CN105783746A - 一种木质产品厚度的检测***及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木质产品厚度的检测装置，包括传送台、激光发射器、支架、面阵工业相机，支架桥式架设在传送台上，沿传送台的传送方向，依次在支架上设置激光发射器和面阵工业相机，且所述的激光发射器发射到传送台上被测木质产品表面的光源经被测木质产品反射后被面阵工业相机接收，而面阵工业相机同时与一计算机连通。本发明同时公开了其检测方法。本发明所述装置和方法安全可靠、测量精度高、使用方便，克服了现有检测技术的缺陷，具有可同时检测一个截面上的多个点、自动连续检测的优势。

Description

一种木质产品厚度的检测***及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测***及其检测方法，尤其是涉及一种木质产品厚度的检测***及其检测方法，属于木材加工制造领域。

背景技术

木质产品厚度是木质产品加工制造过程中重要参数，要对木质产品厚度进行严格控制的前提就是必须精确、快速地检测出木质产品厚度。为保护森林资源，提高木材利用率，提高木材加工自动化程度，降低劳动者的工作强度，保证木质产品达到质量要求,对木质产品厚度进行在线测量以防止不合格的木质产品进入生产加工，对木质产品后续装配加工尤为重要；此外，通过对木质产品厚度进行实时在线检测，可以将木质产品厚度信息实时反馈给木质产品加工生产装置，对加工参数进行实时调整。

目前在实验生产和试验研究中，对木质产品厚度进行在线检测的方法主要有采用线性位移传感器的接触式检测方法以及激光、超声波、X射线等非接触式检测方法。

在采用线性位移传感器的接触式检测方法中，线性位移传感器垂直于被测木质产品，测杆的位移量等于木质产品厚度，可以直接检测出木质产品厚度。但接触式检测技术中工作环境恶劣人工调整效率低偏差大，并且对木质产品有较高的要求比如有较高的硬度和较光滑平整的表面，而由于测杆与被测木质产品表面直接接触从而会导致木质产品表面的损伤和机械的磨损，因此接触式测量技术难以实现木质产品在线检测。

目前应用最多的激光检测法主要是先由激光发射器发射激光照射到被测木质产品表面，经反射后部分散射光被传感器接收器接收，光学传感器检测到光信号并对光信号进行处理，通过从光脉冲发出到返回被接收所经历的时间来检测木质产品厚度。激光检测法具有亮度高、方向性好、不易受工作环境温度影响和检测精度高等优点，但是激光检测法只能实现激光单点扫描，由于天然木材表面粗糙不平和木质产品表面易受气候环境影响从而截面不平，在实际检测时需要对一个截面进行多次测量得到大量的测绘点才能得到木质产品一个截面上的平均厚度信息，因此这种方法检测精度低，检测速度慢，无法实现自动化；同时该激光扫描法是一种激光时间差式，发出激光脉冲，测量脉冲从发出到返回的时间差，换算成探头到被测物体的距离，由于光的传播速度很快，准确测量出小位移量时对时间测量的精度要求非常高，否则测量的精度难以保证，且传感器价格也很高，因此激光检测法难以实现木质产品在线检测。

超声波检测法通过发射超声波使其遇到障碍物反射回来，根据发射和接收的时间差计算出发射点到被测面的实际距离来检测木质产品厚度。但由于木质产品是多孔性材料，造成超声波的大量散射和能量衰减从而使木质产品检测厚度明显小于木质产品实际厚度值精确度不高，因此超声波检测法难以实现木质产品在线检测。

X射线检测法是通过X射线穿透木质产品时强度的衰减量来检测木质产品厚度的，但X射线在穿透不同材料、空气中的纤维和灰尘等介质时其衰减程度也会不同，导致X射线检测法易受环境影响稳定性较差从而导致测量精度值下降，并且维修费用昂贵，因此X射线检测法难以实现木质产品在线检测。

目前的木质产品厚度接触式检测技术以及激光、超声波、X射线等木质产品厚度非接触式在线检测技术都有不同的优点及不足，但它们都有一个共同的缺点，即这些厚度检测方法一次检测仅能测量一个点，由于天然木材表面粗糙不平和木质产品表面易受气候环境影响从而截面不平，在实际检测时需要对一个截面进行多次测量得到大量的测绘点才能得到木质产品一个截面上的平均厚度信息，检测精度低，检测时间长，无法实现自动化。

