CN2522829Y - 双光路激光大直径测量仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种双光路激光大直径测量仪，用于动态测量石英玻璃管在拉制生产过程中的直径，包括：一激光扫描传感器和控制电路；其特点是：激光扫描传感器包括，激光电源和激光管，激光束经第一、二反射器转射至同步扫描转镜形成上扫描区间；再经第三反射器形成下扫描区间；上下扫描区间通过透镜形成上下扫描光束，由会聚透镜聚光在光电接收管靶面；控制电路包括，与激光扫描传感器中光电接收管靶面构成光电连接的光电转换电路、与转换电路连接的门控脉冲分离电路，它将光电转换电路来的测量信号进行分离；计数电路，它接收门控脉冲分离电路的信息并进行计数；以及与计数电路连接的单片微处理控制电路。由此可测范围扩大且可测不透明大直径工件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种工业在线检测技术，尤其涉及一种能测量大直径玻管工件的双光路激光大直径测量仪。
背景技术
目前石英玻璃管在拉制生产过程中动态测量直径时，现有技术在线检测技术即非接触测量技术相应两种方法：
一种是使用卤素“灯”光照投影遮光，用线阵电荷耦合器CCD器件获得玻管直径阴影；另一是采用“激光光点扫描技术”，用硅光电管PIN管获得玻管直径阴影；但是由于器件及光学***结构尺寸的限制，大尺寸光学器件加工困难且造价昂贵，并且测量精度也不能保证，因此上述两种测量方法的测量范围无法做大，一般只适用于测量直径在φ60mm以下的小尺寸直径的玻管工件，而不能测量大直径玻管；而对于大直径玻管工件的测量，目前只能用外径量具静态地接触式测量，仍然未摆脱手工操作的程序，为此，在线检测大直径玻管已成为玻管生产线实现自动监控的障碍。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种改进的双光路激光大直径测量仪，它能满足石英玻管制品行业制造大口径玻管的需要，实现大直径玻管生产过程的自动监控，并且能保证产品质量、降低操作者的劳动强度，从而达到提高了生产效率。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种双光路激光大直径测量仪，用于动态测量石英玻璃管在拉制生产过程中的直径，包括：一激光扫描传感器、一接受激光扫描传感器光信号并对之进行处理的控制电路；其特点是：
所述的激光扫描传感器包括，一激光电源，该激光电源驱动一激光管发射出一激光束，经第一反射器和第二反射器，将激光束转射至同步扫描转镜，同步扫描转镜经与其连接的同步电机带动而旋转，将激光束形成上扫描区间；位于同步扫描转镜之下的第三反射器将经同步扫描转镜展开的激光束反射形成下扫描区间；上扫描区间和下扫描区间分别经上透镜和下透镜形成上扫描光束和下扫描光束，上下扫描光束和经大口径会聚透镜聚光在光电接收管靶面；
所述的控制电路包括，一光电转换电路，该光电转换电路与激光扫描传感器中光电接收管靶面构成光电连接，并将接收的光信号转换为电信号；一门控脉冲分离电路，该门控脉冲分离电路与光电转换电路电连接，它接收并处理光电转换电路来的测量信号，并将测量信号进行分离；一计数电路，该计数电路接收门控脉冲分离电路的信息，并进行计数；一单片微处理控制电路，该单片微处理控制电路与计数电路连接。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，在所述的激光扫描传感器中，所述的上扫描光束和下扫描光束各为50毫米，在上扫描光束和下扫描光束中间设有25毫米的遮光区，形成125mm的扫描区。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，所述的大口径会聚透镜可用二个小尺寸聚光透镜和取代。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，所述的光电转换电路由上下两路光电转换电路组成，两路光电转换电路各接收一个光路的汇聚信号，每路光电转换电路包括光电转换前置放大器、半波鉴波电路；所述的光电转换前置放大器由两硅光电二极管(PIN)和集成电路U21型号为LF356的前置放大器组成；所述的半波鉴波电路由三集成电路U11、U31型号分别为LF353和两LM311的放大器组成，上述两光电信号分别从接插件#1、#2至或门电路74128，输出复合光电转换信号O/E至门控脉冲分离电路。