高反射带材传输空间位置检测系统

乔健; 吴阳; 陈能达; 陈为林; 杨景卫

doi:10.37188/OPE.20223011.1301

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

高反射带材传输空间位置检测系统

现代应用光学 | 更新时间：2026-09-11

- 高反射带材传输空间位置检测系统
- Spatial position detection system for high reflection strip transmission
- 光学精密工程 2022年30卷第11期页码：1301-1309
- 作者机构：
  
  佛山科学技术学院机电工程与自动化学院，广东佛山 528000
- 作者简介：
  
  乔　健（1980-），男，山西忻州人，博士，教授，博士生导师，2003年、2008年于吉林大学分别获得学士、博士学位，主要从事光学精密传动机构设计、非晶材料先进加工技术与装备等方面的研究。E-mail： qiaojj99065@163.com
  杨景卫（1983-），男，河南许昌人，博士，副教授，硕士生导师，2007年于吉林大学获得学士学位，2015年于华南理工大学获得博士学位，主要从事机电一体化、焊接自动化等方面的研究。E-mail： mejwyang@fosu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51805084);广东省科技计划项目(X220391TH220)
- DOI：10.37188/OPE.20223011.1301
  中图分类号： TN247
- 收稿：2022-03-08，
  
  修回：2022-04-03，
  
  纸质出版：2022-06-10
- 稿件说明：
移动端阅览
乔健,吴阳,陈能达等.高反射带材传输空间位置检测系统[J].光学精密工程,2022,30(11):1301-1309.

QIAO Jian,WU Yang,CHENG Nengda,et al.Spatial position detection system for high reflection strip transmission[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1301-1309.
乔健,吴阳,陈能达等.高反射带材传输空间位置检测系统[J].光学精密工程,2022,30(11):1301-1309. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1301.

QIAO Jian,WU Yang,CHENG Nengda,et al.Spatial position detection system for high reflection strip transmission[J].Optics and Precision Engineering,2022,30(11):1301-1309. DOI： 10.37188/OPE.20223011.1301.

摘要

为实现高反射非晶带材传输过程中空间位置的高精度测量，建立了基于光学三角法的双激光位置检测系统。针对该系统的实际应用工况开展了激光缩束、图像采集与处理、质心定位和系统标定等关键技术的研究。介绍了双激光器测量强反射面非晶带材空间位置的原理，设计出检测系统总体结构，在传输光路上增加缩束器来提高激光光斑质心提取的定位精度。搭建带材传输空间位置检测的实验装置，完成了检测系统标定实验，提出基于最小二乘法多项式的光斑质心与带材实际位置对应曲线的拟合方法，进而得出带材传输空间位置的标定曲线。最后，采用高速摄像仪与CMOS相机同时对非晶带材传输位置进行检测，并以高速摄像仪的测量结果为参考值，验证标定了CMOS相机的测量精度。实验结果表明：CMOS相机检测结果与参考值的相对偏差在0.05%之内，满足系统位置检测精度50 μm的要求，可用于高反射面带材传输过程空间位置的高精度测量。

Abstract

In this study， a double laser triangulation system was established to improve the transmission efficiency of the amorphous strip. The double laser triangulation system can detect the spatial position of the high reflection strip during transmission. Therefore， some key technologies were studied， such as laser beam shrinking， image acquisition and processing， centroid positioning， and system calibration. First， the principle of measuring the strong reflection strip’s spatial position with a double laser was introduced， followed by the design of the detection system. A beam constrictor was added to the transmission optical path to improve the positioning accuracy of laser spot centroid extraction. Second， the detection system’s calibration experiment was completed by setting up the experimental detection device for the spatial position of strip transmission. Furthermore， the calibration curve of the spatial position of the strip transmission was obtained. The fitting method of the corresponding curve between the spot centroid and the actual position of the strip based on the least square polynomial was proposed. Finally， the transmission position of the amorphous strip was detected by the high-speed camera and the CMOS camera simultaneously. The measurement accuracy of the CMOS camera was verified by taking the measurement results of the high-speed camera as the reference value. The results show that the relative deviation between the detection result of the CMOS camera and the reference value is less than 0.05%， conforming to the system position detection accuracy of 50% μm. The proposed system can be used for high precision measurement of spatial position in the transmission process of the strip with a high reflector.