发明内容

为了克服现有技术问题，本发明的目的在于提供一种安全可靠、测量精度高、使用方便的木质产品厚度检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种木质产品厚度的检测装置，其特征在于，包括传送台、激光发射器、支架、面阵工业相机，支架桥式架设在传送台上，沿传送台的传送方向，依次在支架上设置激光发射器和面阵工业相机，且所述的激光发射器发射到传送台上被测木质产品表面的光源经被测木质产品反射后被面阵工业相机接收，而面阵工业相机同时与一计算机连通。

一种木质产品厚度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：激光发射器向传送台上经过的被测木质产品发射激光光源，被测木质产品表面的激光光源经反射后由面阵工业相机接收；

S2：面阵工业相机将得到的被测木质产品的厚度轮廓信息转换为被测木质产品的厚度轮廓图像信息；

S3：计算机中的数据采集卡收集面阵工业相机的被测木质产品的厚度轮廓图像信息，并经过计算机的数据处理软件计算后得到被测木质产品的厚度信息。

进一步，在S1步骤中，激光发射器向被测木质产品发射的激光光源为扇形激光光源，且被测木质产品表面形成的光条为一字形光条。

而在S3步骤中，所述的计算机的数据处理软件的计算公式为：x＝k·y(I)

公式(I)中，x为被测木质产品的检测厚度值；y为面阵工业相机中被测木质产品表面与基准底面的偏移，y在厚度轮廓图像中表现为木质产品的厚度；k为空间分辨率，且所述的k为厚度轮廓图像中木质产品的厚度y与木质产品检测厚度值x的线性关系系数。

更进一步，所述的k的数值公式为：k＝1/(β·sinθ)，在k的数值公式中，β为面阵工业相机中物镜的光学元件及成像***的横向放大倍率，β表示了物镜光学***所成的像在垂轴方向的放大程度及取向；θ为激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角。β和θ均可测量，且当成像***固定，面阵工业相机的镜头位置固定且倾角确定，激光发射器距传送台高度确定，激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角θ为固定，面阵工业相机中物镜的光学元件及成像***的横向放大倍率β固定，则k也为固定值。

此外，在S2步骤中，被测木质产品的厚度轮廓信息转换为被测木质产品的厚度轮廓图像信息的方法为扇形光源由激光发射器发射到被测木质产品表面并反射，光信号被面阵工业相机接收并转化成电荷信号，再经过外部采样放大及模数转化电路转化成数字图像信号。

本发明的有益效果为：本发明所述装置和方法与现有的激光检测方法相比，由于天然木材表面粗糙不平和木质产品表面易受气候环境影响从而截面不平，本发明克服了现有的激光测量法仅能实现单点扫描但不能同时对木质产品表面的一个截面上的所有点进行测量从而导致测量精度不高的缺点，通过激光发射器发射扇形激光光源照射到木质产品表面形成一个一字型光条，可同时检测一个截面上的多个点，每一点进行测量则代表一次测量，通过同时多次测量厚度的功能从而得出该截面的平均厚度，反应灵敏，检测时间短，检测速度快，检测精度高，可以实现自动化检测，容易实现批量化检测与控制。且本发明对木质产品厚度进行在线检测，可以连续地检测木质产品的任一截面的厚度从而也可以快速地检测出木质产品的整体平均厚度及整体厚度方差，可以获得木质产品整体截面不平的信息，实现了自动检测和连续检测，木质产品静止状态下的厚度检测和移动过程中厚度的动态检测。

附图说明

图1为本发明所述的木质产品厚度检测装置的结构示意图；

图2为木质产品厚度检测基本原理示意图；

图3为木质产品厚度检测方法的标定工作曲线图；

图4-图5为木质产品厚度检测方法的激光检测图。

图中主要附图标记含义为：

1、传送台2、激光发射器3、支架4、被测木质产品5、面阵工业相机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例详细说明本发明。

实施例1：

图1为本发明所述的木质产品厚度检测装置的结构示意图。

如图1所示：木质产品厚度的检测装置，包括传送台1、激光发射器2、支架3、面阵工业相机5，支架3桥式架设在传送台1上，沿传送台1的传送方向，依次在支架3上设置激光发射器2和面阵工业相机5，且所述的激光发射器2发射到传送台1上被测木质产品4表面的光源经被测木质产品4反射后被面阵工业相机5接收，而面阵工业相机5同时与一计算机连通。

