[其他]新型光电丝径测量仪

说明书

本实用新型属于金属丝径测量仪器。

《1984年全国光电技术及系统学术讨论会论文集》中题为“固体摄象器件在精密测量中的应用”一文报道了一种利用激光衍射原理测量细丝直径的系统，它使用CCD器件作为光电转换元件，由计算机处理数据，按衍射公式求出直径，对直径在50－500μm范围的细丝，测量精度优于10^－3。由于该系统采用了探测单元数较多的高分辨率的CCD器件，且电路比较复杂，因而造价较昂贵。另外国内外虽有可对纺织纤维直径进行连续无损测量的仪器，如瑞士产的乌斯特仪，但因它是电容式测量，所以不适用于测量能导电的金属丝。由于这些原因，在金属丝生产单位如钨钼丝厂，一般仍采用称重法测量丝径。即根据称得的重量再按长度和比重折换成平均直径的方法。这种方法是一种破坏性测量，必须将丝段剪下后才能进行，因而不能用于生产过程的实时在线检测、控制生产流程。且由于称重法繁琐费时，对一段丝（如上万米）直径变化的统计测量（如测均值、方差）只能用很少的样品（如头、尾、中三个样值）来代表，因而统计可靠性很差，这就会影响到细丝产品质量的评价。因此，生产和检验部门都需要一种高精度、无损、低成本的丝径测量仪器。本实用新型解决了这个问题。

本实用新型的要点在于有一个激光衍射系统，在其后面有一个带驱动电路的自扫描光电二极管阵列，此阵列对激光经细丝衍射所形成的光场进行采样，并将光信号转变成模拟电信号，二极管阵列的输出连接到一个峰值保持电路，峰值保持电路的输出端与一个模数转换电路相连，由此对二极管阵列的各个光电探测单元的输出进行量化，得到衍射场取样点的测量值的数字信号X_i，i的取值为1、2、…K，K是二极管阵列光电单元的总数。将数字信号X_i输入计算机，出两个相邻衍射极小之间的间距M，按衍射公式算出细丝直径d之值：

d＝λf／M

其中λ是激光波长，f是衍射系统中透镜的焦距。由于生产现场可容纳测量仪器的空间狭窄并且灰尘较多，为了适应在线检测，激光衍射系统采用反折光路，使仪器更加紧凑，并将激光衍射系统、二极管阵列、峰值保持电路和模数转换电路都安装在封闭的机壳内。机壳的前部为细长柱形，在其前上方开有一个方槽，测量时，被测细丝从槽内通过，槽的两侧用玻璃窗密封，以免灰尘污染光学元件。

附图1是一种新型光电丝径测量仪示意图。

附图1所示测量仪的激光衍射系统由激光器1、两个全反射镜2和3、直角棱镜4、装在可换支架7上的透镜6和光栏8组成。激光器1和两个反射镜2、3形成棱镜4的入射光路，透镜6在棱镜4的出射光路上，带驱动电路10的二极管阵列9置于透镜6的焦平面上，且垂直于机壳的开槽方向。光栏8在透镜6与阵列9之间，激光器1可采用2mW氦氖激光器、其光束透过机壳14的方槽侧面的玻璃窗5照射细丝15产生衍射，在透镜6的后焦面得到衍射图样，二极管阵列9如CL－32（探测单元数为32，单元间距为90μm）测得衍射光场。为了提高测量精度，二极管阵列位于衍射图样的高衍射级次区域。峰值保持电路11对阵列9输出的脉冲型光电信号的脉冲峰值强度作保持展宽，供给模数转换电路12进行模数转换，模数转换电路可采用ADC0804。由计算机13先测定接近二极管阵列中心的衍射极大值，找出该极大值两侧的两个极小值所对应的光电单元序号M₁和M₂，由（M₂－M₁）。△求得这两个极小的间距，其中△是二极管阵列的两个相邻单元的间距，并由（M₂.△＋S₀）／（M₂－M₁）.△定出M₂所对应衍射极小的级次K（S₀是阵列的第一个单元到衍射图样中心的距离），对M₂及相邻单元的测值再用样条函数插值法计算第K级极小到阵列第一单元的准确距离M_K.△和两极小的准确间距M＝（S₀＋M_K.△）／K。其中M_K是由插值法求出的第K级极小精确对应的光电单元序号数，由衍射公式d＝λf／M求得直径，然后将一段丝上各点测得的丝径结果存放于计算机内存中，计算出该段丝径的统计指标（如均值、方差）。若加上适当的控制电路，则可对生产过程进行自动控制。

本实用新型利用低分辨光电器件。实现了丝径高精度测量，连续动态测量精度优于10^－3，用作静态测量时，精度可优于10^－4，且仪器结构合理、操作简单、制作成本低廉，特别适用于10μm至数百μm的金属丝生产实时在线检测和检验部门用作静态检测，也适用于其它类型的细丝检测。