光發射裝置 光路上的激光分光接收裝置；C、激光直接接收裝置中的攝像頭實時拍攝由激光發射裝置發出
的激光圖像并上傳至信息處理裝置；
d、 激光分光接收裝置中的攝像頭實時拍攝由激光發射裝置發出 的并經激光接收裝置反射的激光圖像，上傳至信息處理裝置；
e、 信息處理裝置接收c、 d步提供的圖像信息后，經過處理，實 現實時監測并顯示各活動部件的中心偏移量。
本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法中， 信息處理裝置包括單片機及嵌入其中的Inter開發的視頻處理軟件， 軟件編程環境為Visual C++6.0。
本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的裝置是
采用下述方案實現的它包括激光發射裝置、激光接收裝置和信息處 理裝置，所述激光發射裝置包括兩個激光發射器；所述接收裝置包括 激光分光接收裝置和激光直接接收裝置；所述信息處理裝置包括計算 機及嵌入計算機中的圖象處理軟件；所述至少兩個激光發射裝置安裝 在被監測部件運動行程之外一端固定不動的部件上；所述至少兩個激 光直接接收裝置安裝在被監測部件運動行程之外另一端固定不動的 部件上；每個活動部件上至少各安裝兩套激光分光接收裝置；所述激 光直接接收裝置、激光分光接收裝置與信息處理裝置電連接。
本發明一_利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的裝置 中，激光發射裝置為半導體準直擴束激光發射器。
本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的裝置 中，所述激光直接接收裝置、激光分光接收裝置通過USB延長器與 信息處理裝置電連接。
本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的裝置 中，所述激光分光接收裝置包括激光通道、攝像管，所述激光通道為 一筒體，在筒體的一側設有一通孔，攝像管一端垂直安裝在激光通道 外側的通孔處，在激光通道與攝像管軸線相交處的激光通道中設有一 與激光通道軸線呈45度夾角的分光鏡，在所述的攝像管中，依次安 裝有成像玻璃片、攝像頭、USB延長器，且成像玻璃片、攝像頭與 攝像管同軸線，所述USB延長器與攝像頭電連接。
本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的裝置 中，所述激光直接接收裝置包括攝像管，所述的攝像管中，依次安裝 有成像玻璃片、攝像頭、USB延長器，且成像玻璃片、攝像頭與攝 像管同軸線，所述USB延長器與攝像頭電連接。
本發明的工作原理簡述于下
本發明利用兩個激光發射器發出的光線作為監測基準軸線，根據 激光分光接收裝置拍攝的反射光斑位置圖像及基準位置的光斑圖像， 運用圖像處理軟件進行處理，即可最終得出各活動部件中心的偏移 量。下面詳細說明幾何模型建立的原則和計算方法
參見附圖l，在平面X0Y內AABC^AA' B' C'。當這兩個三角 形的兩個頂點(A與A' 、 B與B')重合時，第三個頂點(C與C') 也必然重合(不考慮C與C'位于AB兩側的情況)。假定X0Y為被監 測部件截面所在平面，A、 B點為兩個激光光斑所在位置，C點為被監測部件理想中心位置。當激光發射器安裝固定好之后，A、 B點以及 虛擬的C點在整個監測過程中都固定不動。在距被監測部件中心一定 距離處安裝兩個監測裝置監測光斑位置，兩個監測窗口的中心與被監 測部件的中心組成另一個三角形，使該三角形全等于AABC。當激光 光斑與兩個監測窗口的中心分別重合時，被檢測部件中心也必然與理 想中心(C點)重合。
參見附圖2，基于上述原理，若以O點為原點建立絕對坐標系J<9f，
分別以監測窗口初始位置的中心為原點建立運動坐標系尤a兄和
J"A。運動坐標系的初始原點ft、 ft在絕對坐標系JOF中的坐標分別
為(-A//)、 (AH)。設定此時，兩個激光光斑的中心分別與ft、 a點 重合。當被檢測運動部件中心偏移到0'點且繞其軸線轉過e角時，
ft對應移動到"a、入點，此時光斑a、 b在各自監測窗口中的坐 標分別為(x'。，乂。)、 ("，p)(以"a、 "6為坐標原點)。
根據以上測得的光斑在偏移后監測窗口中的坐標，即可計算出 0'點在絕對坐標系XOF中的坐標;c'。、 y。和偏轉角度《
2D<formula>formula see original document page 9</formula> (2)
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本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法及 裝置，融合了激光技術和圖像處理技術。與傳統激光中心檢測方法相 比，本發明突破了 CCD、 PSD等傳感器尺寸對檢測范圍、檢測點數和
