动态光电投影法零件尺寸检测

在现代化自动生产中对零件和部件尺寸的检测, 如使用卡尺、高度计、千分表和块规等检测工具, 采用以往传统的机悈测量方法, 已远远不能满足生产速度和效率的要求, 对于零件公差达到微米级的加工精度检测更是难以满足要求, 同时检测人员劳动强度也大。动态光电投影法是一种用光电变换技术实现尺寸测量的方法, 是一种先进的零件尺寸自动化在线检测技术。

应用光电变换技术来进行尺寸测量的基本原理, 是先将尺寸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, 这个反映被测尺寸的电量通过电子技术来实现自动测量和控制。

1 动态光电投影法原理

1.1 双狭缝动态光电投影法检测原理

动态投影法是被测工件在运动过程中进行检测, 直接进行测量的不是工件本身, 而是运动着的投影尺寸, 图1为双狭缝动态光电投影检测原理图。

每个光电器件的前面对应一个狭缝, 组成所谓光电眼, 被测工件向下运动, 投影则向上运动。光电眼3为定位装置, 作为检测公差的相对基准, 光电眼1和光电眼2为检测装置。狭缝1和2的边界宽度 (图中标定的S) 为投影公差带尺寸。狭缝有一定宽度, 当工件端面投影界线落在狭缝中间时狭缝部分遮挡, 部分透光, 光电器件有一定的输出。所以, 从是否有光电信号输出来判断公差界线不准确。为此, 在电路上还要采用鉴幅电路。光电器件输出的光电信号 (电流或电压信号) 经过放大器放大后, 送到鉴幅器进行鉴幅处理。幅值大于鉴幅值时, 鉴幅器有信号输出, 光电眼为有光照状态;幅值小于鉴幅值时, 鉴幅器无信号输出, 光电眼为无光照状态。

当投影的下端界线落入狭缝3的中心线位置时, 光电器件3输出的光电信号经放大, 鉴幅之后给出一个定位信号。检测装置给出的1、2两路信号, 经过放大, 鉴幅和逻辑处理后给出控制信号, 控制执行结构。将检测结果和工作状态的关系列于表1。

1.2 多狭缝动态光电投影法检测原理

图2所示双狭缝动态投影法检测法对工件尺寸的检测只能在一个公差范围内进行, 不能对工件的公差分几个等级。为此采用图2所示的检测原理, 将双狭缝变为多狭缝 (光栅) 结构。

图中检测装置的定位狭缝和检测光栅的位置由被测工件尺寸的大小来确定。工件投影扫过检测光栅时光电输出将是阶梯波, 其阶梯数目与光栅的亮线条数相等, 即投影扫过一个亮线条时, 光电器件输出一个阶梯波。

设光源通过一个亮线条的辐通量为对应光电变换电路输出将减少数值。的大小与光源辐射通量Δ和光电器件的灵敏度S1成正比, 即=CΔS1, 其中C为系数。

工件投影扫过每个亮线条过程是连续变化量, 辐射通量的减少也是连续的, 所以光电器件的输出减少值也是连续的。因此, 光电变换电路输出的阶梯波不是很陡的 (不是突变值) , 有一定的斜率。

为了获得理想的微分信号, 希望阶梯斜率越陡越好, 成为较理想的阶梯波, 在设计时可适当的提高光源的辐射能。另外, 在尽可能的情况下, 提高工件运动速度, 同时使检测速度也提高了。

光电器件输出的阶梯波, 经放大、微分、整形后, 得到方波脉冲信号, 然后用计数器计数, 工件投影扫过一个亮线条时, 计数器将计一个脉冲数。所以计数器记录的脉冲数将反应工件尺寸的大小。

2 结语

动态光电投影法零件尺寸检测技术具有能够实现非接触无损检测, 测量精度高, 测量长度不受限, 检测装置结构简单等特点, 是一种基于光电变换的先进的自动化在线检测技术。

摘要：阐述了动态光电投影法零件尺寸检测技术的基本原理, 给出了双狭缝动态光电投影法和多狭缝动态光电投影法检测原理图, 同时给出了多狭缝动态光电投影法检测装置的工作原理波形图。动态光电投影法零件尺寸检测技术尤其适合检测精度高、运动速度快的的自动化在线检测。

关键词：光电变换技术,动态光电投影法,零件尺寸检测,光电眼

参考文献

[1] 杨永才, 等.光电信息技术[M].上海:东华大学出版社, 2005, 8.

[2] 宋文绪, 杨帆编.自动检测技术[M].北京:高等教育出版社, 2004, 5.

[3] 韩丽英.光电变换与检测技术[M].长春:吉林大学出版社, 2009, 3.