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，所述的门控脉冲分离电路包括，由型号为4050组成的缓冲放大器U62D，它将复合光电转换信号O/E进行放大，由型号为7400的四与非门U12、24A、型号为7427的三或非门02A、02B、02C、两型号为7474的双D触发器U21和U23、以及可编程计数器8253(2)的口1、口2等组成的门控脉冲分离电路，在D触发器U23的脚6处得到光电计数信号/Q1，送至型号为74393的计数电路。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，所述的计数电路包括，由型号为7492的分频器电路U13，型号为7474的D触发器电路U23B，以及型号为7404的43C、43D两反向器组成的分频电路给微处理机扩展芯片提供振荡源。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，所述的单片微处理控制电路(240)包括，一由型号为8031单片机，与单片机8031连接的型号为373地址锁存器，与地址锁存器373连接的型号为2732的程序寄存器，以及与单片机8031地址线连接的型号为75154的地址译码器，由此构成微处理机扩展***，管理输入、输出、计算，实现仪器的采样、显示、开关操作以及回控输出等。
在上述的双光路激光大直径测量仪中，其中，在所述的门控脉冲分离电路中还设有一自校信号电路，该自校信号电路包括，一由型号为8253(2)可编程定时器U22，可编程计数器的8253(2)的可0发出自校信号方波源，通过反向器7407(43E)、计数分频电路4017(44)、或非门7427(33)、触发器7474(42)、与非门7400(24)等产生一个模拟光电采样信号ZJ(24D脚11)，用作仪器的自校信号，可检查仪器电路是否正常，与非门U24脚11输出的作为仪器调试查用的自校信号ZJ至测量/自校(CL/ZJ)选择开关的ZJ输入端，由该开关选通进入型号为7400与非门12D。
本实用新型双光路激光大直径测量仪由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
1.本实用新型由于采用双光路，因此可测范围被扩大，可测量直径φ30毫米至φ100毫米的工件；
2.本实用新型由于采用两个相向扫描方式，因此遮光信号不受透明玻璃管中央透明区透光的影响，随意既可测不透明大直径工件，也可测透明的大直径工件。
附图说明
通过以下对本实用新型双光路激光大直径测量仪的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：
图1是依据本实用新型提出的双光路激光大直径测量仪的工作原理图；
图2是本实用新型双光路激光大直径测量仪的双光路扫描传感器结构示意图；
图3是图2中采用二个小尺寸聚光透镜的结构示意图；
图4是本实用新型双光路激光大直径测量仪中控制电路的方框图；
图5是图4中光电转换电路的电原理图；
图6是图4中除光电转换电路的电原理图；
图7是本实用新型双光路激光大直径测量仪中测量小直径石英玻璃管的电原理图。
具体实施方式
请参见图1所示，这是本实用新型双光路激光大直径测量仪的工作原理图。本实用新型采用双光路激光光点相向扫描技术，用以扩大激光测径的测量范围，图1中，两个相向匀速扫描的单光路扫描场A和B对位于扫描场A和扫描场B中的工件G大直径玻管进行扫描，被工作遮光的范围对应为A1和B1，则工件G的直径D由下式决定：
D＝A1+C+B1 (1)
式中C为此双光路***结构设计时选定的固有遮光范围，工件遮光范围A1和B1可通过光电检测通光范围A2和B2后得到，即A1＝A-A2(2)，B1＝B-B2(3)，从而实现了用小尺寸的单光路测量大直径的目的。
由此可见，上述的双光路测量***具有以下特点：
1.仪器可测范围被扩大，扩大的范围内由式(1)中的D部分决定，一般结构就可构成100毫米至200毫米的扫描范围。
2.仪器可测尺寸的变化范围及其测量分辨率由小尺寸的单光路结构A和B决定，可精确到0.01mm，重复性优于0.2％；故大尺寸测量结果的精度及线性就由小尺寸扫描器件的精度及线性来保证；此外，如果只要测量小尺寸工件，则可选择只使用一个扫描场的方式操作。
