[发明专利]一种测量物体直径的方法及其设备

说明书

本发明涉及一种测量物体直径的方法及其设备，它特别适用于应用激光技术来测量线材、管材直径的方法及其设备。

众所周知，应用激光技术测量线材、管材直径的方法及其设备已在工业生产中应用。其中之一就是被称之为“扫描型激光测径”的方法及设备。这种仪器设备的工作原理（测量方法）如图1所示。它是将激光束照射到电机带动的旋转镜上使激光束以匀角速度运动，当激光束通过线性扫描透镜[F（θ）透镜]，扫描激光线即由匀角速度变为匀线速度。其后光线再通过积分透镜会聚于光电探测器上。这时，在两透镜之间如置入一线材、管材或其他物体的被测件，那么在光电探测器的输出端就可得到如图2所示的时间波形。其中△t₂为被测件的挡光时间。设激光扫描速度为V，则被测件直径D＝K·V·△t₂（式中K为比例常数）。所以只要通过信号处理电路测得挡光时间△t₂的宽度，再经校正，即可在终端设备上打印或显示出被测件的直径。电子科技大学1987年研制生产的LMD-I型激光测径仪就是采用此种方法测量线材直径的专用设备。但是，应用此种方法测量线材直径对测量设备要求甚高，测量设备中电机的抖晃、电路元器件温度的漂移都能对测试精度产生较大的不利影响。所以在季节及气候变化时，测量读数都有变化，需要经常调整。而且，应用此方法的测量设备开机后稳定时间较长，从而影响了在线操作。另外，目前国内外还有其他一些类型的测量方法及专用设备。如同步电机扫描方式、音叉扫描方式（如日本安立电气株式会社的M502A、M502B、M502C型激光测径仪）。这些方法均存在着其专用设备复杂、昂贵，然而仍然无法根本克服由于电机抖晃及电路元器件的温度漂移而影响测量精度的弊病。

本发明的任务在于针对上述现有技术上的缺点，提出一种新的测量方法和与之配套的专用设备，克服电机抖晃及电路元器件温度漂移给测量精度带来的不利影响。从而在保证测量精度的前提下降低测量设备的费用。为工业性生产提供一种性能价格比高的在线测试设备。

本发明的技术要点在于采用了一种独特、简易的光电自动补偿方法，补偿电机转速不稳、抖晃及信号处理电路中的元器件参数受温度变化而不稳定给测量精度所造成的影响。

我们知道，现有的激光扫描类型的测径仪的测量方法只获取被测件的挡光时间△t₂-测量信号，然后经校正变换成被测件的直径。所以，由于电机转速不稳、抖晃以及在信号处理电路中，元器件的性能变化都会对△t₂产生影响，从而影响测量的精确性。针对这一主要矛盾，本发明除了获取测量信号之外，还同时测得另一标准挡光物的挡光时间△t₁-即标准信号，标准信号及测量信号处在同一光路中，二种信号经放大和波形处理后分离，各自经A/D转换为数字信号后同时进入计算机，在计算机中实现△t₂/△t₁的运算。假若电机转速不稳、转速突然变化为原来的几倍，由于标准信号和测量信号同时受其影响，那么这种对电机转速波动的影响视为几乎是相同的。即标准信号变为n△t₂，测量信号变为n△t₁，然而他们相除的结果不变，即： (n·△t₂)/(n·△t₁) = (△t₂)/(△t₂) 。只要用一预置的常数乘以 (△t₂)/(△t₁) 其积的显示值就能正确地表示被测件直径的真实值。如果此值采用多次采集信号的平均值。则可以得到更好的效果。同样，由于标准信号及测量是在同一光路，也经过同一光电探测器、放大器，所以电路元器件对△t₁、△t₂二个信号的影响也被认为是相同的，所以经过相除运算后，电路元器件由于温漂所产生的参量不一致等对测量结果的影响也能被消除。当然，为了获得最好的补偿效果，标准挡光物在纵向应尽量与被测件处于同一平面，而在横向也应与被测件靠近，但必须有一间隔距离，以便使△t₁与△t₂之间有一小的时间间隔。