專利名稱：：一種測量物體直徑的方法及其設備的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種測量物體直徑的方法及其設備，它特別適用于應用激光技術來測量線材、管材直徑的方法及其設備。眾所周知，應用激光技術測量線材、管材直徑的方法及其設備已在工業生產中應用。其中之一就是被稱之為“掃描型激光測徑”的方法及設備。這種儀器設備的工作原理(測量方法)如圖1所示。它是將激光束照射到電機帶動的旋轉鏡上使激光束以勻角速度運動，當激光束通過線性掃描透鏡〔F(θ)透鏡〕，掃描激光線即由勻角速度變為勻線速度。其后光線再通過積分透鏡會聚于光電探測器上。這時，在兩透鏡之間如置入一線材、管材或其他物體的被測件，那么在光電探測器的輸出端就可得到如圖2所示的時間波形。其中△t2為被測件的擋光時間。設激光掃描速度為V，則被測件直徑D＝K·V·△t2(式中K為比例常數)。所以只要通過信號處理電路測得擋光時間△t2的寬度，再經校正，即可在終端設備上打印或顯示出被測件的直徑。電子科技大學1987年研制生產的LMD-I型激光測徑儀就是采用此種方法測量線性直徑的專用設備。但是，應用此種方法測量線材直徑對測量設備要求甚高，測量設備中電機的抖晃、電路元器件溫度的漂移都能對測試精度產生較大的不利影響。所以在季節及氣候變化時，測量讀數都有變化，需要經常調整。而且，應用此方法的測量設備開機后穩定時間較長，從而影響了在線操作。另外，目前國內外還有其他一些類型的測量方法及專用設備。如同步電機掃描方式、音叉掃描方式(如日本安立電氣株式會社的M502A、M502B、M502C型激光測徑儀)。這些方法均存在著其專用設備復雜、昂貴，然而仍然無法根本克服由于電機抖晃及電路元器件的溫度漂移而影響測量精度的弊病。本發明的任務在于針對上述現有技術上的缺點，提出一種新的測量方法和與之配套的專用設備，克服電機抖晃及電路元器件溫度漂移給測量精度帶來的不利影響。從而在保證測量精度的前提下降低測量設備的費用。為工業性生產提供一種性能價格比高的在線測試設備。本發明的技術要點在于采用了一種獨特、簡易的光電自動補償方法，補償電機轉速不穩、抖晃及信號處理電路中的元器件參數受溫度變化而不穩定給測量精度所造成的影響。我們知道，現有的激光掃描類型的測徑儀的測量方法只獲取被測件的擋光時間△t2-測量信號，然后經校正變換成被測件的直徑。所以，由于電機轉速不穩、抖晃以及在信號處理電路中，元器件的性能變化都會對△t2，產生影響，從而影響測量的精確性。針對這一主要矛盾，本發明除了獲取測量信號之外，還同時測得另一標準擋光物的擋光時間△t1-即標準信號，標準信號及測量信號處在同一光路中，二種信號經放大和被形處理后分離，各自經A/D轉換為數字信號后同時進入計算機，在計算機中實現△t2/△t1的運算。假若電機轉速不穩、轉速突然變化為原來的幾倍，由于標準信號和測量信號同時受其影響，那么這種對電機轉速波動的影響視為幾乎是相同的。即標準信號變為n△t1，測量信號亦變為n△t2，然而他們相除的結果不變，即(n·△t2)/(n·△t1)=(△t2)/(△t1)。只要用一予置的常數乘以(△t2)/(△t1)，其商的顯示值就能正確地表示被測件直徑的直實值。如果此值采用多信號次采集信號的平均值。則可以得到更好的效果。同樣，由于標準信號及測量是在同一光路，也經過同一光電探測器、放大器，所以電路元器件對△t1、△t2二個信號的影響也被認為是相同的，所以經過相除運算后，電路元器件由于溫漂所產生的參量不一致等對測量結果的影響也能被消除。當然，為了獲得最好的補償效果，標準擋光物在縱向應盡量與被測件處于同一平面，而在橫向也應與被測件靠近，但必須有一間隔距離，以便使△t1與△t2之間有一小的時間間隔。實現上述測量方法的測量設備包括有激光光源;使激光束產生勻角速運動的電機及電機帶動的旋轉鏡;使激光束從勻角運動轉變為勻線運動的F(θ)透鏡;產生標準信號的標準擋光物;聚積包括有標準信號與被測信號激光束的積分透鏡和光電探測器;放大電路;半峰檢波電路;波形處理電路;(標準信號與被測信號經上述電路分離)將標準信號和被測信號分別轉化為數字信號的A/D變換器;完成數據處理-自動補償功能的計算機以及終端設備。本發明的積極效果是十分明顯的。首先本發明很好地解決了電機抖晃、電路元器件溫漂對測量結果的影響。例如，應用現有的掃描型激光測徑儀，如果掃描電機本身的參量抖動率為0.3%，在測量9mm直徑的線材時，測量的不準確性僅由電機造成的影響的就有27μm，而采用本發明，包括有電機抖晃、電路元器件溫漂及F(θ)透鏡的非線性所造成的不準確性只有2μm。