关键词

Keywords

references

姚燕生，唐建平，张亚超，等 . 非晶合金激光制造技术研究进展［J］. 中国激光， 2021 ， 48 （ 2 ）： 174 - 189 . doi: 10.3788/CJL202148.0202012 http://dx.doi.org/10.3788/CJL202148.0202012

YAO Y SH ， TANG J P ， ZHANG Y CH ， et al . Development of laser fabrication technology for amorphous alloys ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2021 ， 48 （ 2 ）： 174 - 189 . （in Chinese） . doi: 10.3788/CJL202148.0202012 http://dx.doi.org/10.3788/CJL202148.0202012

LIU D S ， LI J C ， NOUBISSI R K ， et al . Magnetic properties and vibration characteristics of amorphous alloy strip and its combination ［J］. IET Electric Power Applications ， 2019 ， 13 （ 10 ）： 1589 - 1597 . doi: 10.1049/iet-epa.2019.0137 http://dx.doi.org/10.1049/iet-epa.2019.0137

武兰民，程灵，邱宁，等 . 配电变压器用非晶合金的研究进展及应用前景［J］. 热加工工艺， 2020 ， 49 （ 12 ）： 10 - 13， 20 . doi: 10.14158/j.cnki.1001-3814.20183568 http://dx.doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20183568

WU L M ， CHENG L ， QIU N ， et al . Research progress and application prospect of amorphous alloys for distribution transformer ［J］. Hot Working Technology ， 2020 ， 49 （ 12 ）： 10 - 13， 20 . （in Chinese） . doi: 10.14158/j.cnki.1001-3814.20183568 http://dx.doi.org/10.14158/j.cnki.1001-3814.20183568

杜毅威 . 新能效标准下变压器的选择［J］. 建筑电气， 2021 ， 40 （ 6 ）： 3 - 11 . doi: 10.3969/j.issn.1003-8493.2021.06.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-8493.2021.06.001

DU Y W . Selection of transformer under new energy efficiency standard ［J］. Building Electricity ， 2021 ， 40 （ 6 ）： 3 - 11 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1003-8493.2021.06.001 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1003-8493.2021.06.001

阎秋生，赵朋，路家斌，等 . 铁基非晶合金带材剪切加工特性［J］. 塑性工程学报， 2021 ， 28 （ 10 ）： 215 - 223 . doi: 10.3969/j.issn.1007-2012.2021.10.027 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.10.027

YAN Q SH ， ZHAO P ， LU J B ， et al . Shear processing characteristics of Fe-based amorphous alloy ribbon ［J］. Journal of Plasticity Engineering ， 2021 ， 28 （ 10 ）： 215 - 223 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1007-2012.2021.10.027 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.10.027

唐彬 . 基于全站仪的辊系空间位置检测技术［J］. 设备管理与维修， 2013 （ 5 ）： 46 - 47 . doi: 10.3969/j.issn.1001-0599.2013.05.024 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-0599.2013.05.024

TANG B . Roll spatial position detection technology based on total station ［J］. Plant Maintenance Engineering ， 2013 （ 5 ）： 46 - 47 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1001-0599.2013.05.024 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1001-0599.2013.05.024

李彦宏，杨帅，唐顺，等 . 后置分光瞳激光差动共焦曲率半径测量［J］. 光学精密工程， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2287 - 2295 . doi: 10.37188/OPE.20212910.2287 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212910.2287

LI Y H ， YANG SH ， TANG SH ， et al . Detecting divided aperture laser differential confocal radius measurement ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2287 - 2295 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212910.2287 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212910.2287

