光电检测在钢铁行业的应用

1光电检测技术结课论文课程名称光电检测技术姓名严雨指导老师李刚班级071121学号201210008762光电检测在钢铁行业的应用摘要：随着工业水平的快速提高，我们对钢铁产品的质量提出了更高的要求。譬如对钢板的平整度、钢管内径精度的要求越来越高。目前国内的大多数厂家还停留在用量规检测的水平上,只能进行粗略的检测,因此不能全面反映产品的真实状况。而光点检测技术将会极大的提高检测的速度和精度，进而提高产品的质量。本文将以钢管内径的测量为例，来说明广电检测在钢铁行业中极大的应用空间，并简单介绍了光电检测的发展前景。关键词：光电检测；CCD；传感器；无接触检测；前言由于光电检测具有无接触、无损、远距离、抗干扰能力强、受环境影响小、检测速度快、测量精度高的优点，它给我留下了深刻的印象。而传统的检测手段，譬如机械式接触测量可能会对零件表面造成一定的影响，因而不利于对易变形且表面精度要求较高的物体进行高精度准确测量，我的论文将主要介绍光电检测在钢铁行业的应用。1、透射式光电检测的基本原理以及特点3光电管的基本结构简图如图（1）所示,根据设备具体结构和使用要求有关，我们可以具体选择哪一种结构的光电管。透射式光电管的工作原理是发光二级管发出的光信号直接照射到接收三级管的基极,三极管基级接收到光信号后在发射极或集电极上产生一个输出信号,然后后续电路再对所接收到的信号进行处理去控制相应部件显然光电流的强弱直接影响到输出信号的强弱,当发光管和接收管之间没有任何物体时,输出信号最强2在发光管和接收管之间相对位置不变及发光管电流不变的前提下,9反之当有物体夹在中间时,输出信号就开始减弱,中间物体的厚度越厚,透明度越差,则输出信号就越弱,因此用这种光电管可进行物体厚度检测[1]。图二钢板厚度检测示意图为了保证光电检测系统处于最佳的工作状态,光电间的电路应满足以下技术要求。（1）光电转换能力强。将光信号转变为适合的电信号,是实现光电检测的先决条件。所以,光电转换能力的高低对整个光电检测系统有至关重要的影响和作用。因此,具备较强的光电转换,是对光电检测电路的最基本要求。（2）动态响应速度快。随着对检测系统与器件的要求不断提高,对检测系统每个环节动态相应的要求也随之提高。（3）信号检测能力强。通常光电检测电路具有可靠检测所必须的信噪比或最小可检测信号功率。（4）稳定性、可靠性好光电检测电路在长期工作的情况下应该稳定、可靠。特别是在一些特殊场合下,对稳定性、可靠性的要求会更高。2、检测装置的工作原理根据透射式光电检测的基本原理，我们可以设计出检测仪器的构成。此设备应用相对测量原理。设备工作前,先把测头送入同被检管道内径名义尺寸相同的4标准校正环内,此时可设定标准尺寸。然后让设备驱动装置6推动测头进入被检管道内(见图1)[2],测头壳体内的光栅测微传感器4的四个触头同管道内壁接触,将内径相对标准尺寸的变动量转变为电信号,由电缆通过数据采集卡送入计算机直接进行处理、显示和打印。精密定心装置2用于保证测头轴线与被测管道内圆柱面轴线的一致性。1、支撑轮2、椭圆环3、连接筒4、光栅检测器侧头5、安装座6、驱动装置7、安装座8、拉簧3、设备的组成该设备主要由精密定心装置、光栅传感器测头、牵引装置、计算机控制系统等构成。3.1精密定心设备精密定心装置(如图2),由二个椭圆环与两组支撑轮组成,并与光栅传感器测头一起固定在联接筒上。椭圆环与固定座轴线的夹角在拉簧的作用下可改变,以便于对不同内径管道进行检测[3]。精密定心装置的主要作用是保证测微传感器触头轴线与被测管道轴线垂直相交。5图二精密定心装置3.2光栅传感器侧头光栅传感器测头(如图3),由四套GCQ测微传感器、电磁铁、杠杆和壳体等组成。电磁铁和杠杆机构可控制测微传感器触头的伸缩。3.3牵引装置牵引车是一种能带动光电测头在钢管内爬行的动力装置,其结构原理如图3所示。牵引车主要由导轮(1)、直流力矩电动机(2)、壳体(3)、一对相啮合的直齿圆柱齿轮(4和10)、胶轮(5)、一对啮合的圆锥齿轮(6和9)、轮轴(7)、轴承(8和11)、弹力导轮(12)组成。