[其他]新型光電絲徑測量儀

無效

• 申請號: 86204917
• 申請日: 1986-06-28
• 公開（公告）號: CN86204917U
• 公開（公告）日: 1987-09-30
• 發明（設計）人: 張冠申;郭履容;蘇顯渝;陳澤先
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01B21/10
• 分類號: G01B21/10
• 代理公司: 四川大學專利事務所
• 代理人: 卿微

本實用新型屬于金屬絲徑測量儀器。

《1984年全國光電技術及系統學術討論會論文集》中題為“固體攝象器件在精密測量中的應用”一文報道了一種利用激光衍射原理測量細絲直徑的系統，它使用CCD器件作為光電轉換元件，由計算機處理數據，按衍射公式求出直徑，對直徑在50－500μm范圍的細絲，測量精度優于10^－3。由于該系統采用了探測單元數較多的高分辨率的CCD器件，且電路比較復雜，因而造價較昂貴。另外國內外雖有可對紡織纖維直徑進行連續無損測量的儀器，如瑞士產的烏斯特儀，但因它是電容式測量，所以不適用于測量能導電的金屬絲。由于這些原因，在金屬絲生產單位如鎢鉬絲廠，一般仍采用稱重法測量絲徑。即根據稱得的重量再按長度和比重折換成平均直徑的方法。這種方法是一種破壞性測量，必須將絲段剪下后才能進行，因而不能用于生產過程的實時在線檢測、控制生產流程。且由于稱重法繁瑣費時，對一段絲（如上萬米）直徑變化的統計測量（如測均值、方差）只能用很少的樣品（如頭、尾、中三個樣值）來代表，因而統計可靠性很差，這就會影響到細絲產品質量的評價。因此，生產和檢驗部門都需要一種高精度、無損、低成本的絲徑測量儀器。本實用新型解決了這個問題。

本實用新型的要點在于有一個激光衍射系統，在其后面有一個帶驅動電路的自掃描光電二極管陣列，此陣列對激光經細絲衍射所形成的光場進行采樣，并將光信號轉變成模擬電信號，二極管陣列的輸出連接到一個峰值保持電路，峰值保持電路的輸出端與一個模數轉換電路相連，由此對二極管陣列的各個光電探測單元的輸出進行量化，得到衍射場取樣點的測量值的數字信號X_i，i的取值為1、2、…K，K是二極管陣列光電單元的總數。將數字信號X_i輸入計算機，出兩個相鄰衍射極小之間的間距M，按衍射公式算出細絲直徑d之值：

d＝λf／M

其中λ是激光波長，f是衍射系統中透鏡的焦距。由于生產現場可容納測量儀器的空間狹窄并且灰塵較多，為了適應在線檢測，激光衍射系統采用反折光路，使儀器更加緊湊，并將激光衍射系統、二極管陣列、峰值保持電路和模數轉換電路都安裝在封閉的機殼內。機殼的前部為細長柱形，在其前上方開有一個方槽，測量時，被測細絲從槽內通過，槽的兩側用玻璃窗密封，以免灰塵污染光學元件。

附圖1是一種新型光電絲徑測量儀示意圖。

附圖1所示測量儀的激光衍射系統由激光器1、兩個全反射鏡2和3、直角棱鏡4、裝在可換支架7上的透鏡6和光欄8組成。激光器1和兩個反射鏡2、3形成棱鏡4的入射光路，透鏡6在棱鏡4的出射光路上，帶驅動電路10的二極管陣列9置于透鏡6的焦平面上，且垂直于機殼的開槽方向。光欄8在透鏡6與陣列9之間，激光器1可采用2mW氦氖激光器、其光束透過機殼14的方槽側面的玻璃窗5照射細絲15產生衍射，在透鏡6的后焦面得到衍射圖樣，二極管陣列9如CL－32（探測單元數為32，單元間距為90μm）測得衍射光場。為了提高測量精度，二極管陣列位于衍射圖樣的高衍射級次區域。峰值保持電路11對陣列9輸出的脈沖型光電信號的脈沖峰值強度作保持展寬，供給模數轉換電路12進行模數轉換，模數轉換電路可采用ADC0804。由計算機13先測定接近二極管陣列中心的衍射極大值，找出該極大值兩側的兩個極小值所對應的光電單元序號M₁和M₂，由（M₂－M₁）。△求得這兩個極小的間距，其中△是二極管陣列的兩個相鄰單元的間距，并由（M₂.△＋S₀）／（M₂－M₁）.△定出M₂所對應衍射極小的級次K（S₀是陣列的第一個單元到衍射圖樣中心的距離），對M₂及相鄰單元的測值再用樣條函數插值法計算第K級極小到陣列第一單元的準確距離M_K.△和兩極小的準確間距M＝（S₀＋M_K.△）／K。其中M_K是由插值法求出的第K級極小精確對應的光電單元序號數，由衍射公式d＝λf／M求得直徑，然后將一段絲上各點測得的絲徑結果存放于計算機內存中，計算出該段絲徑的統計指標（如均值、方差）。若加上適當的控制電路，則可對生產過程進行自動控制。

本實用新型利用低分辨光電器件。實現了絲徑高精度測量，連續動態測量精度優于10^－3，用作靜態測量時，精度可優于10^－4，且儀器結構合理、操作簡單、制作成本低廉，特別適用于10μm至數百μm的金屬絲生產實時在線檢測和檢驗部門用作靜態檢測，也適用于其它類型的細絲檢測。