專利名稱：雙光路激光大直徑測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種工業(yè)在線檢測技術(shù)，尤其涉及一種能測量大直徑玻管工件的雙光路激光大直徑測量儀。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種雙光路激光大直徑測量儀，用于動態(tài)測量石英玻璃管在拉制生產(chǎn)過程中的直徑，包括一激光掃描傳感器、一接受激光掃描傳感器光信號并對之進(jìn)行處理的控制電路；其特點是所述的激光掃描傳感器包括，一激光電源，該激光電源驅(qū)動一激光管發(fā)射出一激光束，經(jīng)第一反射器和第二反射器，將激光束轉(zhuǎn)射至同步掃描轉(zhuǎn)鏡，同步掃描轉(zhuǎn)鏡經(jīng)與其連接的同步電機(jī)帶動而旋轉(zhuǎn)，將激光束形成上掃描區(qū)間；位于同步掃描轉(zhuǎn)鏡之下的第三反射器將經(jīng)同步掃描轉(zhuǎn)鏡展開的激光束反射形成下掃描區(qū)間；上掃描區(qū)間和下掃描區(qū)間分別經(jīng)上透鏡和下透鏡形成上掃描光束和下掃描光束，上下掃描光束和經(jīng)大口徑會聚透鏡聚光在光電接收管靶面；所述的控制電路包括，一光電轉(zhuǎn)換電路，該光電轉(zhuǎn)換電路與激光掃描傳感器中光電接收管靶面構(gòu)成光電連接，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；一門控脈沖分離電路，該門控脈沖分離電路與光電轉(zhuǎn)換電路電連接，它接收并處理光電轉(zhuǎn)換電路來的測量信號，并將測量信號進(jìn)行分離；一計數(shù)電路，該計數(shù)電路接收門控脈沖分離電路的信息，并進(jìn)行計數(shù)；一單片微處理控制電路，該單片微處理控制電路與計數(shù)電路連接。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，在所述的激光掃描傳感器中，所述的上掃描光束和下掃描光束各為50毫米，在上掃描光束和下掃描光束中間設(shè)有25毫米的遮光區(qū)，形成125mm的掃描區(qū)。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，所述的大口徑會聚透鏡可用二個小尺寸聚光透鏡和取代。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，所述的光電轉(zhuǎn)換電路由上下兩路光電轉(zhuǎn)換電路組成，兩路光電轉(zhuǎn)換電路各接收一個光路的匯聚信號，每路光電轉(zhuǎn)換電路包括光電轉(zhuǎn)換前置放大器、半波鑒波電路；所述的光電轉(zhuǎn)換前置放大器由兩硅光電二極管(PIN)和集成電路U21型號為LF356的前置放大器組成；所述的半波鑒波電路由三集成電路U11、U31型號分別為LF353和兩LM311的放大器組成，上述兩光電信號分別從接插件#1、#2至或門電路74128，輸出復(fù)合光電轉(zhuǎn)換信號O/E至門控脈沖分離電路。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，所述的門控脈沖分離電路包括，由型號為4050組成的緩沖放大器U62D，它將復(fù)合光電轉(zhuǎn)換信號O/E進(jìn)行放大，由型號為7400的四與非門U12、24A、型號為7427的三或非門02A、02B、02C、兩型號為7474的雙D觸發(fā)器U21和U23、以及可編程計數(shù)器8253(2)的口1、口2等組成的門控脈沖分離電路，在D觸發(fā)器U23的腳6處得到光電計數(shù)信號/Q1，送至型號為74393的計數(shù)電路。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，所述的計數(shù)電路包括，由型號為7492的分頻器電路U13，型號為7474的D觸發(fā)器電路U23B，以及型號為7404的43C、43D兩反向器組成的分頻電路給微處理機(jī)擴(kuò)展芯片提供振蕩源。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，所述的單片微處理控制電路(240)包括，一由型號為8031單片機(jī)，與單片機(jī)8031連接的型號為373地址鎖存器，與地址鎖存器373連接的型號為2732的程序寄存器，以及與單片機(jī)8031地址線連接的型號為75154的地址譯碼器，由此構(gòu)成微處理機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，管理輸入、輸出、計算，實現(xiàn)儀器的采樣、顯示、開關(guān)操作以及回控輸出等。