檢測距離的制約。在已實施例中，監測距離達到35米，監測活動部
件5個，監測點數10個，監測范圍20mmX20mm，監測精度達 0. 18mm。采用準直性能更好的激光器并適當增大成像玻璃片尺寸， 即可方便地增加監測距離和監測范圍。整個系統安裝、操作簡便，可 靠性高，實用性強。
附圖1為本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心 的方法原理示意附圖2為本發明-一 利用雙激光束在線監測多個活動部件中心 的方法幾何模型；
附圖3為本發明-一 利用雙激光束在線監測多個活動部件中心 的裝置流程附圖4為本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心 的方法及裝置的監測光路示意附圖5為本發明---利用雙激光束在線監測多個活動部件中心 的裝置中激光直接接收裝置結構示意附圖6為本發明一-利用雙激光束在線監測多個活動部件中心
的裝置中激光分光接收裝置結構示意圖
其中，附圖2中2-1-1—監測窗口 1， 2-1-2—監測窗口 2。附圖3中3-1— 激光發射裝置，3-1-2-—激光接收裝置，3-1-3---信息處理裝置。附圖4中 A、 B-—固定基準點、1、 2、 3、 4、 5…被檢測活動部件、6…激光發射 裝置、7-—激光直接接收裝置、8…激光分光接收裝置、9-一信息處理裝置。
附圖5中10-—激光通道、11-一分光片、12—-成像玻璃、
13—-攝像頭、14—USB延長器、15—攝像管。
附圖6中16—-成像玻璃、17---攝像管、18—攝像頭、19—USB 延長器。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明的內容作進一步的說明，以
助于理解本發明的內容
對于一些大型設備來講，由于設備本體結構及工作現場的特殊 性，很難對其所有運動部件的中心進行直接監測。為使發明具有更強
的通用性，我們采用三角形定位原理，實現了對多個部件中心的間接 監測。
參見附圖2，以125MN擠壓機的穿孔橫梁為例，建立中心監測幾 何模型。0點為穿孔橫梁在對中位置時的中心(即理想中心)，監測 窗口大小為AXZ。監測過程中，監測窗口的大小及其與穿孔橫梁的 相對位置保持不變。以^點為原點建立絕對坐標系i^F，分別以監測 窗口初始位置的中心為原點建立運動坐標系J"丄和Aft幾。由圖可 知，運動坐標系的初始原點6L、 ft在絕對坐標系^^中的坐標分別為 (-D，ZO、 (A巧。穿孔橫梁處于對中狀態時，兩個激光光斑的中心分 別與Q、 G點重合。當穿孔橫梁中心偏移到0'點且繞其軸線轉過《 角時，a、 a對應移動到"a、 "6點，此時光斑a、 b在各自監測窗口 中的坐標分別為(x。,h)、 ("，h)(以"a、 "6為坐標原點)。
根據以上測得的光斑在偏移后監測窗口中的坐標，結合圖中給定
的幾何關系，即可計算出o'點在絕對坐標系Jor中的坐標x。、 >/。和 偏轉角度p:
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如圖3、 4所示，本發明-一利用雙激光束在線監測多個活動部 件中心的裝置，包括激光發射裝置、激光接收裝置和信息處理裝置， 所述激光發射裝置包括兩個激光發射器；所述接收裝置包括激光分光 接收裝置和激光直接接收裝置；所述信息處理裝置包括計算機及嵌入 計算機中的圖象處理軟件；所述至少兩個激光發射裝置安裝在被監測 部件運動行程之外一端固定不動的部件上；所述至少兩個激光直接接 收裝置安裝在被監測部件運動行程之外另一端固定不動的部件上；每 個活動部件上至少各安裝兩套激光分光接收裝置；所述激光直接接收 裝置、激光分光接收裝置與信息處理裝置電連接。
如圖4所示，125,擠壓機前后有兩個固定部件——固定部件A 和固定部件B，中間有五個活動部件——1 5;當擠壓機處于理想對 中狀態時，所有部件的中心應該在一條直線(即擠壓中心線)上。由 于擠壓機結構及工作的特性，單根光束不能夠同時穿過所有部件的中 心，即不能對擠壓中心線進行直接監測。故實施過程中，我們在距固 定部件1中心一定距離處，安裝、固定兩個激光發射器，以這兩個激 光器發射出的兩根準直光束作為監測基準軸線，從而間接監測各活動
部件中心偏移情況。
監測過程中，在中間需要監測的活動部件1 5上各安裝兩套分
光接收裝置。光束經鏡頭玻璃片照射到與水平呈45度角放置的分光
鏡上之后， 一部分反射到成像玻璃片上， 一部分透過分光鏡繼續向前 傳播。依次這樣光束可以照射到每一個成像玻璃片上。攝像頭對成像
玻璃片上的光斑進行實時拍攝，并通過USB延長器傳送至控制器，控 制器通過USB接口與計算機通信。計算機對光斑圖片進行處理、分析， 根據上述建立的幾何模型，即可計算并輸出各活動部件中心的偏移 量。監測過程中，分光接收裝置隨活動部件一起運動。