图2为木质产品厚度检测基本原理示意图。

如图2所示：被测木质产品4在传送台1上由传送带传送至检测位置，被测木质产品4上方的激光发射器2作为检测的指示光源，向传送台1上经过的被测木质产品4发射激光光源，所述的激光光源为扇形激光光源，且被测木质产品4表面形成的光条为一字形光条，可同时测量被测木质产品4一个截面上的多个点，被测木质产品4表面的激光光源经反射后由面阵工业相机5接收，面阵工业相,5将得到的被测木质产品4的厚度轮廓信息转换为被测木质产品4的厚度轮廓图像信息，通过同时测量多个点的功能，每一点进行测量则代表一次测量，每一次测量会在图像中形成一个像素点，每一次测量可获得一个像素点所在位置的厚度值，图像中构成木质产品被测截面轮廓线的像素点总数即木质产品厚度测量次数代表了图像中木质产品的宽度值。计算机中的数据采集卡收集面阵工业相机5的被测木质产品4的厚度轮廓图像信息，并经过计算机的数据处理软件计算后得到被测木质产品4的厚度信息。

上述的计算机的数据处理软件的计算公式为：x＝k·y(I)

公式(I)中，x为被测木质产品4的检测厚度值；y为面阵工业相机5中被测木质产品4表面与基准底面的偏移，y在厚度轮廓图像中表现为木质产品的厚度；k为空间分辨率，且所述的k为厚度轮廓图像中木质产品的厚度y与木质产品检测厚度值x的线性关系系数。

图3为木质产品厚度检测方法的标定工作曲线图。

如图3所示：所述的k的数值公式为：k＝1/(β·sinθ)，在k的数值公式中，β为面阵工业相机中物镜的光学元件及成像***的横向放大倍率，β表示了物镜光学***所成的像在垂轴方向的放大程度及取向；θ为激光发射器2的轴线与面阵工业相机5中物镜光轴的夹角。β和θ均可测量，且当成像***固定，面阵工业相机5的镜头位置固定且倾角确定，激光发射器2距传送台高度确定，激光发射器2的轴线与面阵工业相机5中物镜光轴的夹角θ为固定，面阵工业相机中物镜的光学元件及成像***的横向放大倍率β固定，则k也为固定值，k被标定，对计算所获得的木质产品厚度值进行实时显示，并将厚度信号值输入到生产线上加工装置中便可实现木质产品厚度的自动化检测与控制。

在本实施例中，被测木质产品4的厚度轮廓信息转换为被测木质产品4的厚度轮廓图像信息的方法为扇形光源由激光发射器发射到被测木质产品表面并反射，光信号被面阵工业相机接收并转化成电荷信号，再经过外部采样放大及模数转化电路转化成数字图像信号。

图4-图5为木质产品厚度检测方法的激光检测图。

如图4和图5所示：本发明所述的木质产品厚度检测装置在第一次使用时需要利用0级标准量块进行标定，0级标准量块的误差在1μm以内。将一系列标准量块依次放置于传送带上运送至检测工位进行检测，得出一系列图像中的高度如表1所示，将图像中的高度与标准量块已知厚度值进行统计回归分析得出线性拟合曲线，如图3所示，标定工作曲线中线性拟合曲线的相关系数为0.99，标定工作曲线高度线性相关，线性拟合曲线的斜率即为高度方向的空间分辨率。经过标准量块标定高度方向的空间分辨率后得出高度方向空间分辩率为0.2366mm/像素，经过标准量块标定宽度方向的空间分辨率后得出宽度方向空间分辩率为0.1174mm/像素，至此完成木质产品厚度检测标定的环节，在使用中如果不改变装置参数就无需再次标定，标定完成后即可进行检测。

表1

七个不同木质产品依次放在水平移动速度为500mm/s传送台上，用扇形光源的激光对其扫描，发射光波长为660nm，出光扇角为90°；被测板材表面的反射光由面阵工业相机接收，面阵工业相机的像元尺寸为1920×1200，面阵工业相机每秒钟拍摄100张图像，镜头焦距为50mm。

如图4所示，图4为未放置木质产品时的激光检测图，图5为被测木质产品经过图像采集后的激光检测图。通过图像中木质产品的厚度y，结合高度方向空间分辨率从而得出木质产品检测厚度值x。七个木质产品的检测厚度和宽度信息如表2所示。