在上述的雙光路激光大直徑測量儀中，其中，在所述的門控脈沖分離電路中還設(shè)有一自校信號電路，該自校信號電路包括，一由型號為8253(2)可編程定時器U22，可編程計數(shù)器的8253(2)的可0發(fā)出自校信號方波源，通過反向器7407(43E)、計數(shù)分頻電路4017(44)、或非門7427(33)、觸發(fā)器7474(42)、與非門7400(24)等產(chǎn)生一個模擬光電采樣信號ZJ(24D腳11)，用作儀器的自校信號，可檢查儀器電路是否正常，與非門U24腳11輸出的作為儀器調(diào)試查用的自校信號ZJ至測量/自校(CL/ZJ)選擇開關(guān)的ZJ輸入端，由該開關(guān)選通進(jìn)入型號為7400與非門12D。
本實用新型雙光路激光大直徑測量儀由于采用了上述的技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果1.本實用新型由于采用雙光路，因此可測范圍被擴(kuò)大，可測量直徑φ30毫米至φ100毫米的工件；2.本實用新型由于采用兩個相向掃描方式，因此遮光信號不受透明玻璃管中央透明區(qū)透光的影響，隨意既可測不透明大直徑工件，也可測透明的大直徑工件。
圖3是圖2中采用二個小尺寸聚光透鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實用新型雙光路激光大直徑測量儀中控制電路的方框圖；圖5是圖4中光電轉(zhuǎn)換電路的電原理圖；圖6是圖4中除光電轉(zhuǎn)換電路的電原理圖；圖7是本實用新型雙光路激光大直徑測量儀中測量小直徑石英玻璃管的電原理圖。
由此可見，上述的雙光路測量系統(tǒng)具有以下特點1.儀器可測范圍被擴(kuò)大，擴(kuò)大的范圍內(nèi)由式(1)中的D部分決定，一般結(jié)構(gòu)就可構(gòu)成100毫米至200毫米的掃描范圍。
2.儀器可測尺寸的變化范圍及其測量分辨率由小尺寸的單光路結(jié)構(gòu)A和B決定，可精確到0.01mm，重復(fù)性優(yōu)于0.2％；故大尺寸測量結(jié)果的精度及線性就由小尺寸掃描器件的精度及線性來保證；此外，如果只要測量小尺寸工件，則可選擇只使用一個掃描場的方式操作。
3.用兩個相向掃描方式(從外側(cè)向內(nèi)側(cè)掃描)所取得的遮光信號是由檢測透光信號(A2和B2)后按式2、3獲得，因此所取得的遮光信號不受透明玻璃管中央透明區(qū)透光的影響，故這種方式掃描既可測不透明大直徑工件(如粗電纜、橡塑管、金屬管等)，也可測透明的大直徑工件(如石英玻管)。
4.與大尺寸的光路比較，兩個小尺寸單光路掃描器件(光學(xué)透鏡)制造簡單、器件費用也較低，因此能大大減化整機(jī)結(jié)構(gòu)，減小體積，降低工藝制作難度，從而減小制造成本。
為實現(xiàn)雙光路測量原理，本實用新型雙光路激光大直徑測量儀，由一激光掃描傳感器100，和一接受激光掃描傳感器100光信號并對之進(jìn)行處理的控制電路200所組成。
請結(jié)合

圖1參見圖2和圖3所示，它們是本實用新型雙光路激光大直徑測量儀的雙光路掃描傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型中的激光掃描傳感器100包括，一激光電源110，激光電源110驅(qū)動一HeNe激光管120，使之發(fā)射出一激光束，該激光束經(jīng)第一反射器131和第二反射器132，將激光束轉(zhuǎn)射至同步掃描轉(zhuǎn)鏡140，同步掃描轉(zhuǎn)鏡140經(jīng)與其連接的同步電機(jī)帶動而逆時針方向旋轉(zhuǎn)，將激光束展開形成上掃描區(qū)間151；而位于同步掃描轉(zhuǎn)鏡140之下的第三反射器133也將經(jīng)同步掃描轉(zhuǎn)鏡140展開的激光束反射形成下掃描區(qū)間152；上掃描區(qū)間151和下掃描區(qū)間152分別經(jīng)上透鏡161和下透鏡162形成上掃描光束171和下掃描光束172，在本實施例中，上掃描光束171和下掃描光束172各為50毫米，在上掃描光束171和下掃描光束172中間設(shè)有25毫米的遮光區(qū)，形成125mm的掃描區(qū)172，然后經(jīng)大口徑會聚透鏡180聚光在光電接收管靶面190，在本實施例中，該大口徑會聚透鏡180可用二個小尺寸聚光透鏡181和182取代(見圖3)。