李潇潇，张志恒，张效宇，等 . 基于像散的光学元件厚度非接触测量研究［J］. 激光技术， 2019 ， 43 （ 6 ）： 741 - 746 . doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.06.002 http://dx.doi.org/10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.06.002

LI X X ， ZHANG ZH H ， ZHANG X Y ， et al . Non-contact thickness measurement of optical elements based on astigmatism ［J］. Laser Technology ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 741 - 746 . （in Chinese） . doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.06.002 http://dx.doi.org/10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2019.06.002

KOSTAMOVAARA J ， HUIKARI J ， HALLMAN L ， et al . On laser ranging based on high-speed/energy laser diode pulses and single-photon detection techniques ［J］. IEEE Photonics Journal ， 2015 ， 7 （ 2 ）： 1 - 15 . doi: 10.1109/jphot.2015.2402129 http://dx.doi.org/10.1109/jphot.2015.2402129

刘亚辉 . 基于激光测距巷道顶底板移近量传感器的设计与应用［J］. 煤炭工程， 2016 ， 48 （ 8 ）： 71 - 73 . doi: 10.11799/ce201608022 http://dx.doi.org/10.11799/ce201608022

LIU Y H . Design of roof-to-floor convergence sensor based on laser ranging ［J］. Coal Engineering ， 2016 ， 48 （ 8 ）： 71 - 73 . （in Chinese） . doi: 10.11799/ce201608022 http://dx.doi.org/10.11799/ce201608022

黄民双，刘晓晨，马鹏 . 脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿［J］. 红外与激光工程， 2018 ， 47 （ 3 ）： 229 - 2333 . doi: 10.3788/IRLA201847.0317004 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201847.0317004

HUANG M SH ， LIU X CH ， MA P . Periodic error compensation of pulsed time-of-flight laser ranging system ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 3 ）： 229 - 233 . （in Chinese） . doi: 10.3788/IRLA201847.0317004 http://dx.doi.org/10.3788/IRLA201847.0317004

陈国军，贾学东，朱蕊，等 . 一种基于幅度相位修正的高精度时间间隔测量方法［J］. 测绘科学技术学报， 2020 ， 37 （ 4 ）： 340 - 343， 349 . doi: 10.3969/j.issn.1673-6338.2020.04.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-6338.2020.04.003

CHEN G J ， JIA X D ， ZHU R ， et al . A high precision time interval measurement method based on amplitude-phase correction ［J］. Journal of Geomatics Science and Technology ， 2020 ， 37 （ 4 ）： 340 - 343， 349 . （in Chinese） . doi: 10.3969/j.issn.1673-6338.2020.04.003 http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1673-6338.2020.04.003

王晓惠，刘超，陆英仕，等 . 基于彩色数字全息的透镜焦距检测［J］. 激光技术， 2015 ， 39 （ 4 ）： 562 - 565 . doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.030 http://dx.doi.org/10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.030

WANG X H ， LIU CH ， LU Y SH ， et al . Detection of focal length based on color digital holography ［J］. Laser Technology ， 2015 ， 39 （ 4 ）： 562 - 565 . （in Chinese） . doi: 10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.030 http://dx.doi.org/10.7510/jgjs.issn.1001-3806.2015.04.030

HERNANDEZ-MONTES M D S ， MENDOZA SANTOYO F ， MUÑOZ S ， et al . Surface strain-field determination of tympanic membrane using 3D-digital holographic interferometry ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2015 ， 71 ： 42 - 50 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2015.03.008 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2015.03.008

杨景豪，刘巍，刘阳，等 . 双目立体视觉测量系统的标定［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 2 ）： 300 - 308 . doi: 10.3788/OPE.20162402.0300 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162402.0300

YANG J H ， LIU W ， LIU Y ， et al . Calibration of binocular vision measurement system ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2016 ， 24 （ 2 ）： 300 - 308 . （in Chinese） . doi: 10.3788/OPE.20162402.0300 http://dx.doi.org/10.3788/OPE.20162402.0300

