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光电仪器论文

总体设计论文提纲 第一章 引言 §1.1研究背景和意义 传统的测量方法开始于接触式测量,毋庸置疑,科技的发展和社会的进步还没达到一个高度。第一台接触式速续测厚仪大约出现在1930 年。操作者用这台侧厚仪器去侧量铜材的厚度时, 必须把它推向待侧的钢带, 用机械的方法来测量距带材边沿几寸范围内的金属材料的厚度。这种测量方法使用极其不便,而且测量精度也很低。在我们看来,一般的物体尺寸的测量,无非长、宽、高(厚),三个方面,而厚度测量是生产中最常见的测量内容之一,常用量具是游标卡尺或千分尺,这些量具在使用时都必须和工件接触,虽然接触压力不大,但对一些特殊工件,在测量时不允许量具和工件接触,否则会在工件表面上留下压印或划痕,甚至有些测量环境环境下很难或无法进行接触式测量,那么,这就需要有一种新的方法来代替接触式测量. 随着科技大发展和生产力的要求,非接触式的测量方法出现了。第一台成功的非接触式自动测厚仪应用了X射线吸收技术。从此,非接触式测量方法开始了迅猛发展,其强大的功能和优点无法使传统的接触式测量望其项背,也为人类社会的发展,工业文明的进步做出了巨大的贡献。现在,人类已经在非接触式测量方面取得了巨大成就,但是,我们还是不能满足于当前的现状,因为社会的进步,生产力的发展,时不时还有新的问题出现在我们面前,对测量的各个方面有新的更高的要求,这些都摆在我们面前亟待解决。因此,研究更好的,功能更强大,精度更高,更智能化,更人性化对,环境依赖性更小的非接触式测量方法究意义非凡了。 激光测厚仪是近年来开发出的高科技实用型设备, 是用于热轧生产线上时在线式连续测量成材厚度的非接触式测量设备。它有效地改善了工作环境, 具有测量准确、精度高、实用性好、安全可靠、无辐射、非接触式测量等人工测量及其它测量方法无法比拟的优点, 并为轧制钢材厚度控制提供了准确的信息, 从而提高了生产效率和产品质量, 降低了劳动强度度。激光测厚仪使用两年多以来, 具不完全统计, 因板厚误差造成的废品率下降了50%以上, 创经济效益上亿元, 广泛地受到人们的肯定与赞赏。我们有理由相信,在未来的发展过程中,激光测厚仪作为非接触测量领域的一个重要分支将更能发挥其作用。 §1.2国内外研究现状 虽然采用激光厚度仪可以方便快速地实现工件厚度的无接触测量,但测量精度高难于满足工件的高精度测量要求. 另外,当被测点要求很多、所测厚度连续变化、材质是复合的情况下,传统测量方法就受到了限制,要做到高精度的测量就显得更不容易困此,可用高精度非接触位移传感器,检测工件表面与测头之间的位移变化所引起的电流变化,利用计算机和所编软件进行数据处理、设定测量点数并控制测量全过程。 第二章 测量原理和方案论证 §2.1激光三角法的基本原理 激光三角法的基本原理,由光源发出的一束激光照射在待测物体平面上 ,通过反射最后在检测器上成像。物体表面的位置发生改变时,其所成的像在检测器上也发生相应的位移。通过像移和实际位移之间的关系式 ,真实的物体位移可以由对像移的检测和计算得到。激光三角法的框图如图1所示 。 其中:是投影光轴与成像物镜光轴的夹角α;β是光电测试器受光面与成像物镜光轴的夹角,而s和s’ 分别是物距和像距 ,d是传感器上的成像点的偏移 ,而δ为实际的物体表面的偏移。系统的相关参数为:偏置距离D为从传感器到被测表面参考点的距离;测盘范围为最大能检侧到的物体表面的偏移,即|δ| 引的最大值;测量精度,传感器的最小测量单位;分辨率一般指测量的纵向分辨率 ,为测量精度和测量范围之比;横向分辨率为待测物体表面上所取测量点的最小间 距。 为了实现完美聚焦 ,光路设计必须满足斯凯普夫拉格条件;成像面、物面和透镜主面必须相交于同一直线 , 如下图2.1中X点所示。系统的非线性的输人输出函数为: (2.1) (2.2) 其中:为三角测量系统的固定参数。当物体偏转δ较小时,(2.1)以近似为线性关系: (2.3) 图2.1 激光三角法的原理框图 激光三角法的另一项重要的参数为线性度,就是三角测量法输人和输出关系线性近似程度。可以证明,在三角测量中,可以通过缩小测量范围,增大接收透镜的共扼矩,增大三角测量系统的角度,缩小接收透镜的放大倍率,达到线性测量的结果 。 此外,由(2.1)式对d求导,得到输入输出曲线的斜率,即激光三角法的放大倍率ρ: (2.4) 系统的放大倍率决定了系统的分辨率,而放大倍率不但取决于系统参数,还是像移d的函数 。 §2.2非接触高精度厚度测量方法 采用2个非接触电涡流探头进行比较测量,其原理如下图1所示,探头1和2共轴,2 探头之间的距离D固定不变,并且和被测工件垂直,被测件和标准件的材质相同,这样它们的厚度和距离之间有以下关系式: (2.5) 式中 标准件和被测件的厚度

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