3.用两个相向扫描方式(从外侧向内侧扫描)所取得的遮光信号是由检测透光信号(A2和B2)后按式2、3获得，因此所取得的遮光信号不受透明玻璃管中央透明区透光的影响，故这种方式扫描既可测不透明大直径工件(如粗电缆、橡塑管、金属管等)，也可测透明的大直径工件(如石英玻管)。
4.与大尺寸的光路比较，两个小尺寸单光路扫描器件(光学透镜)制造简单、器件费用也较低，因此能大大减化整机结构，减小体积，降低工艺制作难度，从而减小制造成本。
为实现双光路测量原理，本实用新型双光路激光大直径测量仪，由一激光扫描传感器100，和一接受激光扫描传感器100光信号并对之进行处理的控制电路200所组成。
请结合图1参见图2和图3所示，它们是本实用新型双光路激光大直径测量仪的双光路扫描传感器结构示意图。本实用新型中的激光扫描传感器100包括，一激光电源110，激光电源110驱动一HeNe激光管120，使之发射出一激光束，该激光束经第一反射器131和第二反射器132，将激光束转射至同步扫描转镜140，同步扫描转镜140经与其连接的同步电机带动而逆时针方向旋转，将激光束展开形成上扫描区间151；而位于同步扫描转镜140之下的第三反射器133也将经同步扫描转镜140展开的激光束反射形成下扫描区间152；上扫描区间151和下扫描区间152分别经上透镜161和下透镜162形成上扫描光束171和下扫描光束172，在本实施例中，上扫描光束171和下扫描光束172各为50毫米，在上扫描光束171和下扫描光束172中间设有25毫米的遮光区，形成125mm的扫描区172，然后经大口径会聚透镜180聚光在光电接收管靶面190，在本实施例中，该大口径会聚透镜180可用二个小尺寸聚光透镜181和182取代(见图3)。
请结合图1和图2参见图4所示，图4是本实用新型双光路激光大直径测量仪中控制电路的方框图。本实用新型的控制电路200包括，一光电转换电路210，该光电转换电路210与激光扫描传感器100中光电接收管靶面190构成光电连接，并将接收的光信号转换为电信号；与光电转换电路21电连接的是一门控脉冲分离电路220，门控脉冲分离电路220接收并处理光电转换电路21来的测量信号，并将测量信号进行分离；与门控脉冲分离电路220连接的是一计数电路230，该计数电路230接收门控脉冲分离电路220的信息，并进行计数；与计数电路230连接的是一单片微处理控制电路240。
请结合图4参见图5所示，图5是图4中光电转换电路的电原理图。所述的光电转换电路210，用以将激光扫描传感器100中光电接收管靶面190处接收的光信号转换为电信号。在本实施例中，由上下两路光电转换电路组成，两路光电转换电路各接收一个光路的汇聚信号，每路光电转换电路包括光电转换前置放大器、和与前置放大器连接的半波鉴波电路；所述的光电转换前置放大器由两PIN光电管和集成电路D11型号为LF356的前置放大器组成；所述的半波鉴波电路与前置放大器U21 LF356的输出端脚6连接，该半波鉴波电路包括三集成电路放大器U11和U31，在本实施例中选用了型号分别为放大器LF353和两比较器LM311的放大器组成，上述两路光电信号分别从接插件#1、#2至或非门电路74128，输出复合光电转换信号O/E送至门控脉冲分离电路220。
请结合图4参见图6所示，图6是图4中除光电转换电路以外的电原理图。在图6中，包含了一门控脉冲分离电路220，一计数电路230，和一单片微处理控制电路240。其中，
所述的门控脉冲分离电路220包括，由型号为4050组成的缓冲放大器U62D，它的作用是将复合光电转换信号O/E进行放大，由型号为7400的四与非门U12、24A、型号为7427的三或非门02A、02B、02C、两型号为7474的双D触发器U21和U23、以及可编程计数器8253(2)的口1、口2等组成的门控脉冲分离电路，在D触发器U23的脚6处得到光电计数信号/Q1，送至型号为74393的计数电路230。
所述的计数电路230包括，由型号为7492的分频器电路U13，型号为7474的D触发器电路U23B，以及型号为7404的43C、43D两反向器组成的分频电路给微处理机扩展芯片提供振荡源。
所述的单片微处理控制电路240包括，一由型号为8031单片机，与单片机8031连接的型号为373地址锁存器，与地址锁存器373连接的型号为2732的程序寄存器，以及与单片机8031地址线连接的型号为75154的地址译码器；由此构成微处理机扩展***，管理输入、输出、计算，实现仪器的采样、显示、开关操作以及回控输出等。