表2

表2中厚度差值为检测厚度值与卡尺测量厚度值的差值。通过七个木质产品的检测厚度值与卡尺测量厚度值的对比可以发现，检测厚度值与卡尺测量厚度值存在差值，但差值很小，说明本发明所提出的木质产品厚度检测方法和人工卡尺测量厚度方法所测量的结果偏差不大，但本发明所提出的木质产品厚度检测方法不仅可以同时检测木质产品一个截面上的若干个点从而快速得出该截面的平均厚度，也可以检测木质产品厚度方差，木质产品厚度方差可以反映出木质产品一个截面上多个点的厚度的变异，因此本发明所提出的木质产品厚度检测方法更能反映出木质产品表面粗糙不平的真实情况，而这是一次只能测量一个点的卡尺所无法实现的；本发明所提出的木质产品厚度检测方法可以同时测量木质产品一个截面上的若干个点，通过同时多次测量厚度的功能，每一次测量可获得一个测量点所在位置的厚度，每一点进行测量会在图像中的宽度上形成一个像素点，图像中的宽度值代表了测量次数。

与现有的激光检测方法相比，由于天然木材表面粗糙不平和木质产品表面易受气候环境影响从而截面不平，本发明克服了现有的激光测量法仅能实现单点扫描但不能同时对木质产品表面的一个截面上的所有点进行测量从而导致测量精度不高的缺点，通过激光发射器发射扇形激光光源照射到木质产品表面形成一个一字型光条，可同时检测一个截面上的多个点，每一点进行测量则代表一次测量，通过同时多次测量厚度的功能从而得出该截面的平均厚度，反应灵敏，检测时间短，检测速度快，检测精度高，可以实现自动化检测，容易实现批量化检测与控制。本发明对木质产品厚度进行在线检测，可以连续地检测木质产品的任一截面的厚度从而也可以快速地检测出木质产品的整体平均厚度及整体厚度方差，可以获得木质产品整体截面不平的信息，实现了自动检测和连续检测，木质产品静止状态下的厚度检测和移动过程中厚度的动态检测。

本发明按照上述实施例进行了说明应当理解，上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种木质产品厚度的检测装置，其特征在于，包括传送台、激光发射器、支架、面阵工业相机，支架桥式架设在传送台上，沿传送台的传送方向，依次在支架上设置激光发射器和面阵工业相机，且所述的激光发射器发射到传送台上被测木质产品表面的光源经被测木质产品反射后被面阵工业相机接收，而面阵工业相机同时与一计算机连通。

2.一种木质产品厚度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：激光发射器向传送台上经过的被测木质产品发射激光光源，被测木质产品表面的激光光源经反射后由面阵工业相机接收；

S2：面阵工业相机将得到的被测木质产品的厚度轮廓信息转换为被测木质产品的厚度轮廓图像信息；

S3：计算机中的数据采集卡收集面阵工业相机的被测木质产品的厚度轮廓图像信息，并经过计算机的数据处理软件计算后得到被测木质产品的厚度信息。

3.根据权利要求2所述的一种木质产品厚度的检测方法，其特征在于，在S1步骤中，激光发射器向被测木质产品发射的激光光源为扇形激光光源，且被测木质产品表面形成的光条为一字形光条。

4.根据权利要求2所述的一种木质产品厚度的检测方法，其特征在于，在S3步骤中，所述的计算机的数据处理软件的计算公式为：x＝k·y(I)

公式(I)中，x为被测木质产品的检测厚度值；y为面阵工业相机中被测木质产品表面与基准底面的偏移，y在厚度轮廓图像中表现为木质产品的厚度；k为空间分辨率，且所述的k为厚度轮廓图像中木质产品的厚度y与木质产品检测厚度值x的线性关系系数。

5.根据权利要求4所述的一种木质产品厚度的检测方法，其特征在于，所述的k的数值公式为：k＝1/(β·sinθ)，在k的数值公式中，β为面阵工业相机中物镜的光学元件及成像***的横向放大倍率，β表示了物镜光学***所成的像在垂轴方向的放大程度及取向；θ为激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角,β和θ均可测量，且当成像***固定，面阵工业相机的镜头位置固定且倾角确定，激光发射器距传送台高度确定，激光发射器的轴线与面阵工业相机中物镜光轴的夹角θ为固定，面阵工业相机中物镜的光学元件及成像***的横向放大倍率β固定，则k也为固定值。

6.根据权利要求2所述的一种木质产品厚度的检测方法，其特征在于，在S2步骤中，被测木质产品的厚度轮廓信息转换为被测木质产品的厚度轮廓图像信息的方法为扇形光源由激光发射器发射到被测木质产品表面并反射，光信号被面阵工业相机接收并转化成电荷信号，再经过外部采样放大及模数转化电路转化成数字图像信号。