CN1027921C - 用激光法在线测量管线材直径 - Google Patents

Abstract

本发明激光法直线测量管、线材直径属于量测技术，采用普通聚焦透镜利用相对法原理计量被测物直径，即平行光栅同时扫描被测物体和光栅，用光栅计量被测物。本发明可预置标准值、偏差值，由数码管显示测量值，有上、下限报警。本仪器操作简单，直观，具有很好的稳定性和可靠性，适用于电缆，橡胶管，塑料管等在线测量和成品检测。

Description

本发明属于量测技术，尤其涉及用激光束扫描对管线材直径进行在线测量。

目前国内管线材生产行业大都采用人工测量直径的方法，用这种方式监测精度低，信息反馈慢，废品率高，工人劳动强度大。

国外US    4097.158专利提供激光测量直径的技术，是通过用一束平行光束对物体进行扫描，平行光束遇到物体时被挡住，形成与被测物尺寸成比例的挡光暗区，被光电器件接收后转换成电信号，根据扫描的速度和挡光时间相乘可以得到被测物直径。并且半峰检出是靠全峰延时后取一半，与全峰相交处作为半峰检出点。它的优点是，如果扫描速度恒定，扫描过程中全峰高度基本相等，便可以得到准确的直径值。缺点是要采用特殊的fθ扫描镜和精密的恒速装置，以保证扫描线速度均速。同时还要保证没有杂散光的干扰以及激光器具有良好稳定性，以保证峰值稳定。这样提高了总的造价。

本发明的目的在于提供一种用激光束扫描原理对管线材的直径进行在线非接触测量的方法。本发明具有使用方便、操作简单、监测精度高，造价低等优点。

本发明的技术特征是激光器发出光束通过扫描转镜、扫描透镜得到平行扫描光束，该平行光束被半透半反镜分为两束：一束经过被测物体由光电接收器A接收，得到测物信号;另一束经过光栅被光电接收器B接收，得到光栅信号。分别对这两个信号进行整形处理后，得到对应于挡光暗区宽度的选通门信号以及对应于光栅栅距的计数脉冲信号。由选通门检出的计数脉冲个数经过计算后就得到被测物的直径。

所述测物信号的整形处理采用了RC电路对信号的全峰进行保持与平滑处理，然后再进行半峰检出，得到标准的选通门信号。

附图说明：

图1    为光路原理图

图2    具有对信号进行保持与平滑作用的半峰检出电路原理图

图3    为测物信号原理图

图4    为且有保持和平滑作用的半峰检出电路的有关波形图

图5    测物信号和计数脉冲信号波形图

[1]激光电源、[2]激光器、[3]扩束器、[4]全反镜、[5]扫描转镜、[6]扫描透镜、[7]半透半反镜、[8]接收透镜、[9]光电接收器、[10]光栅、[11]接收透镜、[12]光电接收器，[13]放大器、[14]半峰检出器。

结合附图详细描述本发明技术方案：

从激光器[2]射出的光束经过扩束器[3]、全反镜[4]后打在电机带动的扫描转镜[5]上，由于扫描转镜[5]的反射面置于扫描透镜[6]的焦点上，所以其光束经过扫描透镜[6]后形成平行的扫描光束，在这里，扫描透镜为普通的聚焦镜。平行光束经过半透半反镜[7]后被分为两路：一路对被测物进行扫描，造成与被测物直径对应的挡光暗区。接收透镜[8]汇聚后，由光电接收器[9]接收并测物信号，另一路对计量光栅[10]进行扫描，经过接收透镜[11]汇聚后，由光电接收器[12]接收得到光栅信号。

由于扫描光束的光斑都是有几何尺寸的，所以当物体挡光时并不是同时全部挡住，而是有一定的时间，这就造成了测物信号边缘不陡。从几何角度上讲只有当光斑被挡住一半时能真实的反应被测物的直径，所 以要进行半峰检出如图3。为了求出半峰电平，首先要确定全峰，在这里，采用了一种对全峰保持与平滑的办法，而不是取某一点或人为确定等。

光电接收器[9]得到的测物信号首先经过放大器[13]进行放大，再进入全峰保持和平滑电路。全峰进行保持和平滑电路包括RC电路、运算放大器和双相门电路。当光束没有被挡住时由放大器L1输出一定的电压值，电压大小根据光的强度而定，由于光路的边缘效应和杂散光的干扰，电压值并不恒定，波形如图4（a）。这个电压经过运算放大器L1和双相门L2给RC电路充放电，适当选择RC值使运算放器L3的正相端具有一个跟随L1输出的电压值变化又不受小起干扰的电压，其1双相门由运算放大器L1控制，当L1输出高电平时双相向L2门开通，低电平时双相门L2截止，这样能保证所取得的全峰被有效的保存，如图4（b），把保持和平滑后的全峰送入半峰检出器[14]与原始波形图4（a）比较就检出标准的选通门，如附图4。

光电接收器[12]得到的光栅信号经过滤波放大和倍频处理后，便可得到标准的计数脉冲信号。

由选通门信号检出的计数脉冲信号后经过计数器计数，再经过运算后就可以得到被测物的直径。

本发明具有如下优点：

1.本发明由于采用了由一束平行光同时对被测物体和计量光栅进行扫描，因此，可以有效地消除由于电机转速不稳以及各因素带来的系统误差。

2.用普通的聚焦透镜代替fθ透镜作为扫描透镜，使成本大大降低。

3.采用平滑后半峰检出的方法消除了杂散光以及激光器功率不稳而造成的对测量的影响，提高了准确性和稳定性。

4.本发明可对管线材的直径进行非接触在线测量，操作简单，运行可靠。本发明，不但可以提高工作效率、降低废品率，而且还可以节约大量的原材料，具有较大的经济效益。

实施例：

现已研制出的QHJ-50型激光测径仪，测量范围在0.1～50mm。扫描透镜的焦距为400mm，通光口径为60mm，半透半反镜宽为20mm，高为60mm，光栅刻度为5条/mm，接收透镜焦距为30mm，通光口径60mm，扩束器的放大倍数为5倍，全反镜宽20mm，高80mm，扫描转镜为18面体，转速为400转/分，光电接收器为PIN光电管，它的灵敏区在9000A，接收面积为φ4mm，R取值为1K，C取值为1uF等，运算放大器采用LM318，双相门采用4066。

Claims (3)

1、一种用激光在线测量管线材直径的方法，由激光器[2]发出光束经过扫描转镜[5]、扫描透镜[6]得到平行扫描光束，其特征在于：平行光束被半透半反镜[7]分为两束，一束经过被测物体由光电接收器[9]接收，得到测物信号，另一束经过光栅被光电接收器[12]接收，得到光栅信号，分别将两个信号经过整形处理得到与被测物直径对应的选通门信号以及与光栅栅距对应的计数脉冲，由选通门信号检出计数脉冲的个数，便得到被测物的直径值。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的选通门信号的整形处理采用了RC电路，对测物信号的全峰保持和平滑处理，再进行半峰检出，得到标准的选通门信号。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所说的扫描透镜[6]可采用普通的聚焦透镜。

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