玻璃管及其制品外径和壁厚检测分档设备

　　0 引言

　　由于玻璃管及其制品具有优越的保护性能和良好的化学稳定性， 同时符合材料选择的美学性原则和无污染原则， 在各行各业中均有广泛的应用。 其中， 以注射型采血器为代表， 一些要求具有一定负压或某些特定要求的玻璃管， 对其外径或壁厚具有较高的精度要求。 基于此类需求研发的分选机是以光机电一体化技术为主的新型产品。 是将光电技术、 传感器技术、 控制技术与机械技术各自的优势结合起来, 形成综合化优势, 开发出具有多种功能、 智能化的高新技术产品[1]。

　　1 设备组成及工作原理

　　本文论述的分档设备， 是通过基于 CCD 的光电探测器获得壁厚值， 通过激光扫描的原理获得外径值， 实现特定要求玻璃管壁厚及外径的检测与自动分选。 整套设备由壁厚探测器、 激光扫描仪、 执行机构和控制机柜组成。

　　1.1 壁厚探测器

　　壁厚探测器完成壁厚测量， 其检测原理基于平板玻璃厚度测量， 如图 1 所示，一束激光以一定角度入射，一部分光经第一个面的反射，另一部分光经折射、 反射、再折射后在 CCD 上形成间距为 d 的两条光线， 则可以得到平行玻璃板厚度， 即：

　　H=d/(2*tgΓ*Cosθ)

　　其中， θ—入射角; Γ—折射角， 由 Sinθ=nSinΓ 确定(n 为玻璃折射率)。 基于以上原理 ， 探测器采用独特的双光路激光检测方法， 两束激

光以相同的入射角相对入射于同一点， 并同时接收反映壁厚的反射平行光间距信号。 图 2 为一路光线经过玻璃管反射后到达 CCD 探测器的接收情况，其中A、B 两条圆弧线分别是光线经管壁外表面反射、内表面折反折射后得到的，根据两条圆弧线的距离 d1和 d2，CCD1 视 频 输出信号经处理后获得壁厚信号，通过运算可求得管壁的厚度 H1，同理另一路光线经玻璃管打到CCD2 上可获得管壁的厚度 H2，那么检测点管壁厚度 H=(H1+H2)/2。

　　1.2 激光扫描仪

　　激光扫描仪完成外径测量。 He-Ne 激光经光学系统变换及高速旋转的八面体扫描镜反射， 经透镜 f1后， 形成自上而下平行扫描的细光线扫场。 当有被测物从扫场中经过时， 光电二极管将每次扫描标准窗口、 被测物所获得的电流信号， 经电路处理后得到与被测物体直径相应的电压信号， 该信号经 MAX485 转换为差分信号传送至控制器。

　　利用激光扫描的原理完成对玻璃管直径的检测， 其实质就是利用激光的方向性和高能量密度这一特点， 将对被玻璃管尺寸的测量转化成对扫描时间的计量。 如图3 所示， 激光自上而下匀速 、 平行扫描 ， 在 t1、t2、t3、t4时刻分别扫描经过标准窗口的上边缘、 被测管径上边缘及下边缘、 标准窗口的下边缘， 则扫描经过标准窗口和被测物的时间间隔分别为 T=t4-t1及 t=t3-t2。 如果已知标准窗口的长度为 L， 则求得被测玻管直径： d=L*t/T。