基于CCD技术的浮法玻璃厚度测量系统的研究

　　0　引言

　　浮法玻璃生产线是目前平板玻璃生产最先进的工艺,它能够保证玻璃的平面度及均匀的厚度[1]。浮法玻璃生产流程示意图如图1所示。

　　传统测厚做法是在切割区附近,使用螺旋测微计进行人工测量,记录数据并处理后,反馈给生产控制人员,然后进行厚度调节。而此时从锡槽出口到切割区己有100多m玻璃处于不合格状态。针对上述玻璃测厚做法的缺点,研究浮法玻璃厚度测量系统,可有效解决上述问题。设想在锡槽末端设置测厚装置[2],将厚度信号转化为电信号再经计算机处理,迅速得到数据输出。该测厚系统使数据获得的时间大为缩短,可节省人力、物力,增加测量的可靠性和一致性。

　　1　系统设计

　　1.1　工作原理

　　系统的光电传感装置置于浮法玻璃生产环节中锡槽的末端或锡槽与退火窑连接的辊台内部,由行走机构带动冷却套杆和光电传感装置在玻璃板面上且垂直于玻璃传送方向不停的来回扫描检测,进行多点测量。如图2所示,当光电传感装置中光源LD发出入射光照到玻璃表面,经玻璃板上下表面双重反射的平行光束带有玻璃厚度信息,建立数学模型可推导出两束平行光线的水平距离A与玻璃T的厚度呈线性关系t=

　　该平行光束经过处理后,被CCD摄像机接收,CCD摄像机接收到两束平行光线的位置,在一定频率的时钟脉冲的驱动下,可将光强分布信号转换为时间序列的电信号,电信号经后续电路处理后获得与光束距离相对应的脉宽,测量脉宽既可得平行光在CCD摄像机上的距离。CCD摄像机所接收的检测信号是通过电缆传送到计算机,经由计算机处理后在屏幕上显示[3]。

　　1.2　CCD的选择

　　玻璃厚度测量系统要求:测量范围1~20 mm,测量精度±0.01 mm.由式(1)得:A_min=1.069×10³μm,A_max=2.138 1×10⁴μm.选择型号为TCD1500C的线阵CCD即可满足要求,其主要技术指标为:

　　像敏单元数目:5 340像元;像敏单元大小:7μm×7μm×7μm(相邻像元中心距为7μm);像元总长:37.38 mm;光敏区域:采用高灵敏度PN结作为光敏单元;时钟:二相(5 V);内部电路:包含采样保持电路,输出预放大电路。

　　根据奈奎斯特定理:如果己知图像的最大空间频率,则采样频率应大于图像最大空间频率的2倍。CCD极限分辨率对应的图像空间分辨率为,对应图像空间尺寸为14μm,测量系统放大率为1.70,最小分辨长度为8.2μm.

　　2　CCD外围电路设计

　　CCD应用技术的关键是驱动信号的产生及输出信号的处理。目前虽然有部分CCD芯片同时集成了驱动电路和信号处理电路,但在不同使用场合,往往对信号输出模式如采样时间、采样周期、信噪比等有不同的要求,因而需要根据实际情况设计CCD的驱动电路和信号处理电路。