4固定在2的61.导轮2.直流力矩电动机3.壳体4、直齿圆柱齿轮5、胶轮6、圆锥齿轮7、轮轴8、轴承9、锥齿轮转子枢轴上,10与9固定在7上。12可提供附加的压力,使驱动5和钢管内壁之间有足够的摩擦力。我们选用45LY54型直流永磁力矩电动机的定子和转子,重新加工的电机外壳,以便使电动机的外径小于45mm,将两台直流力矩电动机的转子枢轴用联轴节串联以后,可以得到0.098N·m的输出转矩。[4]3.4光发射器光发射器由白炽灯(1)、毛玻璃(2)、聚光镜组(3)、小孔光栏(4)和准直镜组(5)组成。选用24V,30W的钨卤素灯作为光源,它具有亮度高、光谱能量分布与CCD的相匹配等特点。聚光镜组的口径为40mm,焦距(f’)为52;结构为三片分离型。准直镜组是由一凸透镜和一凹透镜形成的双分离结构,可以保证CCD对光照均匀性的要求,并且可以减少宽光束像差的迅速增大;其口径为25mm,焦距(f’)为31.2,聚光镜组将钨卤素灯丝成像在一直径为0.5mm的小孔光栏上,再由准直镜组将通过光栏的光束变为平行光束。成像系统采用2.13倍的倒置望远镜,其目镜(7)的结构参数与准直镜组(5)的完全相同,两者对称地分置于测刀(6)的两侧。在目镜和物镜(9)的公共焦点处,装设小孔光栏(8),用于滤除杂散光。物镜的口径为35mm,焦距(f’)为70.8。[5]作为尺寸测量信息的光电转换器件,采用了高性能的线阵CCD,其像素数为4096位,利于实现装置的高分辨率要求。光电测头中的两个硬质合金触头与测刀间的联结为可拆联结。为了能够检测口径不同的各种规格钢管,光电测头备有五组硬质合金触。头和五个尺寸不同的标准圆环,以供测量时选用和校准。3.5计算机控制系统7计算机控制系统内部装有控制检测过程的程序,系统通过数据接口卡与光栅测头联接。测量过程中,可控制光栅传感器测头的行进深度和行进速度。当光栅传感器测头向前移动到要求的深度时,则停止前进,同时光栅触头伸出与被测管道内壁接触,测得数据通过数据传输线和接口卡送入计算机,由计算机对数据进行处理、显示,绘制曲线并打印结果。4、光电检测的发展前景光电检测技术是光学与电子学技术相结合而产生的一门新兴检测技术。它是利用电子技术对光学信息进行检测,并进一步传递、储存、控制、计算和显示等。从广义上讲光电信息技术就是光频段的微电子技术,它将光的快速与电子信息处理的方便、快速相结合,因而具有许多无可比拟的优点。但是光电检测也有其自有的不足和缺陷。譬如防干扰问题，干扰是设计电路时所要考虑的一个重要问题,如果能在设计电路时就将干扰考虑进去的话,那将大大节约研制成本。还有就是可维修性。光电管的寿命一般以其开关次数做为衡量指标,从使用角度看一般其寿命可以达到810相当于机器运转一年,以上,所以基本上不存在寿命问题,但是有些光电管由于本身质量问题或由人为造成光电管损坏等故障则会影响其正常工作,这时候就要考虑其可更换问题,充分考虑产品的可维修性问题是产品工程化设计的最基本原则。因此要继续对光电检测系统进行改进。结束语光电检测作为一个检测的新手段，有着诸多的有点。尤其伴随这钢铁行业效率的提高，光电检测在钢铁行业的应用会得到极大的发展。既可以提高检测的效率，也可以保证检测的质量，因此在钢铁行业的发展中，光电检测技术可以发挥其独有的优点。虽然光电检测还有一些问题，但是随着科技的发展，光电检测系统会得到完善。8参考文献[1]苏丽梅马宏白素平,管道内径光电检测技术研究,长春理工大学学报，2005[2]赵鸿宾等，光电检测技术在机械设计制造中的应用，《机械设计与制造，1999[3]周梅芳，光电检测技术在包装机械中的应用，加工技术，1009-1807(2001)04-0035-02[4]马宏等钢管内径光电检测装置，半导体光电，1996[5]吕海宝等，工件直径光电检测的研究，国防科技大学[6]杨坤等，深孔内径光电检测技术研究，科技资讯，1672-3791(2008)07(a)-0001-01[7]李景镇，光学�激光是知识创新体系的重要一环，激光杂志，2000