WU C X ， CHEN B J ， YE C S . Detecting defects on corrugated plate surfaces using a differential laser triangulation method ［J］. Optics and Lasers in Engineering ， 2020 ， 129 ： 106064 . doi: 10.1016/j.optlaseng.2020.106064 http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2020.106064

张欣婷，亢磊，安志勇，等 . 基于PSD的单透镜激光三角测头设计［J］. 光子学报， 2018 ， 47 （ 7 ）： 77 - 84 . doi: 10.3788/gzxb20184707.0722001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20184707.0722001

ZHANG X T ， KANG L ， AN ZH Y ， et al . Design of a single lens laser triangulation probe based on PSD ［J］. Acta Photonica Sinica ， 2018 ， 47 （ 7 ）： 77 - 84 . （in Chinese） . doi: 10.3788/gzxb20184707.0722001 http://dx.doi.org/10.3788/gzxb20184707.0722001

钱锋，杨名宇，张晓沛 . 基于序列图像提高光斑质心定位精度［J］. 光学精密工程， 2016 ， 24 （ 11 ）： 2880 - 2888 . doi: 10.3788/ope.20162411.2880 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162411.2880

QIAN F ， YANG M Y ， ZHANG X P . Improvement of localization accuracy of spot centroid based on sequential images ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2016 ， 24 （ 11 ）： 2880 - 2888 . （in Chinese） . doi: 10.3788/ope.20162411.2880 http://dx.doi.org/10.3788/ope.20162411.2880

卢治功，贺鹏，职连杰，等 . 基于最小二乘法多项式拟合三角测量模型研究［J］. 应用光学， 2019 ， 40 （ 5 ）： 853 - 858 . doi: 10.5768/jao201940.0503003 http://dx.doi.org/10.5768/jao201940.0503003

LU ZH G ， HE P ， ZHI L J ， et al . Laser triangulation measurement model based on least square polynomial fitting method ［J］. Journal of Applied Optics ， 2019 ， 40 （ 5 ）： 853 - 858 . （in Chinese） . doi: 10.5768/jao201940.0503003 http://dx.doi.org/10.5768/jao201940.0503003

姜蕾 . 双光路对称补偿的激光三角法位移测量系统［D］. 杭州：浙江大学， 2017 .

JIANG L . Laser Triangulation Displacement Measuring System with Compensation of Dual Symmetrical Optical Path ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2017 . （in Chinese）

LI Y H ， YANG SH ， TANG SH ， et al . Detecting divided aperture laser differential confocal radius measurement ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2021 ， 29 （ 10 ）： 2287 - 2295 . （in Chinese） . doi: 10.37188/OPE.20212910.2287 http://dx.doi.org/10.37188/OPE.20212910.2287

ÁLVAREZ H ， ALONSO M ， SÁNCHEZ J R ， et al . A multi camera and multi laser calibration method for 3D reconstruction of revolution parts ［J］. Sensors （Basel， Switzerland）， 2021 ， 21 （ 3 ）： 765 . doi: 10.3390/s21030765 http://dx.doi.org/10.3390/s21030765

王雪松 . 基于近红外CMOS的激光光斑质心检测系统设计［J］. 红外技术， 2021 ， 43 （ 8 ）： 730 - 735 .

WANG X S . Design of a laser spot centroid detection system based on NIR CMOS ［J］. Infrared Technology ， 2021 ， 43 （ 8 ）： 730 - 735 . （in Chinese）

蒋焕文，孙续 . 电子测量［M］. 3版 . 北京：中国计量出版社， 2008 .

JIANG H W ， SUN X . Electronic Measurement ［M］. 3rd Edition . Beijing ： China Metrology Publishing House ， 2008 . （in Chinese）

浏览量

982

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

输电铁塔基础根开与高程差自动检测系统

光强非线性响应下的光致热弹光谱光强修正

激光差动共焦透镜中心偏的自动测量

长导轨五自由度测量中直线度精度提升方法与优化设计

面向弱光探测的实时像元合并