专利名称：玻璃管壁厚动态检测方法及光路系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对玻璃管及类似管件的在线检测，更具体地指一种玻璃管壁厚动态检测方法及光路系统。
背景技术：
在玻璃管的生产过程中，需要对所生产的玻璃管的管壁厚度进行动态检测和监控，动态测量玻璃管壁厚目前常采用光学取样方法，传统的光学取样方法通常有两种形式一种是利用玻璃管成像投影进行管壁厚检测，另一种是利用激光光点壁厚表面反射来进行管壁厚检测。对于利用成像投影而言，对检测系统的装置要求高，它通常适用于玻璃管的成品检验；在生产过程中进行动态测量玻璃管壁厚，则宜采用用激光光点壁厚反射的方式。但是，采用激光光点反射方式，由于玻璃管径向存在圆弧，反射光点位置易偏离，反射光的强度及其走向位置就会发生变化，使测量结果受到影响，测量误差大，故动态玻璃管管壁测量技术难度较大，无论在国内、还是在国外，如何对玻璃管管壁进行在线检测一直为业界人士所关注，人们在寻求一种能从根本上解决问题的方法以及一种较为理想的光路系统。
发明内容
本专利发明的内容即基于激光光电反射法的实际应用。
本发明的目的是针对传统的激光光点反射方法在动态测量玻璃管壁厚中存在的上述反射光点易偏离、测量精度低的缺点，提供一种玻璃管壁厚动态检测方法及光路系统。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种玻璃管壁厚动态检测方法，包括以下步骤，a，用激光光源发出光束并通过扩束透镜将该光束进行扩束，并将扩束后的光以扫描光带线经过透镜投射到被测的玻璃管上；b，将玻璃管上所形成的反射光和折射光再分别通过会聚透镜和反射镜投射至一狭缝光栏，随后取得光电信号并计算出玻璃管壁厚度。
所述的步骤b进一步包括以下步骤，b1，在狭缝后置一光电管，光电管接收光信号并将光信号转换为电信号；b2，将所述电信号通过电子电路进行处理、并计算出被测的玻璃管的管壁厚度。
所述的步骤b中，在扫描光带线投射到透镜之前，设置一采样启动光电管，以此作为玻璃管的定位基准。
所述的步骤b1中，在光电管接收光信号之前，先设置一会聚透镜将从狭缝光栏出射的光进行会聚到光电管上。
在计算被测的玻璃管的管壁厚度时，依据如下公式，L＝K·δ其中，K=2·sinα1·cosα1n1·1-(sinα1/n1)2,]]>K为与光入射角α1及被测玻璃管材质折射率n1相关的比例系数，δ为玻璃管管壁L为反射光与折射光分离的距离。
一种玻璃管壁厚动态检测光路系统，该光路系统包括光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的一侧，会聚透镜、反射镜、光栏沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的另一侧，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏均位于同一光轴上。
所述的光栏后设置聚焦透镜，聚焦透镜将从光栏发出的光经过聚焦于光电管上。
所述的旋转镜为一匀速多面转镜。
所述的旋转镜与透镜之间设置一采样启动光电管，所述的采样启动光电管位于近透镜的边缘光路上。
所述的光源采用氦氖激光光源。
在本发明的方法中，由于先用激光光源发出光束并通过扩束透镜将该光束进行扩束，并将扩束后的光以扫描光带线经过透镜投射到被测的玻璃管上；再将玻璃管上所形成的反射光和折射光再分别通过会聚透镜和反射镜投射至一狭缝光栏，随后取得光电信号并计算出玻璃管壁厚度。因此，该方法能消除传统的激光光点反射方法中存在的反射光点位置易偏离、以及反射光的强度及其走向位置发生变化使测量结果受到影响的缺点。
同时，由于本发明的光路系统是根据上述的检测方法而设计的，它包括了光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的一侧，会聚透镜、反射镜、光栏沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的另一侧，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏均位于同一光轴上。因此，该光路系统能保证上述检测方法有效地实施，是一种结构简单、较为理想的光路系统。