其次，采用本發明，使得對測量儀器元器件的質量要求大大降低。所以本發明的專用設備具有很高的性能價格比。目前進口的測徑儀價格為2-4萬美元一臺，而本發明專用設備的價格僅為其十分之一。并且也低于國內生產的技術指標及性能均較差的其它同類產品。經有關部門試用證明，本發明的專用設備是高精度、高穩定度、大動態范圍、高性價格比的測量設備，下面給出與國內外相應產品的對比表</tables>下面結合附圖對本發明作進一步的描述。圖1為現有的掃描型激光測徑儀的工作原理1A為在光電探測器輸出端的波形2為本發明的方法及涉及的專用設備的工作原理2A為在光電探測器輸出端的波形2B為在波形處理電路輸出端的波形1中，1為激光光源-HeNe激光器、2為電機、3為安置于電機上的旋轉反射鏡、4為F(θ)透鏡、5為被測件、6為積分透鏡、7為光電探測器、8為放大電路、9為半峰檢波電路、10為波形的模擬處理電路、11為A/D變換器、12為數字終端設備。波形圖是在光電探測器輸出端得到的。其中△t2為被測信號，它是被測物的擋光時間寬度。△t2經放大、半峰檢波、模擬波形處理、A/D變換后即可在終端顯示或打印出被測件直徑的數據。圖2中，1為激光光源(這里也用HeNe激光器)、2為電機、3為安置于電機上的旋轉反射鏡、4為F(θ)透鏡、5為被測件、6為積分透鏡、7為光電探測器、8為放大電路、9為半峰檢波電路、10為波形處理電路、11為A/D變換器、12為終端設備(這里采用顯示設備)、13為置于光路中的標準擋光件、14為微機數據處理系統。圖2A和圖2B中，△t1為標準信號，它是標準擋光件的擋光時間寬度，△t2為被測信號，它是被測件的擋光時間寬度。測量步驟如下激光光源的激光束照射到由電機帶動的旋轉鏡上，使光束以勻速度運動，勻角速運動的激光束經F(θ)透鏡后掃描光束由勻角速運動變為勻線速度，掃描光束分別垂直掃過被測物與標準擋光件后會聚于光電探測器上，那么在光電探測器上即可得到圖1A所示的波形。其中△t1為標準信號、△t2為被測信號，二種信號經放大、波形處理后分離，各自經A/D變換為數字信號，經計算機實現△t1/△t2，運算后乘以一適當常數，即可在終端設備上顯示出被測件直徑的準確數據。為使測量數據更準確，在計算機數據處理時，本發明采用了采集信號的多次平均運算。權利要求1.一種測量物體直徑的方法，它是用掃描激光束以均線速度垂直掃過被測物體，以測得被測物體的擋光時間--即測量信號△t2，其特征在于在掃描光路上另設置有一標準擋光件，同一光路中以測得另一擋光時間--標準信號△t1；標準信號△t1與測量信號△t2經放大、半峰檢波、波形處理后分離，各自經A/D變換為數字信號；經計算機數據處理實現△t2/△t1，運算后乘以予置常數之值即為被測物體直徑。2.根據權利要求1所述的測量物體直徑的方法，其特征在于實現相除運算的△t2及△t1分別是多次采集信號的平均值。3.一種為使用權利要求1而專門設計的測量設備，它包括有產生激光束的激光器、使激光束轉變為勻角運動的旋轉鏡、帶動旋轉鏡旋轉的電機、使激光束從勻角運動轉換為勻線運動垂直掃描的F(θ)透鏡、將掃描激光束集于光電探測器的積分透鏡、將積分透鏡的光信號轉變成電信號的光電探測器以及放大電路、半峰檢波電路。A/D變換及終端顯示設備，其特征在于在F(θ)透鏡與積分透鏡之間安置有一標準擋光件;在A/D變換器與終端顯示設備之間有一進行數據處理及測量誤差補償的計算機數據處理設備。全文摘要本發明公開了一種測量物體直徑的方法及其設備。這種方法是在同一光路中用掃描激光束分別垂直掃過被測物體和標準擋光件，以獲取二個光信號，二個光信號經放大、半峰檢波、波形處理后分離，分別經A/D變換后由計算機進行相除運算后乘以預置常數即可取得測量數據。本發明公開的專用設備較之現有的測量設備是在光路中安置了一個以獲取標準信號的標準擋光件，以及在電路系統中新加入了計算機數據處理設備以補償環境變化和系統設備所造成的誤差。所以采用本發明可大大提高測量精度、降低設備成本、提高產品質量，是管材、線材生產的新方法、新設備。文檔編號G01B11/08GK1065330SQ91107169公開日1992年10月14日申請日期1991年3月28日優先權日1991年3月28日發明者曾昭信,何舜華申請人:電子科技大學
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