石英管壁厚激光扫描在线检测系统研究

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1、第!"卷第!期兵工学报./01!",/1!!##$年%月&’(&&)*&*+,(&)--*2345!##$!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!石英管壁厚激光扫描在线检测系统研究徐熙平张国玉付秀华安志勇李成志杨继兴（长春理工大学，吉林长春，6%##!!）摘要基于光电传感和激光扫描检测技术，本文提出了一种石英管壁厚激光扫描在线检测系统，采用激光后扫描方法对以一定角度入射到石英管侧面，经其内外表面反射后的两束激光光束的空间位置进行测量，解决

2、了石英管壁厚非接触在线测量问题。文中详细论述了系统的总体结构、检测原理及信号处理系统。通过实验对系统的测量精度进行了验证，结果表明系统测量精度达7#1#6881关键词仪器仪表技术；石英管；激光扫描；壁厚测量；在线检测中图分类号(,!$9石英管的壁厚尺寸是衡量其质量优劣的重要参汇聚到多面体旋转反射镜（转镜）反射面上，由于转数之一，用于光纤外皮管的石英管壁厚尺寸直接影镜的旋转使得两束光线经平面反射镜"反射后以一响光纤的特性和寿命，所以在其生产过程中，必须实定的时间间隔分别入射到接收光电传感器光敏面时监控壁厚参数使之控制在公差范

3、围内。生产石英上，光电器件输出两个携带有被测壁厚信息的光强管一般采用中频炉对空心石英砣料进行加热后再由脉冲信号，经光电子学系统采集和数据处理后，其测牵引轮拉伸的方法，其壁厚是由牵引速度和空心砣量结果可直接数字显示或送入计算机显示、存贮和料中的空气压力决定的。鉴于石英管生产具有高打印。温、易碎且不易采用接触法测量的特点，故采用具有高速、高精度和非接触测量等优点的激光扫描检测技术［6，!］来测量其壁厚，可满足检测要求。通过将测量结果数字量由:／&转换器转换成模拟量，再将此模拟量输入;-:调节器，对石英管生产设备的牵引轮或风机的

4、电机进行控制，实现了生产石英管监测与闭环控制的目的。!总体结构与测量原理系统总体结构如图616所示，半导体激光器6作为光源，其高斯光束经准直、扩束和整形光学系统!后，形成6#88<#=6"88准直线状光束，其以一图616系统总体结构框图定的角度入射到石英管侧面上，这束光线被分为两>?@1616ABC3200DE3F4EF3C/GE5CDHDEC8部分，一部分被石英管外表面反射，另一部分经外表面折射后入射到内表面上，被反射再次入射到外表系统测量原理如图61!所示，当半导体激光光束面，折射后形成一个平行于外表面反射光线的折射以

5、一定角度!入射到石英管上时，形成如图6!!（"）光线。这两束平行光线的空间位置与石英管的壁厚所示的光路。由反射定律形成一束与入射光线对称有关。光线经接收光学系统%和平面反射镜$后，的反射光线#$，同时有一部分光在管壁内折射，折!##%年!月收稿，!##$年!月定稿。%98兵工学报第%>卷$地测出+值就可以计算出厚度结果。射角为!，根据折射定律则有!"#!!!"#"关系成"立（"为石英管折射率）。在石英管壁内的光线入射!信号采集与计算机实时数据处理系统设计到内表面#处时，同样遵循反射和折射定律，形成信号采集电子学系统是将两个

6、反映石英管厚度的内反射光线会再次入射到外表面，根据折射定律的光信号转换为电脉冲信号。由于激光光束具有一形成与$%平行的光线射出。设石英管的壁厚为&，定的光斑几何尺寸而非理想点光源，光电传感器输根据几何关系由!$#’和!$’%，可以求出’%出的信号非理想的脉冲信号，因此采用二次微分电值，路处理后得到理想的测量信号波形。再由逻辑电路’%!%("&（$)$）进行处理取出两脉冲信号的上升沿，形成一个表示式中，(&’#［’()!"#（$!"#"）］·)*!")壁厚的方波脉冲信号，测量信号形成如图%6$所示。"!"图%+$测量信号形成

7、过程图,"-+%+$:"’-(’1*2&/010’!3(0;!"-#’5"#"&!4(*)0!!"#-图$+%测量原理分析图计算机实时处理电子学系统采用高频脉冲（频,"-+$+%.)/010*2&/010’!3("#-4("#)"450率为,）对得到的方波信号进行计数。如计数值为.由总体结构图可知，从石英管外、内表面反射/，则信号对应的扫描时间+!/，代入（$69）式可,.的两束光线被接收光学系统接收后，会聚到转镜反得被测石英管的壁厚值。本系统包括硬件电路与软射面上，当转镜旋转时，使得两束光线依次被接收光件程序两部分。硬件

8、主要由扫描电机驱动控制、信电传感器接收，如图$6%（*）所示。由于转镜的转角号处理、数据采集、键盘和显示等单元电路组成，同#与反射光线的转角$有$!%#关系。则扫描时间+时为实现闭环控制需要，设计了:／<变换等接口。!#!$（%为转镜角速度），当接收光学系统焦软件主要包括汇编语言为主的控制、数据处理和显