固定部件B上安裝兩套直接接收裝置。激光直接照射在成像玻璃 片上，攝像頭對成像玻璃片上的光斑進行實時拍攝，經USB延長器傳 送至控制器，控制器通過USB接口與計算機通信。監測過程中，固定 部件B上的兩套接收裝置作為定標光靶，實時監測基準光線的偏移情 況以便為中間活動部件上的測量結果進行補償。
參見附圖5，激光分光接收裝置包括激光通道10、攝像管15， 所述激光通道10為一筒體，在筒體的一側設有一通孔，攝像管15 — 端垂直安裝在激光通道10外側的通孔處，在激光通道10與攝像管 15軸線相交處的激光通道10中設有一與激光通道10軸線呈45度夾 角的分光鏡ll，在所述的攝像管15中，依次安裝有成像玻璃片12、 攝像頭13、 USB延長器14，且成像玻璃片12、攝像頭13與攝像管 15同軸線，所述USB延長器14與攝像頭13電連接。
如圖6所示，激光直接接收裝置包括攝像管17，所述的攝像管
17中，依次安裝有成像玻璃片16、攝像頭18、 USB延長器19，且 成像玻璃片16、攝像頭18與攝像管17同軸線，所述USB延長器19 與攝像頭18電連接。
權利要求
1、利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法，包括以下步驟a、在被監測部件運動行程之外兩端各選取一個固定基準點，在一個基準點安裝兩套激光發射裝置，在另一個基準點安裝兩套激光直接接收裝置；b、在每個被監測部件上各安裝兩套分別處于兩套激光發射裝置光路上的激光分光接收裝置；c、激光直接接收裝置中的攝像頭實時拍攝由激光發射裝置發出的激光圖像并上傳至信息處理裝置；d、激光分光接收裝置中的攝像頭實時拍攝由激光發射裝置發出的并經激光分光接收裝置反射的激光圖像，上傳至信息處理裝置；e、信息處理裝置接收c、d步驟提供的圖像信息后，經過處理，實現實時監測并顯示各活動部件的中心偏移量。
2、 根據權利要求1所述的利用雙激光束在線監測多個活動部件 中心的方法，其特征在于信息處理裝置包括單片機及嵌入其中的 Inter開發的視頻處理軟件，軟件編程環境為Visual C++6.0。
3、 利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的裝置，包括激光 發射裝置、激光接收裝置和信息處理裝置，其特征在于所述激光發 射裝置包括兩個激光發射器；所述接收裝置包括激光分光接收裝置和激光直接接收裝置；所述信息處理裝置包括計算機及嵌入計算機中的 圖象處理軟件；所述至少兩個激光發射裝置安裝在被監測部件運動行 程之外一端固定不動的部件上；所述至少兩個激光直接接收裝置安裝 在被監測部件運動行程之外另一端固定不動的部件上；每個活動部件 上至少各安裝兩套激光分光接收裝置；所述激光直接接收裝置、激光 分光接收裝置與信息處理裝置電連接。
4、 根據權利要求3所述的利用雙激光束在線監測多個活動部 件中心的裝置，其特征在于激光發射裝置為半導體準直擴束激光發 射器。
5、 根據權利要求3所述的利用雙激光束在線監測多個活動部 件中心的裝置，其特征在于所述激光直接接收裝置、激光分光接收 裝置通過USB延長器與信息處理裝置電連接。
6、 根據權利要求3所述的利用雙激光束在線監測多個活動部 件中心的裝置，其特征在于所述激光分光接收裝置包括激光通道、 攝像管，所述激光通道為一筒體，在筒體的一側設有一通孔，攝像管 一端垂直安裝在激光通道外側的通孔處，在激光通道與攝像管軸線相 交處的激光通道中設有一與激光通道軸線呈45度夾角的分光鏡，在 所述的攝像管中，依次安裝有成像玻璃片、攝像頭、USB延長器， 且成像玻璃片、攝像頭與攝像管同軸線，所述USB延長器與攝像頭 電連接。
7、根據權利要求3所述的利用雙激光束在線監測多個活動部件 中心的裝置，其特征在于所述激光直接接收裝置包括攝像管，所述的攝像管中，依次安裝有成像玻璃片、攝像頭、USB延長器，且成 像玻璃片、攝像頭與攝像管同軸線，所述USB延長器與攝像頭電連接。
全文摘要
利用雙激光束在線監測多個活動部件中心的方法及裝置，包括激光發射裝置、激光接收裝置和信息處理裝置，利用兩個激光發射器發出的光線作為監測基準軸線，根據激光分光接收裝置拍攝的反射光斑位置圖像及基準位置的光斑圖像，運用圖像處理軟件進行處理，即可最終得出各活動部件中心的偏移量。本發明突破了CCD、PSD等傳感器尺寸對檢測范圍、檢測點數和檢測距離的制約。監測距離達到35米，監測活動部件5個，監測點數10個，監測范圍20mm×20mm，監測精度達0.18mm。本發明系統安裝、操作簡便，可靠性高，實用性強。
文檔編號G01B11/27GK101187549SQ200710303430
公開日2008年5月28日 申請日期2007年12月28日 優先權日2007年12月28日
發明者吳士旭, 楊需帥, 肖剡軍, 譚建平 申請人:譚建平;楊需帥;吳士旭;肖剡軍