請結(jié)合圖1和圖2參見圖4所示，圖4是本實用新型雙光路激光大直徑測量儀中控制電路的方框圖。本實用新型的控制電路200包括，一光電轉(zhuǎn)換電路210，該光電轉(zhuǎn)換電路210與激光掃描傳感器100中光電接收管靶面190構(gòu)成光電連接，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；與光電轉(zhuǎn)換電路21電連接的是一門控脈沖分離電路220，門控脈沖分離電路220接收并處理光電轉(zhuǎn)換電路21來的測量信號，并將測量信號進(jìn)行分離；與門控脈沖分離電路220連接的是一計數(shù)電路230，該計數(shù)電路230接收門控脈沖分離電路220的信息，并進(jìn)行計數(shù)；與計數(shù)電路230連接的是一單片微處理控制電路240。
請結(jié)合圖4參見圖5所示，圖5是圖4中光電轉(zhuǎn)換電路的電原理圖。所述的光電轉(zhuǎn)換電路210，用以將激光掃描傳感器100中光電接收管靶面190處接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。在本實施例中，由上下兩路光電轉(zhuǎn)換電路組成，兩路光電轉(zhuǎn)換電路各接收一個光路的匯聚信號，每路光電轉(zhuǎn)換電路包括光電轉(zhuǎn)換前置放大器、和與前置放大器連接的半波鑒波電路；所述的光電轉(zhuǎn)換前置放大器由兩PIN光電管和集成電路D11型號為LF356的前置放大器組成；所述的半波鑒波電路與前置放大器U21 LF356的輸出端腳6連接，該半波鑒波電路包括三集成電路放大器U11和U31，在本實施例中選用了型號分別為放大器LF353和兩比較器LM311的放大器組成，上述兩路光電信號分別從接插件#1、#2至或非門電路74128，輸出復(fù)合光電轉(zhuǎn)換信號O/E送至門控脈沖分離電路220。
請結(jié)合圖4參見圖6所示，圖6是圖4中除光電轉(zhuǎn)換電路以外的電原理圖。在圖6中，包含了一門控脈沖分離電路220，一計數(shù)電路230，和一單片微處理控制電路240。其中，所述的門控脈沖分離電路220包括，由型號為4050組成的緩沖放大器U62D，它的作用是將復(fù)合光電轉(zhuǎn)換信號O/E進(jìn)行放大，由型號為7400的四與非門U12、24A、型號為7427的三或非門02A、02B、02C、兩型號為7474的雙D觸發(fā)器U21和U23、以及可編程計數(shù)器8253(2)的口1、口2等組成的門控脈沖分離電路，在D觸發(fā)器U23的腳6處得到光電計數(shù)信號/Q1，送至型號為74393的計數(shù)電路230。
所述的計數(shù)電路230包括，由型號為7492的分頻器電路U13，型號為7474的D觸發(fā)器電路U23B，以及型號為7404的43C、43D兩反向器組成的分頻電路給微處理機(jī)擴(kuò)展芯片提供振蕩源。
所述的單片微處理控制電路240包括，一由型號為8031單片機(jī)，與單片機(jī)8031連接的型號為373地址鎖存器，與地址鎖存器373連接的型號為2732的程序寄存器，以及與單片機(jī)8031地址線連接的型號為75154的地址譯碼器；由此構(gòu)成微處理機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，管理輸入、輸出、計算，實現(xiàn)儀器的采樣、顯示、開關(guān)操作以及回控輸出等。
在本實用新型中還設(shè)有一自校信號電路，該自校信號電路包括，一由型號為8253(2)可編程定時器U22，可編程計數(shù)器的8253(2)的可0發(fā)出自校信號方波源，通過反向器7407(43E)、計數(shù)分頻電路4017(44)、或非門7427(33)、觸發(fā)器7474(42)、與非門7400(24)等產(chǎn)生一個模擬光電采樣信號ZJ(24D腳11)，用作儀器的自校信號，可檢查儀器電路是否正常，與非門U24腳11輸出的作為儀器調(diào)試查用的自校信號ZJ至測量/自校(CL/ZJ)選擇開關(guān)的ZJ輸入端，由該開關(guān)選通進(jìn)入型號為7400與非門12D。
