汇总:应用于不同规格线径检测的六种CCD检测法

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摘要:我们都知道,对圆形轧材是需要检测其线径尺寸的,而不同轧材的线径范围也不尽相同,那么针对不同范围的轧材,需采用哪种测径仪呢?本文就主要介绍了六种应用不同规格的线径检测方法。

关键词:测径仪;CCD;

引言

电荷藕合器件(CCD)是一种半导体成像器件。这种器件借助于必要的光学系统和适合的驱动电路,可以将景物的图像以光电信号形式转移、存贮、传输和处理。近二十年来,CCD技术已经广泛应用于军用和民用各个领域,尤其是随着工业自动化程度的提高以及工业现场的需要,在检测和监控方面的应用也越来越普及。测径系统同样采用CCD进行测量,能够达到在线实时更精准的在线检测。

1、CCD检测概述

线阵CCD的尺寸测量涉及到线阵CCD、光学成像、光电检测、传感技术以及边缘检测等相关技术及其交叉技术的应用,是多种技术综合应用相互协调来完成的。在实际生产过程中往往有不同的尺寸测量需要,大体上根据测量范围的不同选择不同的测量方法。

2、测量方法

2.1、衍射法测量小孔或是细丝直径

在工业生产或是科学试验中,经常要碰到测量尺寸小于3mm的狭缝或是细丝直径,甚至是小于lmm的微小尺寸。一般采用激光衍射法测量小孔或是细丝的直径。测量系统原理图如下图所示。

以狭缝为例,当一束经过扩束和准直透镜后的平行激光束照射在一细小的狭缝上时,在位于狭缝后面的傅氏透镜的焦面上,会产生与该狭缝对应的衍射条纹。根据巴比涅互补定理,直径为d的细丝与同宽度的狭缝产生的衍射条纹完全相同,所以在实际应用中,可以利用细丝直径的衍射公式来计算狭缝宽度。

d=λf/Δχ

这种方法对光源要求较高。

2.2、平行光法中等尺寸测量

对于3~30mm的待测物体,可以采用平行光成像法,其系统示意图如下图所示。

当一束平行光透过待测目标投射到CCD传感器上时,由于目标的存在,目标所形成的阴影将同时投射到传感器上,倘若平行光准直度很理想,阴影尺寸就代表了待测目标的尺寸,因此只要采集计数系统计算出阴影部分像元个数(即输出脉冲个数)其脉冲个数与像元尺寸(像距)的乘积就代表了目标的尺寸。该测量方法的精度取决于平行光的准直度和CCD像元的尺寸大小,这在一定程度上降低了对光源的苛刻要求。

2.3、采用成像法测量中等尺寸目标

对于30~10Omm之间的尺寸测量,就可以采用光学成像方法。采用成像法测量系统的原理图见下图。在前面或是后面背光的照射下,被测物经透镜在CCD上成像,像尺寸与被测物体尺寸成正比。

成像法适用于冶金线材直径或是机械产品在线尺寸检测,为了保证测里精度,通常采用背光照射方式。

2.4、平行光成像法测量中小尺寸方法

对0.1~100mm之间的尺寸测量,就可以采用该种测量方法。根据所测轧材的不同,测量范围也不相同。

光电测径仪采用物方远心光路和成像法进行在线尺寸检测。每组测头由发射镜头和接收镜头组成。发射镜头内点光源发出的光通过发射透镜形成平行光视场射向接收镜头。平行光再由接收透镜聚焦,通过位于焦点位置的光阑小孔后在接收单元上成像。当视场中通过被测物时,被测物遮挡的部位将在接收单元的芯片上呈现出边界清晰的阴影。通过光电转换和数字化处理,即可通过阴影的宽度计算出被测物的直径。

光电测径仪测量采用上两种相结合的方式进行检测,这种测量设备既可以测量0.1mm的细丝直径,测量精度可达0.003mm,也可以测量100mm的中等轧材尺寸,测量精度可以达到0.02mm,光电测径仪是更适应现代化自动化的检测方法,可以在线检测线径尺寸的同时,对超差数据进行报警,并可控制线径尺寸。同时可采用多组测头组合测量,得到椭圆度尺寸及截面尺寸。光电测径仪采用LED点光源,无旋转部件,使用寿命更长。

2.5、双光路成像法测量大尺寸方法

对于材料的直径或是宽度大于100mm的尺寸测量,由于单光路成像系统的视场和分辨率的限制,难以保证测量精度的要求,因此多采用双光路成像法测量。如下图所示。

被测物体置于双光路视场中,照明方式采用单光源扩束分光照明。由于被遮挡部分无信号输出,分别检测两个CCD的边缘信号,再对两个边缘之间的脉冲计数,根据像元尺寸与光学系统的放大倍数可求得最终的被测物体的尺寸。

2.6、间距可调双镜筒成像法测量大尺寸方法

对于材料的直径或是宽度大于100mm的尺寸测量,可以测量间距可调双镜筒测头测量。大直径测径仪测量的范围更广。

2套发射镜头分别发射出平行光射向2套接收镜头,通过接收镜头内的透镜使平行光束在光电转换元件上成像。当2束平行光内放入被测物时,在光电转换元件的像上就会出现虚拟的阴影,设其宽度分别为L1、L2。经过对光电转换元件发出的电信号的处理和计算可以得出L1、L2所对应的尺寸A1、A2,A1加A2再加上两个镜头之间的净间距B即可得出被测物的尺寸D。

相较于上一个介绍的测量方法,大直径测径仪对轧材尺寸没有限制,根据被测物的范围来确定大直径测径仪的范围,同时其测头间距是可以进行调节的,通过输入控制指令,测径仪可以进行自动调节测量范围,从而实现多种规格且跨度大的大直径轧材的在线检测。

结语

通过以上六种测径方法的介绍,应该了解到了不同范围采用哪种测量仪器进行检测,小编认为,第四种和第六种,光电测径仪及大直径测径仪更适合被测物的线径尺寸检测,具备自动测量功能,实时监测功能,采用这两种方式的测量方法,0.1mm及以上的轧材均可实现在线自动检测。测径仪具有测量精度高、速度快、使用方便,实现自动化测量等优点。

看完本篇文章对测径仪的测量你有什么想法或者建议,尽管在文章下方留言或私信小编,有的留言小编这里不显示,无法做到及时回复。小编定竭尽所能与大家交流共享信息和经验。需要测量宽度、长度、厚度、外径的自动测量设备,均可在下方留言。

本文由保定市蓝鹏测控科技有限公司编写

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