專利名稱:新型光電絲徑測(cè)量?jī)x的制作方法
本實(shí)用新型屬于金屬絲徑測(cè)量?jī)x器。
《1984年全國(guó)光電技術(shù)及系統(tǒng)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集》中題為“固體攝象器件在精密測(cè)量中的應(yīng)用”一文報(bào)道了一種利用激光衍射原理測(cè)量細(xì)絲直徑的系統(tǒng)，它使用CCD器件作為光電轉(zhuǎn)換元件，由計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，按衍射公式求出直徑，對(duì)直徑在50－500μm范圍的細(xì)絲，測(cè)量精度優(yōu)于10－3。由于該系統(tǒng)采用了探測(cè)單元數(shù)較多的高分辨率的CCD器件，且電路比較復(fù)雜，因而造價(jià)較昂貴。另外國(guó)內(nèi)外雖有可對(duì)紡織纖維直徑進(jìn)行連續(xù)無(wú)損測(cè)量的儀器，如瑞士產(chǎn)的烏斯特儀，但因它是電容式測(cè)量，所以不適用于測(cè)量能導(dǎo)電的金屬絲。由于這些原因，在金屬絲生產(chǎn)單位如鎢鉬絲廠，一般仍采用稱重法測(cè)量絲徑。即根據(jù)稱得的重量再按長(zhǎng)度和比重折換成平均直徑的方法。這種方法是一種破壞性測(cè)量，必須將絲段剪下后才能進(jìn)行，因而不能用于生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、控制生產(chǎn)流程。且由于稱重法繁瑣費(fèi)時(shí)，對(duì)一段絲(如上萬(wàn)米)直徑變化的統(tǒng)計(jì)測(cè)量(如測(cè)均值、方差)只能用很少的樣品(如頭、尾、中三個(gè)樣值)來(lái)代表，因而統(tǒng)計(jì)可靠性很差，這就會(huì)影響到細(xì)絲產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)價(jià)。因此，生產(chǎn)和檢驗(yàn)部門都需要一種高精度、無(wú)損、低成本的絲徑測(cè)量?jī)x器。本實(shí)用新型解決了這個(gè)問(wèn)題。
本實(shí)用新型的要點(diǎn)在于有一個(gè)激光衍射系統(tǒng)，在其后面有一個(gè)帶驅(qū)動(dòng)電路的自掃描光電二極管陣列，此陣列對(duì)激光經(jīng)細(xì)絲衍射所形成的光場(chǎng)進(jìn)行采樣，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成模擬電信號(hào)，二極管陣列的輸出連接到一個(gè)峰值保持電路，峰值保持電路的輸出端與一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，由此對(duì)二極管陣列的各個(gè)光電探測(cè)單元的輸出進(jìn)行量化，得到衍射場(chǎng)取樣點(diǎn)的測(cè)量值的數(shù)字信號(hào)Xi，i的取值為1、2、…K，K是二極管陣列光電單元的總數(shù)。將數(shù)字信號(hào)Xi輸入計(jì)算機(jī)，出兩個(gè)相鄰衍射極小之間的間距M，按衍射公式算出細(xì)絲直徑d之值d＝λf／M其中λ是激光波長(zhǎng)，f是衍射系統(tǒng)中透鏡的焦距。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可容納測(cè)量?jī)x器的空間狹窄并且灰塵較多，為了適應(yīng)在線檢測(cè)，激光衍射系統(tǒng)采用反折光路，使儀器更加緊湊，并將激光衍射系統(tǒng)、二極管陣列、峰值保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路都安裝在封閉的機(jī)殼內(nèi)。機(jī)殼的前部為細(xì)長(zhǎng)柱形，在其前上方開(kāi)有一個(gè)方槽，測(cè)量時(shí)，被測(cè)細(xì)絲從槽內(nèi)通過(guò)，槽的兩側(cè)用玻璃窗密封，以免灰塵污染光學(xué)元件。
附圖1是一種新型光電絲徑測(cè)量?jī)x示意圖。
附圖1所示測(cè)量?jī)x的激光衍射系統(tǒng)由激光器1、兩個(gè)全反射鏡2和3、直角棱鏡4、裝在可換支架7上的透鏡6和光欄8組成。激光器1和兩個(gè)反射鏡2、3形成棱鏡4的入射光路，透鏡6在棱鏡4的出射光路上，帶驅(qū)動(dòng)電路10的二極管陣列9置于透鏡6的焦平面上，且垂直于機(jī)殼的開(kāi)槽方向。光欄8在透鏡6與陣列9之間，激光器1可采用2mW氦氖激光器、其光束透過(guò)機(jī)殼14的方槽側(cè)面的玻璃窗5照射細(xì)絲15產(chǎn)生衍射，在透鏡6的后焦面得到衍射圖樣，二極管陣列9如CL－32(探測(cè)單元數(shù)為32，單元間距為90μm)測(cè)得衍射光場(chǎng)。為了提高測(cè)量精度，二極管陣列位于衍射圖樣的高衍射級(jí)次區(qū)域。峰值保持電路11對(duì)陣列9輸出的脈沖型光電信號(hào)的脈沖峰值強(qiáng)度作保持展寬，供給模數(shù)轉(zhuǎn)換電路12進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路可采用ADC0804。由計(jì)算機(jī)13先測(cè)定接近二極管陣列中心的衍射極大值，找出該極大值兩側(cè)的兩個(gè)極小值所對(duì)應(yīng)的光電單元序號(hào)M1和M2，由(M2－M1)?！髑蟮眠@兩個(gè)極小的間距，其中△是二極管陣列的兩個(gè)相鄰單元的間距，并由(M2.△＋S0)／(M2－M1).