图1为用光电反射法测量玻璃管壁厚的原理示意图。
图2为本发明方法所采用的光路系统原理示意图。
图3为光电管接收的玻璃管底层和表面层反射光强示意图。
图4为本发明所采用的电路原理方框示意图。
具体实用方式请先参阅图1所示，根据光电反射法原理可知，光束在玻璃管表面的反射光线其位移与玻璃管壁厚尺寸之间存在一定的关系。一束激光b沿玻璃管轴线按α1角入射至玻璃管，则从该入射点的玻璃管管壁表面层与底面层分别反折射出平行的两个光束b1、b2。此二反射光束分离之距离L图中BC段与玻璃管壁厚δ图中AE段相关。设光在空气中的折射率为n0(近似为1)，在玻璃介质中的折射率为n1，光束b的入射角为α1，折射角为α2，∵n0·sinα1＝nX1·sinα2(1)则sinα2=n0n1sinα1=sinα1n1]]>∵EF=AE·tgα2=AE·sinα2cosα2=sinα21-sin2α2·AE=sinα1n11-(sinα1n1)2·AE---(2)]]>而BC＝2·EF·cosα1，代入式2BC=2·sinα1·cosα1n1·1-(sinα1/n1)2·AE---(3)]]>∴L=2·sinα1·cosα1n11-(sinα1/n1)2·δ---(4)]]>或L＝K·δ (5)其中K=2·sinα1·cosα1n1·1-(sinα1/n1)2]]>K为与光入射角α1及被测管材质折射率n1相关的比例系数，通常在方案设计时已定为常数，故反折射光线的平行位移量L仅与玻管壁厚δ有关成正比，测出位移L值即可获得玻璃管管壁δ值。
本发明的玻璃管壁厚动态检测方法就是基于上述原理，它包括以下步骤，a，用激光光源发出光束并通过扩束透镜将该光束进行扩束，并将扩束后的光以扫描光带线经过透镜投射到被测的玻璃管上；b，将玻璃管上所形成的反射光和折射光再分别通过会聚透镜和反射镜投射至一狭缝光栏，随后取得光电信号并计算出玻璃管壁厚度。
所述的步骤b进一步包括以下步骤，b1，在狭缝后置一光电管，光电管接收光信号并将光信号转换为电信号；b2，将所述电信号通过电子电路进行处理、并计算出被测的玻璃管的管壁厚度。
所述的步骤b中，在扫描光带线投射到透镜之前，设置一采样启动光电管，以此作为玻璃管的定位基准。
所述的步骤b1中，在光电管接收光信号之前，先设置一会聚透镜将从狭缝光栏出射的光进行会聚到光电管上。
基于上述检测方法，请结合图2所示，本发明的玻璃管壁厚动态检测光路系统包括光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的一侧，会聚透镜、反射镜、光栏沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的另一侧，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏均位于同一光轴上。
所述的光栏后设置聚焦透镜，聚焦透镜将从光栏发出的光经过聚焦于光电管上。
所述的旋转镜为一匀速多面转镜。
所述的旋转镜与透镜之间设置一采样启动光电管，所述的采样启动光电管位于近透镜的边缘光路上。
所述的光源采用激光光源。
图2中，激光光源采用氦氖激光器，用HENE表示，扩束透镜用L0表示、匀速多面转镜用M1表示，透镜用L1表示，采样启动光电管用O表示，会聚透镜用L2表示，全反射镜用M2表示、狭缝光栏用D表示，聚焦透镜用L3表示，光电管用PIN表示。
激光器HENE、扩束透镜L0、匀速多面转镜M1、透镜L1、以及采样启动光电管O为光发射部分，多面转镜M1形成恒速激光扫描光带线由A向B扫描，光线从A向B方向对准玻璃管管轴线扫描。
聚透镜L2、全反射镜M2、狭缝光栏D、聚焦透镜用L3、光电管用PIN组成了光接部分。光电管PIN收到的光电信号为时域函数，如图3所示。该信号波形a2、a1变化曲线与反射光点之光强分布变化对应，其中a2对应是玻璃管管壁底层反射光强；a1对应是玻璃管管壁表面层的反射光强，它们之间的间隔时间反映出玻璃管壁厚的大小。由于在本发明中激光光带是恒速扫描，因此只要利用后述的电子线路解读出波形a2、a1峰峰位置的时间Δt，就获得精确的位移L值，测出精确的玻璃管壁厚值δ。
