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高精度线径动态测径仪的研发

导读: 本文主要介绍了高精度线径动态测径仪的研发,并主要从其光学系统的组成及工作原理,微机数据处理和显示,测量精度的分析及误差修正等几方面进行介绍。

引言

在电线生产线上,当电线的直径非常小时,细线在生产线上运行速度将会非常快,在如此高速运行的情况下,线径的实时检测十分困难;但是,线径的实时监测对提高产品质量又是十分重要的,特别是在漆包工艺中,实时地对线径进行动态检测,可以有效地控制漆层的厚度,从而提髙漆包线的质量,降低废品率。本文提出的高精度线径动态测径仪就是根据这种要求而研发的,它可应用于电线、钨丝、光纤等细线生产线,完成实时线径检测。

1、光学系统的组成和基本工作原理

检测系统组成如图1所示。其中显微物镜是光学系统主要部件,由它完成对线径的光学放大并在线阵CCD光敏元上成像。

高精度线径动态测径仪的研发

氦氖激光器及其扩束系统为显微物镜提供平行性很好的照明光源。采用激光并经过扩束作为照明光源主要是为了改善照明光源的平行性,提髙测量精度。由于被测细线为圆柱体,其表面的定位精度不仅受斜光束的影响,同时还受曲面表面对斜光束反射的影响,由反射光线产生的虚物点影响了圆柱体光学影像边缘的精确定位。设斜光束与光轴夹角为θ,圆柱体半径为r,则由斜光束反射造成的物体边缘定位误差为:

高精度线径动态测径仪的研发

可见,采用激光照明时,定位精度得到很大的改善,使由斜光束在曲面反射造成的测量误差大大小于本系统测量精度的要求。

为了降低整个系统的成本,对光学系统使用的镜头没有根据高精度测量的特殊要进行专门设计,仅使用一般的显微物镜和扩束镜头,由此产生的测量误差则通过微机编制的误差修正程序来克服。另外,为了减少激光输出功率的不稳定对测量精度的影响,还采用了电流反馈式稳定装置稳定氦氖激光器输出功率。

2、微机数据处理和显示

本系统使用1024位线阵CCD进行光电检测。线径变化1μm对应于CCD光敏面变化一个光敏元,即一个象素。CCD光电检测信号经过浮动二值化处理后,量化为数字信号,光敏面上每一个光敏元(象素)的光信号对应于一个电脉冲信号的输出,所以,当线径变化1μm时,对应于输出电信号变化一个脉冲。

为满足髙速动态检测的要求,完成一次测量所需要的时间必须很短。本系统设计在0.77ms时间内完成一次测量,与之相适应,CCD光电检测输出信号为周期接近于1.5μs的髙速脉冲。当信号输入微机进行处理时,由于信号变化速率太大,PIO并行接口接收信号的速度跟不上。本系统采用了以微机计数器CTC接收数据,而后通过中断子程序由中央处理器CPU进行处理和显示的办法。当进行单次测量时,线径D等于:

高精度线径动态测径仪的研发

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