在圖6中，信號的流向是，光電信號從S點輸入(U62-4050，9腳)，經(jīng)門控脈沖分離電路(U12-7400，腳12、13入口)處理，得到光電計數(shù)信號/Q1(U23-6腳)，送計數(shù)電路(U41-74393)，進(jìn)單片微處理控制電路240。單片微處理控制電路240包括數(shù)據(jù)、地址、控制三總線，由單片機(jī)8031管理，其中地址線由U63-75154分配，控制擴(kuò)展外匯芯片，集成電路8253(可編程定時/計數(shù)器)進(jìn)行計數(shù)與分頻工作，集成電路8279(可編程鍵盤、顯示器接口芯片)控制面板鍵與LED顯示，DAC(偏差輸出)EPROM(程序)等，這部分電路為通用的線路，故不另展開說明。
請參見圖7所示，圖7是本實用新型雙光路激光大直徑測量儀中測量小直徑石英玻璃管的電原理圖。圖7的電路組成與圖6基本相同，光電信號從S點(U62-4049腳7)輸入，經(jīng)脈沖分離電路220(U43A-7404腳1入口)處理，得到光電計數(shù)信號TD(U12D-7400，腳11)，送計數(shù)電路230(U42A-7400，U22-74393)，進(jìn)單片微處理控制電路240。圖中U24D-7400，腳11輸出的也是調(diào)試用的自校信號ZJ。
綜上所述，本實用新型用兩個50毫米單光路勻速掃描光學(xué)系統(tǒng)組成125mm寬掃描場，從而既能夠以非接觸方式測直徑φ100毫米及以下的大口徑石英玻管直徑，又測小于φ30毫米直徑工件時則使用儀器的單光路操作方式；本實用新型的分辨率為0.01mm，精度優(yōu)于0.2％，在電路部分還配置有直徑偏差返饋輸出功能。
權(quán)利要求1.一種雙光路激光大直徑測量儀，用于動態(tài)測量石英玻璃管在拉制生產(chǎn)過程中的直徑，包括一激光掃描傳感器(100)、一接受激光掃描傳感器(100)光信號并對之進(jìn)行處理的控制電路(200)；其特征在于所述的激光掃描傳感器(100)包括，一激光電源(110)，該激光電源(110)驅(qū)動一激光管(120)發(fā)射出一激光束，經(jīng)第一反射器(131)和第二反射器(132)，將激光束轉(zhuǎn)射至同步掃描轉(zhuǎn)鏡(140)，同步掃描轉(zhuǎn)鏡(140)經(jīng)與其連接的同步電機(jī)帶動而旋轉(zhuǎn)，將激光束形成上掃描區(qū)間(151)；位于同步掃描轉(zhuǎn)鏡(140)之下的第三反射器(133)將經(jīng)同步掃描轉(zhuǎn)鏡(140)展開的激光束反射形成下掃描區(qū)間(152)；上掃描區(qū)間(151)和下掃描區(qū)間(152)分別經(jīng)上透鏡(161)和下透鏡(162)形成上掃描光束(171)和下掃描光束(172)，上下掃描光束(171)和(172)經(jīng)大口徑會聚透鏡(180)聚光在光電接收管靶面(190)；所述的控制電路200包括，一光電轉(zhuǎn)換電路(210)，該光電轉(zhuǎn)換電路(210)與激光掃描傳感器(100)中光電接收管靶面(190)構(gòu)成光電連接，并將接收的光信號轉(zhuǎn)換為電信號；一門控脈沖分離電路(220)，該門控脈沖分離電路(220)與光電轉(zhuǎn)換電路(210)電連接，它接收并處理光電轉(zhuǎn)換電路(21)來的測量信號，并將測量信號進(jìn)行分離；一計數(shù)電路(230)，該計數(shù)電路(230)接收門控脈沖分離電路(220)的信息，并進(jìn)行計數(shù)；一單片微處理控制電路(240)，該單片微處理控制電路(240)與計數(shù)電路(230)連接。
2.如權(quán)利要求1所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于在所述的激光掃描傳感器(100)中，所述的上掃描光束(171)和下掃描光束(172)各為50毫米，在上掃描光束(171)和下掃描光束(172)中間設(shè)有25毫米的遮光區(qū)，形成125mm的掃描區(qū)(172)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于所述的大口徑會聚透鏡(180)可用二個小尺寸聚光透鏡(181)和(182)取代。