请最后再参阅图4所示，光电管PIN后续的电子线路是按此方框图进行工作的，其中“光电转换”电路将微弱的反射光转换为电信号，不失真地偶合送入带AGC功能的放大电路，后者能改善原始波形，缩小两个波形的幅度差异达到整形放大的目的。再经过由高速运算放大器组成的“波峰闸门鉴别”电路，作波峰位置鉴别，取出两波峰时间间隔脉宽，作为高频脉冲计数电路的计数开关。计数结果通过比例计算，换算成相对应的直读玻璃管壁厚尺寸值，用LED数码管显示。
图4中所示“光强指示”、和“光点测量位置显示”电路，是为使用测量装置的操作者提供观察测量条件所用，以两组直线排列的发光二极管形式显示。前者装在激光光带传感器箱体面板上，用来指示所收到反射光强的幅度大小。当此指示器亮灯数明显减少时(三个灯以下)，表示信号畸变或衰减，说明激光光点偏离玻璃管轴线已超过允许范围，应及时调节纠正。后者则装在一控制箱的面板上，亮灯的位置出指示激光光带传感器离开玻璃管表面的距离。本发明的电子线路部分是在单片微处理机控制下完成各项功能的，整个光路和电子线路部分系统以单片微处理器为核心，完成激光扫描、采样、计数、设定操作、壁厚显示等功能，玻管壁厚动态检测能达到以下技术指标测壁厚范围0.7-4.0mm显示分辨率0.01mm测壁厚精度+/-0.02mm。
权利要求
1.一种玻璃管壁厚动态检测方法，其特征在于该检测方法包括以下步骤，a，用激光光源发出光束并通过扩束透镜将该光束进行扩束，并将扩束后的光以扫描光带线经过透镜投射到被测的玻璃管上；b，将玻璃管上所形成的反射光和折射光再分别通过会聚透镜和反射镜投射至一狭缝光栏，随后取得光电信号并计算出玻璃管壁厚度。
2.如权利要求1所述的玻璃管壁厚动态检测方法，其特征在于所述的步骤b进一步包括以下步骤，b1，在狭缝后置一光电管，光电管接收光信号并将光信号转换为电信号；b2，将所述电信号通过电子电路进行处理、并计算出被测的玻璃管的管壁厚度。
3.如权利要求1所述的玻璃管壁厚动态检测方法，其特征在于所述的步骤b中，在扫描光带线投射到透镜之前，设置一采样启动光电管，以此作为玻璃管的定位基准。
4.如权利要求2所述的玻璃管壁厚动态检测方法，其特征在于所述的步骤b1中，在光电管接收光信号之前，先设置一会聚透镜将从狭缝光栏出射的光进行会聚到光电管上。
5.如权利要求1或2所述的玻璃管壁厚动态检测方法，其特征在于在计算被测的玻璃管的管壁厚度时，依据如下公式，L＝K·δ其中，K=2·sinα1·cosα1n1·1-(sinα1n1)2,]]>K为与光入射角α1及被测玻璃管材质折射率n1相关的比例系数，δ为玻璃管管壁L为反射光与折射光分离的距离。
6.一种玻璃管壁厚动态检测光路系统，其特征在于该光路系统包括光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的一侧，会聚透镜、反射镜、光栏沿光的传播方向依次设置于被测玻璃管的另一侧，光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏均位于同一光轴上。
7.如权利要求6所述的玻璃管壁厚动态检测光路系统，其特征在于所述的光栏后设置聚焦透镜，聚焦透镜将从光栏发出的光经过聚焦于光电管上。
8.如权利要求6所述的玻璃管壁厚动态检测光路系统，其特征在于所述的旋转镜为一匀速多面转镜。
9.如权利要求6所述的玻璃管壁厚动态检测光路系统，其特征在于所述的旋转镜与透镜之间设置一采样启动光电管，所述的采样启动光电管位于近透镜的边缘光路上。
10.如权利要求6所述的玻璃管壁厚动态检测光路系统，其特征在于所述的光源采用氦氖激光光源。
全文摘要
本发明公开了一种玻璃管壁厚动态检测方法及光路系统，该方法先用激光光源发出光束并通过扩束透镜将该光束进行扩束，并将扩束后的光以扫描光带线经过透镜投射到被测的玻璃管上；再将玻璃管上所形成的反射光和折射光再分别通过会聚透镜和反射镜投射至一狭缝光栏，随后取得光电信号并计算出玻璃管壁厚度。因此，该方法能消除传统的激光光点反射方法中存在的反射光点位置易偏离、以及反射光的强度及其走向位置发生变化使测量结果受到影响的缺点。光路系统包括了光源、扩束透镜、旋转镜、透镜、会聚透镜、反射镜、光栏，该光路系统能保证上述检测方法有效地实施，是一种结构简单、较为理想的光路系统。
文档编号G01B11/06GK1715831SQ200410025598
公开日2006年1月4日 申请日期2004年6月30日 优先权日2004年6月30日
发明者王建军, 连家德, 张春晖 申请人:上海理日光电科技有限公司