光电检测技术及应用教学课件作者徐熙平第8章节外形尺寸检测课件

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1、19七月2021《光电检测技术及应用》第8章外形尺寸检测任课教师：徐熙平目录8.1概述8.2模拟变换检测法8.3光电扫描检测法光学扫描法、电扫描法8.4CCD自扫描检测法第8章外形尺寸检测一、概述先将长度量通过光学元件变成光学量（光通量或光脉冲数），通过光电器件将光学量变成电量，这个反映被测量（或误差）的电量通过电子技术实现自动测量和控制。1、模拟量变换法通过光通量的变化或光通量的有无来反映零件尺寸及公差大小。影响测量准确度的主要因素主要有光电器件的灵敏度和噪声（背景噪声、器件噪声和放大器噪声）。另外对光源的稳定性也要求很高，但由于这种方法简单，使用方便，在精确度要求不高的情况下得到应用

2、。2、模数转换法用离散量来表示。检测精度高、易于数字化和智能化。第8章外形尺寸检测二、模拟变换检测法经光学系统得到一束平行光，投射到被测工件上。其中一部分光通量被工件遮挡，而另一部分照射到光电器件上，工件遮挡光通量的多少取决于被测工件的尺寸大小，所以光电器件输出的电流是被测工件尺寸的函数。光电器件输出的电信号进行放大，然后进行信号处理，最后通过控制机构。光通量测量法第8章外形尺寸检测二、模拟变换检测法从光源发出的光束经样板和被测圆环之间的空隙而射到光电器件上，空隙的大小由被测圆环的尺寸所决定。射到光电器件上的光通量的大小会随着被测圆环尺寸而改变，因而改变了光电流的强度，人们通过光电流大小

3、便可确定圆环尺寸和误差大小。活塞环检测原理1—被测圆环2—样板3—光源4—光学透镜5—齿形调制盘6—光电器件第8章外形尺寸检测二、模拟变换检测法变化，将光电流进行放大等电路处理，不仅能测量值的大小，而且能判断出误差是正差还是负差，经分选后分出成品和废品。多狭缝检测原理格栅向上移动时通光面积增大，向下移动通光面积减小，光电器件输出的光电流也随之第8章外形尺寸检测三、光电扫描检测法1、光学扫描法激光扫描检测系统原理图第8章外形尺寸检测三、光电扫描检测法信号检出和计数过程第8章外形尺寸检测三、光电扫描检测法位移误差分析图影响测量精度的因素量化误差旋转棱镜8面体的几何形状误差工件在移动过程中进行

4、检测时带来的位移误差扫描轴线与工件轴线不垂直误差随机误差扫描面与工件轴线不垂直误差第8章外形尺寸检测三、光电扫描检测法2、电扫描法真空摄像管检测法摄像管检测装置的示意图第8章外形尺寸检测三、光电扫描检测法设扫描电子束每扫一行的有效距离为L，定时器所计一行的脉冲数为N，则每一脉冲的当量即量化单位：若电子在扫过影像的时间内，定时器所计脉冲为n，则影像尺寸为：摄像管工作波形图第8章外形尺寸检测三、光电扫描检测法光敏二极管阵列检测法线阵列等效电路工作波形图第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法微小尺寸的检测线阵CCD衍射的方法测量微小尺寸原理框图细丝衍射图像当很小时，第8章外形尺寸检测四、CC

5、D自扫描检测法对式进行微分得误差公式为：简化得：若使用氦氖激光，λ＝632.8nm，L=1000mm±0.5mm，d=500μm。则得：当CCD像元选用（13±1）μm，则ΔS=10μm，得误差为：第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法S的测量方法S测量原理框图S计算波形图第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法小尺寸的检测CCD小尺寸对象测量原理框图第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法大尺寸（或高精度工件）检测双CCD方法大尺寸测量原理图第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法透明材料（石英玻璃管）厚度的测量石英玻璃管壁厚测量原理第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法由折射定律

6、：由几何关系得：光束宽度为：此光束被线阵CCD接收，输出两个携带有被测玻璃管壁厚信息的光强脉冲信号，经电子学系统采集和数据处理后，可以得到h的值。玻璃管壁厚为：第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法设计一个石英玻璃管壁厚在线检测系统，主要技术指标为：测量范围：1.5～15mm；测量精度：±0.01mm1）光源及光源准直系统测量光束的扩束准直整形原理图第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法2）接收光学系统接收光学系统由扩束透镜组和CCD接收器件组成，从被测件出射的两束光带着被测件厚度信息进入准直扩束系统。本系统的扩束系统是两个镜片组成的无焦透镜组，扩束倍率为4，扩束倍率主要受接收器件C

7、CD的尺寸限制。为了提高测量精度，使反射出来的两束光有最大的宽度距离。取=49°，则k=0.3927，BC=0.7854mm。系统测量范围为1.5～15mm，从被测件出射的两光束最大距离为1.19～11.91mm，经准直扩束透镜组后的距离为4.76～47.64mm。所以本系统的CCD选用有效像元为7500，像元尺寸为7μm的黑白线阵CCD器件，其有效接收范围为52.5mm，满足测量范围要求。第8章外形尺寸检测四、CCD自扫描检测法精