在本实用新型中还设有一自校信号电路，该自校信号电路包括，一由型号为8253(2)可编程定时器U22，可编程计数器的8253(2)的可0发出自校信号方波源，通过反向器7407(43E)、计数分频电路4017(44)、或非门7427(33)、触发器7474(42)、与非门7400(24)等产生一个模拟光电采样信号ZJ(24D脚11)，用作仪器的自校信号，可检查仪器电路是否正常，与非门U24脚11输出的作为仪器调试查用的自校信号ZJ至测量/自校(CL/ZJ)选择开关的ZJ输入端，由该开关选通进入型号为7400与非门12D。
在图6中，信号的流向是，光电信号从S点输入(U62-4050，9脚)，经门控脉冲分离电路(U12-7400，脚12、13入口)处理，得到光电计数信号/Q1(U23-6脚)，送计数电路(U41-74393)，进单片微处理控制电路240。单片微处理控制电路240包括数据、地址、控制三总线，由单片机8031管理，其中地址线由U63-75154分配，控制扩展外汇芯片，集成电路8253(可编程定时/计数器)进行计数与分频工作，集成电路8279(可编程键盘、显示器接口芯片)控制面板键与LED显示，DAC(偏差输出)EPROM(程序)等，这部分电路为通用的线路，故不另展开说明。
请参见图7所示，图7是本实用新型双光路激光大直径测量仪中测量小直径石英玻璃管的电原理图。图7的电路组成与图6基本相同，光电信号从S点(U62-4049脚7)输入，经脉冲分离电路220(U43A-7404脚1入口)处理，得到光电计数信号TD(U12D-7400，脚11)，送计数电路230(U42A-7400，U22-74393)，进单片微处理控制电路240。图中U24D-7400，脚11输出的也是调试用的自校信号ZJ。
综上所述，本实用新型用两个50毫米单光路匀速扫描光学***组成125mm宽扫描场，从而既能够以非接触方式测直径φ100毫米及以下的大口径石英玻管直径，又测小于φ30毫米直径工件时则使用仪器的单光路操作方式；本实用新型的分辨率为0.01mm，精度优于0.2％，在电路部分还配置有直径偏差返馈输出功能。
Claims (8)
1.一种双光路激光大直径测量仪，用于动态测量石英玻璃管在拉制生产过程中的直径，包括：一激光扫描传感器(100)、一接受激光扫描传感器(100)光信号并对之进行处理的控制电路(200)；其特征在于：
所述的激光扫描传感器(100)包括，一激光电源(110)，该激光电源(110)驱动一激光管(120)发射出一激光束，经第一反射器(131)和第二反射器(132)，将激光束转射至同步扫描转镜(140)，同步扫描转镜(140)经与其连接的同步电机带动而旋转，将激光束形成上扫描区间(151)；位于同步扫描转镜(140)之下的第三反射器(133)将经同步扫描转镜(140)展开的激光束反射形成下扫描区间(152)；上扫描区间(151)和下扫描区间(152)分别经上透镜(161)和下透镜(162)形成上扫描光束(171)和下扫描光束(172)，上下扫描光束(171)和(172)经大口径会聚透镜(180)聚光在光电接收管靶面(190)；
所述的控制电路200包括，一光电转换电路(210)，该光电转换电路(210)与激光扫描传感器(100)中光电接收管靶面(190)构成光电连接，并将接收的光信号转换为电信号；一门控脉冲分离电路(220)，该门控脉冲分离电路(220)与光电转换电路(210)电连接，它接收并处理光电转换电路(21)来的测量信号，并将测量信号进行分离；一计数电路(230)，该计数电路(230)接收门控脉冲分离电路(220)的信息，并进行计数；一单片微处理控制电路(240)，该单片微处理控制电路(240)与计数电路(230)连接。
2.如权利要求1所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：在所述的激光扫描传感器(100)中，所述的上扫描光束(171)和下扫描光束(172)各为50毫米，在上扫描光束(171)和下扫描光束(172)中间设有25毫米的遮光区，形成125mm的扫描区(172)。
3.如权利要求1所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：所述的大口径会聚透镜(180)可用二个小尺寸聚光透镜(181)和(182)取代。
