一种新型用于覆铜板生产线的在线厚度测量系统

　　1　引言

　　非接触光电位置检测技术正日益成熟,广泛应用于工业在线检测。目前,国内外在光电位置测量中大都采用三角测量。在三角测量中,半导体激光器具有体积小、调制方便、光特性优良等特点,成为理想的探测光源。电荷耦合器件(CCD)是一种图像传感器,它能把一幅空间域分布的光学图像,变换成一列按时间域分布的离散信号,且具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、抗震动和潮湿等特点。另外,CCD像元尺寸小、几何精度高,配置适当的光学系统,可获得很高的空间分辨率,因此广泛应用于数字化的位移测量领域。

　　本文采用了新型的CMOS VLSI面阵光电传感器,它不但具有CCD图像传感器的功能,而且具有体积小、可靠性高、价格低的特点,可使测量探头体积小、成本低,配以专用的处理电路和计算机,可实现高精度在线测量。

　　覆铜板生产线对板子厚度的要求很高,专用测厚度设备价格昂贵。本文将介绍以半导体激光器为光源,新型CMOS面阵光电转换器件为传感器的一种新型位置测量探头及相应的处理电路。由该探头组成的测量系统已成功应用于覆铜板生产线在线自动厚度测量。

　　2　系统构成及各部分的功能

　　本系统可对多通道测量点进行测量,每通道由上下固定的一对测量探头和一套插在计算机中的检测处理电路组成,如图1。测量探头由一个半导体激光器、光学系统和CMOS面阵光电传感器组成。其中,半导体激光器作为光源,将670 nm的可见光投射到被测物体上,由面阵CMOS光电传感器按场进行图像采集,并将采集的图像信号送入检测处理电路,由计算机实时处理,得到物体的位置信息。

　　2.1　计算机管理模块

　　(1)计算机以视频速率对各通道的数据进行采集,按标定数据修正;

　　(2)计算机显示、存贮测量值;

　　(3)完成超差报警等功能。

　　2.2　数据采集处理电路

　　(1)使所有通道的CMOS图像传感器外同步;

　　(2)实时处理各通道视频信号;

　　(3)产生时序逻辑,控制位置计数器工作;

　　(4)给计算机提供位置测量值。

　　2.3　LD驱动电路

　　给各探头的半导体激光器施加驱动信号。

　　2.4　系统主要性能指标

　　厚度测量范围:0~7 mm;

　　采集处理速率:50次/秒;

　　精度:0.01 mm。

　　3　位置测量探头组成及测量原理

　　3.1　位置测量探头组成

　　测量探头由GaAlAs双质结半导体激光器(LD),柱面镜(L1),反射镜(M1),成像透镜(L2)和CMOS面阵光电传感器组成,如图2。其中,半导体激光器作为光源,经过柱面镜,将点光源扩展成线光源,再经反射镜投射到被测物体表面。该LD的功率为5 mW,阈值电流(Ith)为60 mA,波长(λ)为670 nm,CMOS VLSI制式为PAL制,像元个数为312×287。