CN104655399B - 一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统及方法，属于高性能、智能化仪器仪表技术领域。本发明系统包括测量光源(1)和恒温箱(7)；在所述恒温箱(7)内设置有扩束镜(2)、触发光源(3)、样品台(5)和光电传感器(6)；样品(4)安装在恒温箱(7)内的样品台(5)上；所述测量光源(1)固定在恒温箱(7)的侧壁外侧上，所述扩束镜(2)固定在恒温箱(7)的侧壁内侧，在所述恒温箱(7)的侧壁上开有通孔，该通孔与测量光源(1)同轴；所述测量光源(1)、扩束镜(2)、样品(4)和光电传感器(6)同轴；所述触发光源(3)压在样品(4)上的探测器上。

Description

一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统及方法

技术领域

本发明属于高性能、智能化仪器仪表技术领域，具体涉及一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统及方法。

背景技术

在焊接作业时，会产生大量紫外线、红外线、强光伤害眼睛。因此人们研制出自动变光焊接滤光镜来保护焊工。自动变光焊接滤光镜由光检测器、光阀、控制电路、电源、框架、内外保护片等组成，通过弧光的引发和熄灭来自动控制滤光镜的遮光号转换，实现明暗态转换，从而有效地提高对劳动者的保护以及工作效率。

根据国标GB／T3609.2—2009，对自动变光焊接滤光镜的各种性能有详细的技术要求，其中就有透射比、透射比均匀性及透射比角度依赖性三项检测指标。按照国标要求，测试设备要能在较大温度范围的多温度点测量及多点测量自动变光焊接滤光镜的透射比，这样才能测量自动变光焊接滤光镜的透射比均匀性及透射比角度依赖性。

目前，国内针对自动变光焊接滤光镜透射比性能测试设备大多使用分光光度计测量。然而，这种方法具有测试设备昂贵、测量速度慢、不能适应在较大温度范围内对自动变光焊接滤光镜的透射比的多温度点及多点测量等缺点，实际上并不能够判断出自动变光焊接滤光镜透射比性能是否符合国标。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统及方法，能同时检测自动焊接滤光镜的透射比、透射比均匀性及透射比角度依赖性三项检测指标。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统，包括测量光源1和恒温箱7；

在所述恒温箱7内设置有扩束镜2、触发光源3、样品台5和光电传感器6；样品4安装在恒温箱7内的样品台5上；

所述测量光源1固定在恒温箱7的侧壁外侧上，所述扩束镜2固定在恒温箱7的侧壁内侧，在所述恒温箱7的侧壁上开有通孔，该通孔与测量光源1同轴；

所述测量光源1、扩束镜2、样品4和光电传感器6同轴；

所述触发光源3压在样品4上的探测器上。

所述系统进一步包括数据采集电路8、触发光源控制电路9、单片机10、电机控制电路11及计算机13；

所述计算机13与单片机10通过RS232线12进行通讯；计算机13向单片机10发出命令并对单片机10发送的数据进行处理和显示，同时通过电机控制电路11控制样品台5的运动。

所述单片机10通过触发光源控制电路9控制触发光源3的亮灭，同时单片机10通过数据采集电路8采集光电传感器6接收到的光信号。

所述测量光源1包括箱体1-1以及设置在箱体1-1内的标准A灯1-2和平凹球面镜1-3，在所述箱体1-1上开有出光孔1-4；标准A灯1-2发出的光经平凹球面镜1-3变为平行光，经过出光孔1-4进入扩束镜2；所述恒温箱7的侧壁上的通孔的直径大于所述出光孔1-4的直径；

所述标准A灯1-2放在平凹球面镜1-3的焦点处；出光孔1-4直径为2.5mm；经扩束镜后的光束直径为5mm(测量角度均匀性要求光束直径为5mm)；

所述标准A灯1-2是色温为2856K的标准A灯；

所述样品台5包括弹性夹持器5—1、一维摆动台5—2、旋转台5—3和二维平移台5—4；

一维摆动台5—2能够进行一维摆动；旋转台5—3能够进行旋转；二维平移台5—4能够进行二维平移；

所述弹性夹持器5—1固定在一维摆动台5—2上，一维摆动台5—2固定在旋转台5—3上，旋转台5—3固定在二维平移台5—4上，二维平移台5—4固定在恒温箱7的底板上；

所述弹性夹持器5—1包括立柱5-1-1、簧片5-1-2和基座5-1-3；所述立柱5-1-1和簧片5-1-2的下端分别固定在所述基座5-1-3上；

所述簧片5-1-2的上部能够将不同厚度的样品4压在立柱5-1-1上；所述基座5-1-3通过螺钉固定在一维摆动台5—2上。

所述触发光源3包括螺杆3—1、滑块3—2、滑杆3—3和红外LED灯3—4；

所述滑杆3—3通过螺栓固定在弹性夹持器5—1的立柱5-1-1上；所述滑块3—2设置在滑杆3—3上，通过滑动摩擦在滑杆3—3上滑动，确定位置后再通过螺钉固定在滑杆3—3上；

所述螺杆3—1和滑块3—2通过螺纹配合连接在一起；所述螺杆3—1的轴线与滑杆3—3的轴线垂直；

所述红外LED灯3—4安装在螺杆3—1的顶端；

滑动滑块3—2能够调整红外LED灯3—4的位置，旋转螺杆3—1能够使红外LED灯3—4压紧在样品4上的探测器上；

所述恒温箱7的温度控制在-10℃～80℃之间，精度为1℃。

一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测方法，包括：

测量样品遮光号为明态时的透射比特性；

测量样品遮光号为暗态时的透射比特性；

测量透射比的角度依赖性；

测量样品透射比均匀性。

所述测量样品遮光号为明态时的透射比特性的步骤如下：

(A1).设定样品的明态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U1并传送到计算机；

(A2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据U0并传送到计算机；

(A3)计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为明态时的透射比为T1=U1／U0。

所述测量样品遮光号为暗态时的透射比特性的步骤如下：

(B1).设定样品的暗态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；单片机通过触发光源控制电路9控制触发光源发出触发光使样品处于暗态；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U3并传送到计算机；

(B2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据U2并传送到计算机；

(B3).计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为暗态时的透射比为T2=U3／U2。

改变恒温箱的温度，在每一种温度下测量样品遮光号为明态时的透射比特性和测量样品遮光号为暗态时的透射比特性，得到不同温度下的样品透射比特性。

所述测量透射比的角度依赖性的具体步骤如下：

(C1).设定样品标注的一个遮光号；

(C2).如果遮光号为明态，则进行步骤(A1)到步骤(A3)的处理；如果遮光号为暗态，则进行步骤(B1)到步骤(B3)的处理，测量得到的透射比的数值即正入射时样品的透射比；

(C3).计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度向左侧摆动，每摆动一次就测量一次样品的透射比，摆动到15°后，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品重新摆回到垂直于光轴的位置；

(C4).计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度向右侧摆动，每摆动一次就测量一次样品的透射比，摆动到15°后，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品重新摆回到垂直于光轴的位置；

(C5).计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度旋转，每旋转一次重复步骤(C3)和(C4)，旋转360°，从而得到在样品镜面法线与入射光成15°立体角范围内的角入射光时样品的透射比的最小值和最大值；

将步骤(C1)得到的正入射时样品的透射比分别与步骤(C5)得到的角入射时样品的透射比的最大值、最小值相除，再对相除的结果进行处理后，再取两者中的最大值，即为该遮光号下的透射比的角度依赖性系数；所述对相除的结果进行处理是这样实现的：对于相除的结果小于1的，则取其倒数；对于相除的结果大于1的，保持原数；

(C6).改变遮光号，对每个遮光号重复步骤(C2)至(C5)，直至测量出所有遮光号下透射比的角度依赖性系数，判断其最大值是否大于3.0，如果大于3.0，则计算机判断该样品为不合格；如果不大于3.0，则计算机判断该样品为合格。

所述测量样品透射比均匀性的具体步骤如下：

(D1).确定样品的左右参考点，即自动变光滤光镜上水平中心线和对应左、右瞳孔的垂直中心线的交叉点；

(D2).确定定位样品的测量范围：分别以左、右参考点为圆心确定圆形区域，分别为左边测量区域和右边测量区域，计算区域直径d，样品的垂直距离大于50mm时，d=(40.0±0.5)mm；小于50mm时，d=(垂直方向距离-10)mm；

(D3).由恒温箱配合控制样品的环境温度为23±5℃，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品在垂直于光轴的平面内做平移运动；.如果遮光号为明态，则进行步骤(A1)到步骤(A3)的处理；如果遮光号为暗态，则进行步骤(B1)到步骤(B3)的处理，测量样品的左边测量区域的透射比，记录透射比的最大值TLMAX，最小值TLMIN，圆心处的透射比TLC，分别计算ΔL1=[(TLMAX—TLC)／TLC]*100，ΔL2=[(TLC—TLMIN)／TLC]*100，ΔL1、ΔL2中的最大值记录为P1；

(D4).用与步骤(D3)同样的方法测量右边测量区域的透射比的最大值TRMAX，最小值TRMIN，圆心处的透射比TRC，计算ΔR1=[(TRMAX—TRC)／TRC]*100、ΔR2=[(TRC—TRMIN)／TRC]*100，ΔR1、ΔR2中的最大值记录为P2；

(D5).用TLC、TRC的差值除以两者中的较大值，用百分比表示，记录为P3：

(D6).改变遮光号，对每个遮光号重复步骤(D1)至步骤(D5)，得到每个遮光号对应的P1、P2、P3值，根据P1、P2、P3的最大值是否超过国标所要求的值，从而判断透射比均匀性是否符合国标要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明使用了恒温箱，可实现不同温度下对自动变光焊接滤光镜的透射比的测量；样品台使用了弹性夹持器，适用于对市面上不同尺寸和外形的自动变光焊接滤光镜的透射比的测量；样品台使用了一维摆动台、旋转台，可实现自动变光焊接滤光镜角度依赖性的测量；样品台使用了二维平移台，可实现自动变光焊接滤光镜视窗范围内的任一点的透射比的测量，从而可对自动变光焊接滤光镜的透射比均匀性进行测量；能同时检测自动焊接滤光镜的透射比、透射比均匀性及透射比角度依赖性三项检测指标，实现了多功能测量；

2.本发明具有适用范围广，准确度高，操作简单等特点。

附图说明

图1是自动变光焊接滤光镜透射比特性检测装置的结构示意图；

图2是本发明的测量光源的结构示意图；

图3是本发明的样品台的结构示意图；

图4是本发明的弹性夹持架的结构示意图；

图5是本发明的触发光源的结构示意图；

图6是本发明的数据采集电路8的示意图；

图7是本发明的触发光源控制电路9的示意图；

图8是本发明的电机控制电路11的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统及方法，本发明能按照国标要求准确测量自动焊接滤光镜的透射比、透射比均匀性及透射比角度依赖性三项检测指标并判断指标是否合格。

如图1所示，本发明的系统包括测量光源1、扩束镜2、触发光源3、样品4、样品台5、光电传感器6、恒温箱7、数据采集电路8(如图6所示)、触发光源控制电路9(如图7所示)、单片机10、电机控制电路11(如图8所示)、RS232线12及计算机13；其中，扩束镜2(扩束镜2与测量光源1连接在一起)、触发光源3、样品4、样品台5、光电传感器6放在恒温箱7内，所述恒温箱温度控制在-10℃～80℃之间，精度为1℃；触发光源3压在样品4上的探测器上样品4置于样品台5上；单片机10通过触发光源控制电路9控制触发光源3的亮灭，同时通过数据采集电路8采集光信号；单片机10通过RS232线12与计算机13通讯；计算机13向单片机10发出命令并对单片机10发送的数据进行处理和显示，同时通过电机控制电路11控制样品台5的运动。

如图2所示，所述测量光源1由箱体1-1、色温为2856K的标准A灯1-2、平凹球面镜1-3、出光孔1-4组成；其中，色温为2856K的标准A灯1-2发出的光经平凹球面镜1-3变为平行光，经过出光孔1-4进入扩束镜2，标准A灯1-2放在平凹球面镜1-3的焦点处，其余距离无特定要求；光孔1-4直径为2.5mm；经扩束镜后的光束直径为5mm。

如图3所示，样品台5由弹性夹持器5—1(如图4所示)、一维摆动台5—2、旋转台5—3、二维平移台5—4组成(例如可采用武汉华天科远光电有限公司的一维摆动台：MTSE50旋转台：MGCA15A二维平移台：MTSB150)；其中，弹性夹持器5—1固定在一维摆动台5—2上，一维摆动台5—2固定在旋转台5—3上，旋转台5—3固定在二维平移台5—4上，二维平移台5—4固定在恒温箱7底板上，弹性夹持器5—1用来固定样品4。

如图4所示，弹性夹持器5—1由立柱5-1-1、簧片5-1-2、基座5-1-3组成；其中，样品4放入立柱5-1-1和簧片5-1-2之间，簧片5-1-2可将不同厚度的样品4压在立柱5-1-1上，基座5-1-3通过螺钉固定在一维摆动台5—2上。

如图5所示，所述触发光源3由螺杆3—1、滑块3—2、滑杆3—3、红外LED灯3—4组成；红外LED灯3—4通过机械配合(在螺杆3—1上开有有阶梯孔，直接将红外LED灯3—4放进去即可)安装在螺杆3—1的顶端，螺杆3—1和滑块3—2通过螺纹配合连接在一起，滑块3—2通过滑动摩擦在滑杆上移动，确定位置后再通过螺钉固定在滑杆3—3上，滑杆3—3通过螺栓固定在弹性夹持器5—1上(固定在夹持器的立柱5-1-1，也通过螺钉连接)，滑动滑块3—2可调整红外LED灯3—4的位置，旋转螺杆3—1可以使触发光源3(即红外LED灯3—4)压紧在样品4上的探测器上。

本发明的样品台使用了弹性夹持器，适用于对市面上不同尺寸和外形的自动变光焊接滤光镜的透射比的测量；样品台使用了一维摆台和一维旋转台，可实现自动变光焊接滤光镜角度依赖性的测量；样品台使用了二维平移台，可实现自动变光焊接滤光镜视窗范围内的任一点的透射比的测量，从而可对自动变光焊接滤光镜的透射比均匀性进行测量。配合恒温箱控制样品的环境温度，本发明完全能够按照国标要求完成对自动变光焊接滤光镜的透射比特性的检测。

如图6所示，所述数据采集电路8包括I／V变换电路8—1、增益控制电路8—2、低通滤波电路8—3、高精度16位A／D转换器8—4(市面上有的)。增益控制电路8—2包括4路增益控制，由4个继电器及其驱动三极管实现。继电器线圈端接入三极管集电极；三极管基级通过限流电阻连接单片机10的I0口；不同继电器的触点端连接不同阻值的电阻以使I／V变换器具有不同放大倍数。单片机10通过设置4个I／0口的输出电平高低，选择相应的继电器开闭，从而实现不同增益选择。开始测量时，单片机10通过增益控制电路8—2选择最低增益，光电传感器6将接收到的光强信号转换为电流信号，再通过I／V变换电路8—1转变成电压信号，经过低通滤波电路8—3后送入高精度16位A／D转换器8—4进行A／D转换，转换结果送入单片机10中，单片机10根据所测电压值选择合适的增益，再重新测量，得到准确的电压结果送入计算机13进行数据处理及显示；

如图7所示，所述触发光源控制电路9为限流电组。单片机10自带的PWM输出口可以通过软件编程实现输出PWM波，本发明使用单片机10自带的PWM输出口连接限流电阻9—2控制红外LED灯3—4。当需要设置样品的暗态遮光号时，单片机10可以输出PWM波控制红外LED灯3—4发出脉冲光，触发转为暗态。

如图8所示，所述电机控制电路11包括运动控制卡11—1和4路电机驱动器11—2、11—3、11—4、11—5。运动控制卡11—1安装在计算机13上。计算机13通过运动控制卡11—1向4路电机驱动器发出控制信号，从而控制一维摆动台5—2、旋转台5—3上及二维平移台5—4的运动。

本发明的基本原理是：设置恒温箱温度使样品处于国标规定的环境温度下，并保持测量过程中样品的温度不变；标准A灯所发光线经平凹球面镜-光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；测量遮光号为暗态时的透射比特性时，单片机通过触发光源控制电路9控制触发光源发出触发光使样品处于暗态；计算机通过电机控制电路控制样品台根据需要运动；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据并传送到计算机；计算机对数据进行处理并显示结果。

本发明的方法具体如下：

测量样品遮光号为明态时的透射比特性时，步骤如下：

1.设定样品的明态遮光号，设置恒温箱温度使样品处于国标规定的环境温度下，并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U1并传送到计算机；

2.计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U0并传送到计算机；计算机对数据进行处理并显示结果。

3.样品的透射比计算公式是：T=Φ1／Φ0，T为样品的透射率，Φ1为样品的出射光通量，Φ0为样品的入射光通量；本发明中，用所测电压表示光通量；因此，样品遮光号为暗态时的透射比为T1=U1／U0。

测量样品遮光号为暗态时的透射比特性时，步骤如下：

1.设定样品的暗态遮光号，由恒温箱配合控制样品的环境温度，并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；单片机通过触发光源控制电路9控制触发光源发出触发光使样品处于暗态计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U3并传送到计算机；

2.计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U2并传送到计算机；计算机对数据进行处理并显示结果。

3.样品的透射比计算公式是：T=Φ1／Φ0，T为样品的透射率，Φ1为样品的出射光通量，Φ0为样品的入射光通量；本发明中，用所测电压对应光通量；因此，样品遮光号为暗态时的透射比为T2=U3／U2。

改变恒温箱的温度，按照前面所述测量样品透射比特性(如果遮光号为明态，就按照前面所述样品遮光号为明态时的透射比特性测量步骤；如果遮光号为暗态，就按照前面所述样品遮光号为暗态时的透射比特性测量步骤)，从而可以得到不同温度下的样品透射比特性。

测量透射比的角度依赖性时，包括以下步骤：

1.设定样品标注的一个遮光号；

2.按照前面所述测量样品透射比特性(如果遮光号为明态，就按照前面所述样品遮光号为明态时的透射比特性测量步骤；如果遮光号为暗态，就按照前面所述样品遮光号为暗态时的透射比特性测量步骤)，测量得到的透射比数值即正入射时样品的透射比；

3.计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度(一般小于1°)向左侧摆动，每摆动一次就测量一次样品的透射比的数据，摆动到15°后，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品重新摆回到垂直于光轴的位置；

4.计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度(一般小于1°)向右侧摆动，每摆动一次就测量一次样品的透射比的数据，摆动到15°后，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品重新摆回到垂直于光轴的位置；

5.计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度(一般小于1°)旋转，每旋转一次重复步骤2、3，旋转360°，从而得到在样品镜面法线与入射光成15°立体角范围内的角入射光的透射比的最小值和最大值；将正入射透射比分别与角入射透射比的最大值、最小值相除，相处的结果进行倒数处理(如果小于1的，则取倒数；大于1的，保持原数)后，再取两者中的最大值，此值即为该遮光号下的透射比的角度依赖性系数；

6.改变遮光号，重复步骤2—5，直至测量出所有遮光号下透射比的角度依赖性系数，判断其最大值是否大于3.0(大于3.0，计算机判断不合格；不大于3.0，计算机判断合格；)。

测量样品透射比均匀性时，包括以下步骤：

1.确定自动变光焊接滤光镜的左右参考点，即自动变光滤光镜上水平中心线和对应左、右瞳孔的垂直中心线的交叉点(一般成年人的瞳孔距离为64mm)；

2.确定定位自动变光焊接滤光镜的测量范围，即分别以左、右参考点为圆心确定圆形区域，计算区域直径d(自动变光焊接滤光镜的垂直距离大于50mm时，d=(40.0±0.5)mm；小于50mm时，d=(垂直方向距离-10)mm)；

3.由恒温箱配合控制样品的环境温度为(23±5)℃，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品在垂直于光轴的平面内做平移运动；参照前面所述测量样品透射比特性(如果遮光号为明态，就按照前面所述样品遮光号为明态时的透射比特性测量步骤；如果遮光号为暗态，就按照前面所述样品遮光号为暗态时的透射比特性测量步骤)，测量样品的左边测量区域的透射比，记录透射比的最大值TLMAX，最小值TLMIN，圆心处的透射比TLC，分别计算ΔL1=[(TLMAX—TLC)／TLC]*100，ΔL2=[(TLC—TLMIN)／TLC]*100，ΔL1、ΔL2中的最大值记录为P1；

4.参照步骤3，用同样方法测量右边测量区域的透射比的最大值TRMAX，最小值TRMIN，圆心处的透射比TRC，用同样方法计算ΔR1、ΔR2，ΔR1、ΔR2中的最大值记录为P2；

5.用TLC、TRC的差值除以两者中的较大值，用百分比表示，记录为P3；

6.按照前述步骤(即重复步骤1到5)，测量不同遮光号下的P1、P2、P3值，根据P1、P2、P3的最大值是否超过国标所要求的值，从而判断透射比均匀性是否符合国标要求。

本发明公开了一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测方法及测试系统。它是由测量光源、扩束镜、触发光源、样品、样品台、光电传感器、恒温箱、数据采集电路、触发光源控制电路、单片机、电机控制电路、RS232线及计算机构成；其中，扩束镜、触发光源、样品、样品台、光电传感器放在恒温箱内；触发光源压在样品上的探测器上；样品置于样品台上；单片机通过触发光源控制电路控制触发光源的亮灭，同时通过数据采集电路采集光信号；单片机通过RS232线与计算机通讯；计算机向单片机发出命令并对单片机发送的数据进行处理和显示，同时通过电机控制电路控制样品台的运动。样品台使用了弹性夹持器，适用于对市面上不同尺寸和外形的自动变光焊接滤光镜的透射比的测量；样品台使用了一维摆动台、旋转台，可实现自动变光焊接滤光镜角度依赖性的测量；样品台使用了二维平移台，可实现自动变光焊接滤光镜视窗范围内的任一点的透射比的测量，从而可对自动变光焊接滤光镜的透射比均匀性进行测量；本发明能够准确测量自动变光焊接滤光镜的透射比特性并判断是否符合国标要求。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统，其特征在于：所述系统包括测量光源(1)和恒温箱(7)；

在所述恒温箱(7)内设置有扩束镜(2)、触发光源(3)、样品台(5)和光电传感器(6)；样品(4)安装在恒温箱(7)内的样品台(5)上；

所述测量光源(1)固定在恒温箱(7)的侧壁外侧上，所述扩束镜(2)固定在恒温箱(7)的侧壁内侧，在所述恒温箱(7)的侧壁上开有通孔，该通孔与测量光源(1)同轴；

所述测量光源(1)、扩束镜(2)、样品(4)和光电传感器(6)同轴；

所述触发光源(3)压在样品(4)上的探测器上；

所述样品台(5)包括弹性夹持器(5-1)、一维摆动台(5-2)、旋转台(5-3)和二维平移台(5-4)；

一维摆动台(5-2)能够进行一维摆动；旋转台(5-3)能够进行旋转；二维平移台(5-4)能够进行二维平移；

所述弹性夹持器(5-1)固定在一维摆动台(5-2)上，一维摆动台(5-2)固定在旋转台(5-3)上，旋转台(5-3)固定在二维平移台(5-4)上，二维平移台(5-4)固定在恒温箱(7)的底板上；

所述弹性夹持器(5-1)包括立柱(5-1-1)、簧片(5-1-2)和基座(5-1-3)；所述立柱(5-1-1)和簧片(5-1-2)的下端分别固定在所述基座(5-1-3)上；

所述簧片(5-1-2)的上部能够将不同厚度的样品(4)压在立柱(5-1-1)上；所述基座(5-1-3)通过螺钉固定在一维摆动台(5-2)上。

2.根据权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统，其特征在于：所述系统进一步包括数据采集电路(8)、触发光源控制电路(9)、单片机(10)、电机控制电路(11)及计算机(13)；

所述计算机(13)与单片机(10)通过RS232线(12)进行通讯；计算机(13)向单片机(10)发出命令并对单片机(10)发送的数据进行处理和显示，同时通过电机控制电路(11)控制样品台(5)的运动；

所述单片机(10)通过触发光源控制电路(9)控制触发光源(3)的亮灭，同时单片机(10)通过数据采集电路(8)采集光电传感器(6)接收到的光信号。

3.根据权利要求2所述的自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统，其特征在于：所述测量光源(1)包括箱体(1-1)以及设置在箱体(1-1)内的标准A灯(1-2)和平凹球面镜(1-3)，在所述箱体(1-1)上开有出光孔(1-4)；标准A灯(1-2)发出的光经平凹球面镜(1-3)变为平行光，经过出光孔(1-4)进入扩束镜(2)；所述恒温箱(7)的侧壁上的通孔的直径大于所述出光孔(1-4)的直径；

标准A灯(1-2)放在平凹球面镜1-3的焦点处；出光孔(1-4)的直径为2.5mm；经扩束镜(2)后的光束直径为5mm；

所述标准A灯(1-2)采用色温为2856K的标准A灯。

4.根据权利要求1所述的自动变光焊接滤光镜透射比特性检测系统，其特征在于：所述触发光源(3)包括螺杆(3-1)、滑块(3-2)、滑杆(3-3)和红外LED灯(3-4)；

所述滑杆(3-3)通过螺栓固定在弹性夹持器(5-1)的立柱(5-1-1)上；所述滑块(3-2)设置在滑杆(3-3)上，通过滑动摩擦在滑杆(3-3)上滑动，确定位置后再通过螺钉固定在滑杆(3-3)上；

所述螺杆(3-1)和滑块(3-2)通过螺纹配合连接在一起；所述螺杆(3-1)的轴线与滑杆(3-3)的轴线垂直；

所述红外LED灯(3-4)安装在螺杆(3-1)的顶端；

滑动滑块(3-2)能够调整红外LED灯3-4的位置，旋转螺杆(3-1)能够使红外LED灯(3-4)压紧在样品(4)上的探测器上；

所述恒温箱(7)的温度控制在-10℃～80℃之间，精度为1℃。

5.一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测方法，其特征在于：所述方法包括：

测量样品遮光号为明态时的透射比特性；

测量样品遮光号为暗态时的透射比特性；

测量透射比的角度依赖性；

测量样品透射比均匀性；

所述测量样品遮光号为明态时的透射比特性的步骤如下：

(A1).设定样品的明态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U1并传送到计算机；

(A2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据UO并传送到计算机；

(A3)计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为明态时的透射比为T1＝U1/U0。

6.一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测方法，其特征在于：所述方法包括：

测量样品遮光号为明态时的透射比特性；

测量样品遮光号为暗态时的透射比特性；

测量透射比的角度依赖性；

测量样品透射比均匀性；

所述测量样品遮光号为暗态时的透射比特性的步骤如下：

(B1).设定样品的暗态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；单片机通过触发光源控制电路控制触发光源发出触发光使样品处于暗态；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U3并传送到计算机；

(B2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据U2并传送到计算机；

(B3).计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为暗态时的透射比为T2＝U3/U2。

7.一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测方法，其特征在于：所述方法包括：

测量样品遮光号为明态时的透射比特性；

测量样品遮光号为暗态时的透射比特性；

测量透射比的角度依赖性；

测量样品透射比均匀性；

所述测量样品遮光号为明态时的透射比特性的步骤如下：

(A1).设定样品的明态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U1并传送到计算机；

(A2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据UO并传送到计算机；

(A3)计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为明态时的透射比为T1＝U1/U0；

所述测量样品遮光号为暗态时的透射比特性的步骤如下：

(B1).设定样品的暗态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；单片机通过触发光源控制电路控制触发光源发出触发光使样品处于暗态；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U3并传送到计算机；

(B2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据U2并传送到计算机；

(B3).计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为暗态时的透射比为T2＝U3/U2；

所述测量透射比的角度依赖性的具体步骤如下：

(C1).设定样品标注的一个遮光号；

(C2).如果遮光号为明态，则进行步骤(A1)到步骤(A3)的处理；如果遮光号为暗态，则进行步骤(B1)到步骤(B3)的处理，测量得到的透射比的数值即正入射时样品的透射比；

(C3).计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度向左侧摆动，每摆动一次就测量一次样品的透射比，摆动到15°后，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品重新摆回到垂直于光轴的位置；

(C4).计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度向右侧摆动，每摆动一次就测量一次样品的透射比，摆动到15°后，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品重新摆回到垂直于光轴的位置；

(C5).计算机通过电机控制电路控制样品台使样品以固定的任意小角度旋转，每旋转一次重复步骤(C3)和(C4)，旋转360°，从而得到在样品镜面法线与入射光成15°立体角范围内的角入射光时样品的透射比的最小值和最大值；

将步骤(C1)得到的正入射时样品的透射比分别与步骤(C5)得到的角入射时样品的透射比的最大值、最小值相除，再对相除的结果进行处理后，再取两者中的最大值，即为该遮光号下的透射比的角度依赖性系数；所述对相除的结果进行处理是这样实现的：对于相除的结果小于1的，则取其倒数；对于相除的结果大于1的，保持原数；

(C6).改变遮光号，对每个遮光号重复步骤(C2)至(C5)，直至测量出所有遮光号下透射比的角度依赖性系数，判断其最大值是否大于3.0，如果大于3.0，则计算机判断该样品为不合格；如果不大于3.0，则计算机判断该样品为合格。

8.一种自动变光焊接滤光镜透射比特性检测方法，其特征在于：所述方法包括：

测量样品遮光号为明态时的透射比特性；

测量样品遮光号为暗态时的透射比特性；

测量透射比的角度依赖性；

测量样品透射比均匀性；

所述测量样品遮光号为明态时的透射比特性的步骤如下：

(A1).设定样品的明态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U1并传送到计算机；

(A2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据UO并传送到计算机；

(A3)计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为明态时的透射比为T1＝U1/U0；

所述测量样品遮光号为暗态时的透射比特性的步骤如下：

(B1).设定样品的暗态遮光号，设置恒温箱温度并保持测量过程中恒温箱的温度不变，点亮标准A灯，标准A灯所发光线经平凹球面镜以及出光孔后进入恒温箱，再经扩束镜通过被测样品，入射到光电传感器；单片机通过触发光源控制电路控制触发光源发出触发光使样品处于暗态；计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集透过样品后的光强所对应的电压数据U3并传送到计算机；

(B2).计算机发出停止测量命令，将样品拿开；保持其他条件不变，计算机向单片机发出测量指令；单片机通过数据采集电路采集无样品时的光强所对应的电压数据U2并传送到计算机；

(B3).计算机对数据进行处理并显示结果：样品遮光号为暗态时的透射比为T2＝U3/U2；

所述测量样品透射比均匀性的具体步骤如下：

(D1).确定样品的左右参考点，即自动变光滤光镜上水平中心线和对应左、右瞳孔的垂直中心线的交叉点；

(D2).确定定位样品的测量范围：分别以左、右参考点为圆心确定圆形区域，分别为左边测量区域和右边测量区域，计算区域直径d，样品的垂直距离大于50mm时,d＝(40.0±0.5)mm；小于50mm时，d＝(垂直方向距离-10)mm；

(D3).由恒温箱配合控制样品的环境温度为23±5℃，计算机通过电机控制电路控制样品台使样品在垂直于光轴的平面内做平移运动；.如果遮光号为明态，则进行步骤(A1)到步骤(A3)的处理；如果遮光号为暗态，则进行步骤(B1)到步骤(B3)的处理，测量样品的左边测量区域的透射比，记录透射比的最大值TLMAX,最小值TLMIN,圆心处的透射比TLC,分别计算ΔL1＝[(TLMAX-TLC)/TLC]*100，ΔL2＝[(TLC-TLMIN)/TLC]*100，ΔL1、ΔL2中的最大值记录为P1；

(D4).用与步骤(D3)同样的方法测量右边测量区域的透射比的最大值TRMAX,最小值TRMIN,圆心处的透射比TRC,计算ΔR1＝[(TRMAX-TRC)/TRC]*100、ΔR2＝[(TRC-TRMIN)/TRC]*100,ΔR1、ΔR2中的最大值记录为P2；

(D5).用TLC、TRC的差值除以两者中的较大值，用百分比表示，记录为P3；

(D6).改变遮光号，对每个遮光号重复步骤(D1)至步骤(D5)，得到每个遮光号对应的P1、P2、P3值，根据P1、P2、P3的最大值是否超过国标所要求的值，从而判断透射比均匀性是否符合国标要求。