4.如权利要求1所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：所述的光电转换电路(210)由上下两路光电转换电路组成，每路光电转换电路包括光电转换前置放大器、半波鉴波电路；所述的光电转换前置放大器由两硅光电二极管和集成电路U21型号为LF356的前置放大器组成；所述的半波鉴波电路由三集成电路U11、U31型号分别为LF353和两LM311的放大器组成，上述两光电信号分别从接插件#1、#2至或门电路74128，输出复合光电转换信号O/E至门控脉冲分离电路(220)。
5.如权利要求1所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：所述的门控脉冲分离电路(220)包括，由型号为4050组成的缓冲放大器U62D，由型号为7400的四与非门U12、24A、型号为7427的三或非门02A、02B、02C、两型号为7474的双D触发器U21和U23、以及可编程计数器8253(2)的口1、口2等组成的门控脉冲分离电路，在D触发器U23的脚6处得到光电计数信号/Q1，送至型号为74393的计数电路(230)。
6.如权利要求1所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：所述的计数电路(230)包括，由型号为7492的分频器电路U13，型号为7474的D触发器电路U23B，以及型号为7404的43C、43D两反向器组成的分频电路给微处理机扩展芯片提供振荡源。
7.如权利要求1所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：所述的单片微处理控制电路(240)包括，一由型号为8031单片机，与单片机8031连接的型号为373地址锁存器，与地址锁存器373连接的型号为2732的程序寄存器，以及与单片机8031地址线连接的型号为75154的地址译码器。(构成微处理机扩展***，管理输入、输出、计算，实现仪器的采样、显示、开关操作以及回控输出等)
8.如权利要求5所述的双光路激光大直径测量仪，其特征在于：在所述的门控脉冲分离电路(220)中还设有一自校信号电路，该自校信号电路包括，一由型号为8253(2)可编程定时器U22，可编程计数器的8253(2)的可0发出自校信号方波源，通过反向器7407(43E)、计数分频电路4017(44)、或非门7427(33)、触发器7474(42)、与非门7400(24)等产生一个模拟光电采样信号ZJ(24D脚11)，用作仪器的自校信号，可检查仪器电路是否正常，与非门U24脚11输出的作为仪器调试查用的自校信号ZJ至测量/自校(CL/ZJ)选择开关的ZJ输入端，由该开关选通进入型号为7400与非门12D。
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| CN103542813A (zh) * | 2013-07-05 | 2014-01-29 | 中国计量学院 | 一种基于边界微分和环境光自校准的激光测径仪 |
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| CN108088379A (zh) * | 2017-12-19 | 2018-05-29 | 湖北工业大学 | 一种基于三标准棒法的双光路激光扫描测径***及方法 |
| CN108731605A (zh) * | 2017-04-18 | 2018-11-02 | 株式会社三丰 | 光学外径测量设备 |
| CN110836693A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-02-25 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种测量杂质弹丸大小及注入频率的方法及装置 |
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2001
- 2001-12-31 CN CN 01280504 patent/CN2522829Y/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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