4.如權(quán)利要求1所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于所述的光電轉(zhuǎn)換電路(210)由上下兩路光電轉(zhuǎn)換電路組成，每路光電轉(zhuǎn)換電路包括光電轉(zhuǎn)換前置放大器、半波鑒波電路；所述的光電轉(zhuǎn)換前置放大器由兩硅光電二極管和集成電路U21型號為LF356的前置放大器組成；所述的半波鑒波電路由三集成電路U11、U31型號分別為LF353和兩LM311的放大器組成，上述兩光電信號分別從接插件#1、#2至或門電路74128，輸出復(fù)合光電轉(zhuǎn)換信號O/E至門控脈沖分離電路(220)。
5.如權(quán)利要求1所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于所述的門控脈沖分離電路(220)包括，由型號為4050組成的緩沖放大器U62D，由型號為7400的四與非門U12、24A、型號為7427的三或非門02A、02B、02C、兩型號為7474的雙D觸發(fā)器U21和U23、以及可編程計數(shù)器8253(2)的口1、口2等組成的門控脈沖分離電路，在D觸發(fā)器U23的腳6處得到光電計數(shù)信號/Q1，送至型號為74393的計數(shù)電路(230)。
6.如權(quán)利要求1所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于所述的計數(shù)電路(230)包括，由型號為7492的分頻器電路U13，型號為7474的D觸發(fā)器電路U23B，以及型號為7404的43C、43D兩反向器組成的分頻電路給微處理機(jī)擴(kuò)展芯片提供振蕩源。
7.如權(quán)利要求1所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于所述的單片微處理控制電路(240)包括，一由型號為8031單片機(jī)，與單片機(jī)8031連接的型號為373地址鎖存器，與地址鎖存器373連接的型號為2732的程序寄存器，以及與單片機(jī)8031地址線連接的型號為75154的地址譯碼器。(構(gòu)成微處理機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)，管理輸入、輸出、計算，實現(xiàn)儀器的采樣、顯示、開關(guān)操作以及回控輸出等)
8.如權(quán)利要求5所述的雙光路激光大直徑測量儀，其特征在于在所述的門控脈沖分離電路(220)中還設(shè)有一自校信號電路，該自校信號電路包括，一由型號為8253(2)可編程定時器U22，可編程計數(shù)器的8253(2)的可0發(fā)出自校信號方波源，通過反向器7407(43E)、計數(shù)分頻電路4017(44)、或非門7427(33)、觸發(fā)器7474(42)、與非門7400(24)等產(chǎn)生一個模擬光電采樣信號ZJ(24D腳11)，用作儀器的自校信號，可檢查儀器電路是否正常，與非門U24腳11輸出的作為儀器調(diào)試查用的自校信號ZJ至測量/自校(CL/ZJ)選擇開關(guān)的ZJ輸入端，由該開關(guān)選通進(jìn)入型號為7400與非門12D。
專利摘要本實用新型是一種雙光路激光大直徑測量儀，用于動態(tài)測量石英玻璃管在拉制生產(chǎn)過程中的直徑，包括一激光掃描傳感器和控制電路；其特點是激光掃描傳感器包括，激光電源和激光管，激光束經(jīng)第一、二反射器轉(zhuǎn)射至同步掃描轉(zhuǎn)鏡形成上掃描區(qū)間；再經(jīng)第三反射器形成下掃描區(qū)間；上下掃描區(qū)間通過透鏡形成上下掃描光束，由會聚透鏡聚光在光電接收管靶面；控制電路包括，與激光掃描傳感器中光電接收管靶面構(gòu)成光電連接的光電轉(zhuǎn)換電路、與轉(zhuǎn)換電路連接的門控脈沖分離電路，它將光電轉(zhuǎn)換電路來的測量信號進(jìn)行分離；計數(shù)電路，它接收門控脈沖分離電路的信息并進(jìn)行計數(shù)；以及與計數(shù)電路連接的單片微處理控制電路。由此可測范圍擴(kuò)大且可測不透明大直徑工件。
文檔編號G01B11/08GK2522829SQ0128050
公開日2002年11月27日 申請日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者王建軍, 連家德, 張春暉 申請人:上海理日光電科技有限公司