△定出M2所對(duì)應(yīng)衍射極小的級(jí)次K(S0是陣列的第一個(gè)單元到衍射圖樣中心的距離)，對(duì)M2及相鄰單元的測(cè)值再用樣條函數(shù)插值法計(jì)算第K級(jí)極小到陣列第一單元的準(zhǔn)確距離MK.△和兩極小的準(zhǔn)確間距M＝(S0＋MK.△)／K。其中MK是由插值法求出的第K級(jí)極小精確對(duì)應(yīng)的光電單元序號(hào)數(shù)，由衍射公式d＝λf／M求得直徑，然后將一段絲上各點(diǎn)測(cè)得的絲徑結(jié)果存放于計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，計(jì)算出該段絲徑的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)(如均值、方差)。若加上適當(dāng)?shù)目刂齐娐?，則可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)控制。
本實(shí)用新型利用低分辨光電器件。實(shí)現(xiàn)了絲徑高精度測(cè)量，連續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量精度優(yōu)于10－3，用作靜態(tài)測(cè)量時(shí)，精度可優(yōu)于10－4，且儀器結(jié)構(gòu)合理、操作簡(jiǎn)單、制作成本低廉，特別適用于10μm至數(shù)百μm的金屬絲生產(chǎn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和檢驗(yàn)部門用作靜態(tài)檢測(cè)，也適用于其它類型的細(xì)絲檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.細(xì)絲直徑測(cè)量?jī)x，包括激光衍射系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)(13)、峰值保持電路(11)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(12)，峰值保持電路(11)的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(12)相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(12)的輸出接入計(jì)算機(jī)(13)，其特征在于激光衍射系統(tǒng)采用反折光路，在它的后面有一個(gè)帶驅(qū)動(dòng)電路(10)的自掃描光電二極管陣列(9)，二極管陣列(9)的輸出連接到峰值保持電路(11)，激光衍射系統(tǒng)、二極管陣列(9)、峰值保持電路(11)和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(12)都安裝在機(jī)殼(14)內(nèi)，機(jī)殼(14)的前部為細(xì)長(zhǎng)柱形，在其前上方開(kāi)有一個(gè)方槽，槽的兩側(cè)是玻璃窗(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的測(cè)量?jī)x，其特征在于激光衍射系統(tǒng)由激光器(1)、兩個(gè)全反射鏡(2、3)、直角棱鏡(4)、裝在可換支架(7)上的透鏡(6)和光欄(8)組成，激光器(1)和兩個(gè)反射鏡(2、3)形成棱鏡(4)的入射光路，透鏡(6)在棱鏡(4)的出射光路上，二極管陣列(9)置于透鏡(6)的焦平面上，且垂直于機(jī)殼(14)的開(kāi)槽方向，光欄(8)在透鏡(6)和陣列(9)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2的測(cè)量?jī)x，其特征在于二極管陣列(9)位于衍射圖樣的高衍射級(jí)次區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的測(cè)量?jī)x，其特征在于計(jì)算直徑的方法是測(cè)定接近二極管陣列(9)中心的衍射極大值，求得該極大值兩側(cè)的兩個(gè)極小的間距，定出其中一個(gè)極小的衍射級(jí)次，再用樣條函數(shù)插值法計(jì)算該極小到陣列(9)第一單元的距離以及兩極小的準(zhǔn)確間距，然后由衍射公式求出直徑。
專利摘要
光電絲徑測(cè)量?jī)x包括激光衍射系統(tǒng)、自掃描光 電二極管陣列、計(jì)算機(jī)、峰值保持電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電 路等部件。激光衍射系統(tǒng)采用反折光路，主要部件都 安裝在封閉的機(jī)殼內(nèi)，使儀器結(jié)構(gòu)適應(yīng)在線檢測(cè)。本 實(shí)用新型用低分辨率光電器件實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，連 續(xù)動(dòng)態(tài)測(cè)量精度優(yōu)于10-3，靜態(tài)測(cè)量?jī)?yōu)于10-4。儀 器成本低廉，特別適用于10μm至數(shù)百微米的金屬絲 直徑檢測(cè)，也適用于其它類型的細(xì)絲測(cè)量。
文檔編號(hào)G01B21/10GK86204917SQ86204917
公開(kāi)日1987年9月30日 申請(qǐng)日期1986年6月28日
發(fā)明者張冠申, 郭履容, 蘇顯渝, 陳澤先 申請(qǐng)人:四川大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan