CN105258645A

CN105258645A - 基于激光和ccd的玻璃厚度测量系统

Info

Publication number: CN105258645A
Application number: CN201510561273.8A
Authority: CN
Inventors: 陈国玉; 童学权
Original assignee: Suzhou Nanguang Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Nanguang Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2015-09-06
Filing date: 2015-09-06
Publication date: 2016-01-20

Abstract

本发明公开了一种基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，包含测量探头、控制模块、显示模块、水泵、水箱和位置控制装置；测量探头包含壳体以及设置在壳体内的激光发射器、线阵CCD和温度传感器；控制模块分别和激光发射器、线阵CCD、温度传感器、显示模块、水泵、位置控制装置相连；壳体设有发射激光的第一通道以及接收激光的第二通道；第一通道和第二通道内分别设有和控制模块相连的第一电磁阀和第二电磁阀；壳体内壁上设有流水散热层，流水散热层一端通过水泵和水箱的出水口相连，另一端和外部排水通道相连。本发明结构简单，使用方便，能够在高温区检测玻璃厚度。

Description

基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统。

背景技术

CCD(ChargeCoupledDevice)，电荷耦合器件，是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件。

CCD器件按其感光单元的排列方式分为线阵CCD和面阵CCD两类。

线阵CCD结构简单，成本较低。可以同时储存一行电视信号.由于其单排感光单元的数目可以做得很多，在同等测量精度的前提下，其测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，能够实现动态测量，并能在低照度下工作，所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。

对于面阵CCD来说，应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。面阵CCD的优点是可以获取二维图像信息，测量图像直观。缺点是像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，而线阵CCD的优点是一维像元数可以做得很多，而总像元数较面阵CCD相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量。以线阵CCD在线测量线径为例，就在不少论文中有所介绍，但在涉及到图像处理时都是基于理想的条件下，而从实际工程应用的角度来讲，线阵CCD图像处理算法还是相当复杂的。

由于生产技术的制约，单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。线阵CCD的优点是分辨力高，价格低廉，如TCD1501C型线阵CCD，光敏像元数目为5000，像元尺寸为7μm×7μm×7μm(相邻像元中心距)该线阵CCD一维成像长度35mm，可满足大多数测量视场的要求，但要用线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，而且为了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置，还必须配以光栅等器件以记录线阵CCD每一扫描行的坐标。一般看来，这两方面的要求导致用线阵CCD获取图像有以下不足:图像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在，增加了系统复杂性和成本；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。

即使如此，线阵CCD获取图像的方案在以下几方面仍有其特有的优势:线阵CCD加上扫描机构及位置反馈环节，其成本仍然大大低于同等面积、同等分辨率的面阵CCD；扫描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，从这个意义上讲，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像；新近出现的线阵CCD亚像元的拼接技术可将两个CCD芯片的像元在线阵的排列长度方向上用光学的方法使之相互错位1/2个像元，相当于将第二片CCD的所有像元依次插入第一片CCD的像元间隙中，间接“减小”线阵CCD像元尺寸，提高了CCD的分辨率，缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题，在理论上可获得比面阵CCD更高的分辨率和精度。

因此，线阵CCD加扫描运动获取图像的方案目前仍使用广泛，尤其是在要求视场大，图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵CCD替代。但是，仅有高的分辨率还不能保证有高的图像识别精度，特别是线阵CCD获取的图像虽然分辨率高，但由于受扫描运动精度的影响，其图像较面阵CCD图像更具特殊性。因此，图像识别时不仅要充分利用分辨率高的优势，还必须从算法上克服扫描运动的影响，使机械传动的误差不致直接影响最终的图像识别精度。

目前国内玻璃生产厂家广泛采用浮法玻璃生产方法，浮法玻璃的生产过程是让玻璃融液浮在锡液的表面上，在锡槽内900℃～700℃的温度区内调整厚度，在600℃的温度区硬化成型,经过退火窑的退火后冷却切裁。国内厂家在生产中均采用浮法玻璃彻底冷却后再进行厚度检测的方法，导致玻璃厚度测量反馈信号滞后玻璃厚度控制系统40分钟，容易因玻璃厚度不符合国家标准而造成损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，包含测量探头、控制模块、显示模块、水泵、水箱和位置控制装置；

所述控制模块、显示模块、水泵、水箱、位置控制装置设置在测量区域外，所述位置控制装置用于调整测量探头的位置；

所述测量探头包含壳体、激光发射器、线阵CCD和温度传感器；

所述控制模块分别和激光发射器、线阵CCD、温度传感器、显示模块、水泵、位置控制装置相连；

所述激光发射器用于以预设的角度朝玻璃发射激光；

所述线阵CCD用于接收经过玻璃上界面和下界面反射后的激光，测得两者之间的距离；

所述壳体将激光发射器、线阵CCD包含在内，设有供激光发射器发射激光的第一通道以及线阵CCD接收激光的第二通道；

所述第一通道和第二通道内分别设有和所述控制模块相连的第一电磁阀和第二电磁阀；

所述温度传感器设置在壳体内，用于测量壳体内的温度，并将其传递给所述控制模块；

所述壳体内壁上设有流水散热层，所述流水散热层一端通过水泵和水箱的出水口管道相连，另一端通过管道和外部排水通道相连；

所述控制模块用于控制水泵、位置控制装置、第一电磁阀、第二电磁阀、激光发射器工作，根据线阵CCD的反馈结果计算玻璃出玻璃的厚度并控制显示模块显示该厚度。

作为本发明基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统进一步的优化方案，所述壳体的外壁上设有真空层。

作为本发明基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用51系列单片机。

作为本发明基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统进一步的优化方案，所述控制模块的处理器采用AT89S52单片机。

作为本发明基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统进一步的优化方案，所述温度传感器采用IC温度传感器。

作为本发明基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统进一步的优化方案，所述IC温度传感器的型号为AD590。

控制模块在测量探头内温度过高时，控制第一电磁阀、第二电磁阀关闭，并将测量探头撤离出高温测量区域，以保护电子元件。

测量时的具体步骤如下：

测量方法包含以下步骤：

步骤1)，控制水泵工作，对测量探头进行降温；

步骤2)，通过位置控制装置将测量探头送至测量区域内；

步骤3)，控制激光发射器以预设的角度发射激光；

步骤4)，通过线阵CCD接收经玻璃上界面和下界面反射后的激光；

步骤5)，对线阵CCD的输出数据进行滤波处理，过滤掉噪音；

步骤6)，计算出经玻璃上界面和下界面反射后的激光之间的垂直距离；

步骤7)，根据预设的角度计算出激光发射器发射出的激光的入射角；

步骤8)，根据以下公式计算出玻璃的厚度：

H = D \frac{\sqrt{U^{2} - \sin^{2} (T_{0})}}{2 \sin (2 T_{0})}

其中，H为玻璃的厚度，D为玻璃上界面和下界面反射后的激光之间的垂直距离，U为玻璃的折射率，T₀为激光发射器发射出的激光的入射角；

步骤9)，控制显示模块显示计算出的玻璃厚度。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.结构简单，使用方便；

2.能够在高温区检测玻璃厚度,提高了产品质量；

3.使得生产线在调整玻璃厚度时能够快速调整完毕,提高了效率。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明公开了一种基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，包含测量探头、控制模块、显示模块、水泵、水箱和位置控制装置；

所述激光发射器用于以预设的角度朝玻璃发射激光；

所述壳体的外壁上设有真空层。

所述控制模块的处理器采用51系列单片机，优先采用AT89S52单片机。

所述温度传感器采用IC温度传感器，型号为AD590。

测量时的具体步骤如下：

测量方法包含以下步骤：

步骤1)，控制水泵工作，对测量探头进行降温；

步骤2)，通过位置控制装置将测量探头送至测量区域内；

步骤3)，控制激光发射器以预设的角度发射激光；

步骤5)，对线阵CCD的输出数据进行滤波处理，过滤掉噪音；

步骤8)，根据以下公式计算出玻璃的厚度：

H = D \frac{\sqrt{U^{2} - \sin^{2} (T_{0})}}{2 \sin (2 T_{0})}

步骤9)，控制显示模块显示计算出的玻璃厚度。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，其特征在于，包含测量探头、控制模块、显示模块、水泵、水箱和位置控制装置；

所述激光发射器用于以预设的角度朝玻璃发射激光；

2.根据权利要求1所述的基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，其特征在于，所述壳体的外壁上设有真空层。

3.根据权利要求1所述的基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，其特征在于，所述控制模块的处理器采用51系列单片机。

4.根据权利要求3所述的基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，其特征在于，所述控制模块的处理器采用AT89S52单片机。

5.根据权利要求1所述的基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，其特征在于，所述温度传感器采用IC温度传感器。

6.根据权利要求1所述的基于激光和CCD的玻璃厚度测量系统，其特征在于，所述IC温度传感器的型号为AD590。