专利名称：细丝直径测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于直径测量仪器，特别涉及一种以激光为光源的细丝直径测量仪。
背景技术：
授权公告号为CN 2849652Y的专利公开了一种激光笔作光源的细丝直径测量仪， 包括固定支架、可转动支架、细丝支架、夹子、铅锤、插架、激光笔、光屏、反射镜和光电接收 器；激光笔产生的光束照射到细丝产生相干光束，相干光束射入反射镜经反射镜后衍射条 纹反射到光屏上呈现衍射图样，将光屏卸下安装光电接收器，光电接收器上连接的平衡指 示仪显示出衍射条纹相对应的光电流强度。此种细丝直径测量仪虽然结构简单，便于携带， 成本较低，但由于其通过光屏边缘处的刻度尺和平衡指示仪上的刻度尺读取衍射图样的数 据，再将读取的数据带入细丝直径计算公式计算出细丝直径，因而检测精度不高，尤其不适 用于线材生产中对线材直径的在线检测。据了解，目前国内线材生产中，对于线材的在线检测大多采用激光扫描法或平行 光CCD( “CCD”是Charge Coupled Device的简称，即为电荷耦合器件)投影法，但由于激 光扫描法对激光斑的大小要求较高，而CCD基于本身像素的原因，其测量范围和精度都受 影响，一般只能测量直径50 μ m以上的线材，精度大于1 μ m,且线材直径越小，测量精度越差。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以激光为光源的细丝直径 测量仪，以提高测量精度，扩大测量范围，满足线材在线检测的需要。本实用新型所述细丝直径测量仪，包括激光器、防尘镜、放大镜、图像传感器和计 算处理装置，所述激光器为半导体激光器，防尘镜、放大镜、图像传感器依次放置在激光器 所产生的光路上，被测细丝位于激光器与防尘镜之间且处于激光束的照射中，计算处理装 置与图像传感器连接，将来自图像传感器的信号进行处理并计算出被测细丝的直径。为了更好地实现发明目的，本实用新型还采取了以下技术措施1、设置了光束调节器，以调节激光器产生的光束，所述光束调节器放置在激光器 与被测细丝之间且位于激光器所产生的光路上。2、设置了机壳，将所述激光器、防尘镜、放大镜和图像传感器安装在机壳内，或将 所述激光器、光束调节器、防尘镜、放大镜和图像传感器安装在机壳内，以降低灰尘、自然光 的干扰。3、将激光器固定在可调式支承体上，所述可调式支承体包括套筒、第一支架、第二 支架和调整螺钉，激光器安装在套筒内，套筒固定在第一支架上，第一支架位于第二支架上 且通过螺钉弹簧组件定位，调整螺钉为两颗，分别安装在第一支架上。操作调整镙钉可以调 节第一支架的角度、水平位置、垂直位置，使激光器产生的激光束与被测细丝(线材)、防尘 镜、放大镜、图像传感器处在合适的测量面上。[0010]4、设置了适用于在线测量和离线测量的细丝定位机构，所述细丝定位机构由两个 导轮及其支承件组成，两导轮上设置有细丝定位槽，被测细丝通过两导轮上的细丝定位槽 实现定位。5、激光器设置有温度控制系统，以保护激光器的工作环境，从而达到波长和光强 的稳定性。所述温度控制系统包括加热线圈、温度传感器和温度控制单元；加热线圈环绕激 光器外壳安装，其电流输入端与温度控制单元连接；温度传感器设置在激光器所处的温度 场中，其传输线与温度控制单元连接。本实用新型所述细丝直径测量仪中的计算处理装置有多种结构形式，可以是计算 机、单片机、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)中的任一种。所述计算处理 装置中安装有图像处理和细丝直径计算软件。本实用新型所述细丝直径测量仪的工作原理如下激光束由激光器射出，投射在被测细丝上产生衍射光线，衍射光线经过防尘镜滤 除一定的干扰波，再通过放大镜将衍射光线放大并进一步滤除干扰波，然后投射在图像传 感器上形成衍射条纹，计算处理装置采集图像传感器输出的信号(数据)，将所采集的信号 (数据)经过滤波处理得到精确的衍射条纹宽度S，根据公式d= (LX λ)Λ(式中，d:被测 细丝的直径，L 图像传感器与被测细丝之间的距离，S:衍射条纹的宽度，λ 激光的波长) 计算出被测细丝(线材)的直径，并将计算结果存储与通过显示器予以显示。本实用新型 所述细丝直径测量仪既可用于细丝(线材)直径的在线测量，也可用于细丝(线材)直径 的离线测量。本实用新型具有以下有益效果1、本实用新型所述细丝直径测量仪可精确测量直径0. 005mm至0. 5mm的细丝，扩 大了细丝的测量范围，解决了超细细丝(线)直径测量的难题。2、使用本实用新型所述细丝直径测量仪进行细丝(线材)测量精度高，其测量精 度可达0. OOlmm以上。3、本实用新型所述细丝直径测量仪通过图像传感器采集和传输衍射条纹产生的 信号，通过计算处理装置处理来自图像传感器的衍射条纹信号并计算被测细丝(线材)的 直径，速度相当快，每秒可达上百个计算结果，非常适合在线实时测量。4、由于激光器采用的是半导体激光器，与气体激光器相比，体积小，功耗小，有利 于节约能源。
图1是本实用新型所述细丝直径测量仪的第一种结构示意图；图2是本实用新型所述细丝直径测量仪的第二种结构示意图；图3是本实用新型所述细丝直径测量仪中可调式支承体的一种结构示意图；图4是图3的右视图；图5是本实用新型所述细丝直径测量仪中激光器的温度控制系统的一种结构示 意图；图6是本实用新型所述细丝直径测量仪中细丝定位机构的一种结构示意图，该图 还描述了使用本实用新型所述细丝直径测量仪进行测量时，被测细丝(线材)所处的位置。
4[0026]图中，1-激光器(1-1 激光器管芯、1-2 准直镜片、1-3 激光器外壳)，2_防尘镜， 3-放大镜，4-图像传感器，5-计算处理装置，6-被测细丝(线材)，7-机壳，8-电源接口，
9-数据通信接口，10-可调式支承体(10-1第一固定螺钉、10-2 调整螺钉、10-3 第二固 定螺钉、10-4 套筒、10-5 第一支架、10-6 第二支架、10-7 螺旋压簧、10_8 簧筒压套)， 11-光束调节器，12-加热线圈，13-温度传感器，14-温度控制单元，15-导轮，L-图像传感 器与被测细丝之间的距离。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型所述细丝直径测量仪的结构作进一步说 明。实施例1本实施例中，细丝直径测量仪的结构如图1所示，包括激光器1、防尘镜2、放大镜 3、图像传感器4和计算处理装置5。激光器1为半导体激光器(型号650nM10mV-点光，重 庆航伟公司生产)，图像传感器4选用高像素线阵CXD (型号TCD1500AC，东芝公司生产)，计 算处理装置5为数字信号处理器(型号TMS320VC5509A，德州仪器公司生产)。激光器1产 生激光束，防尘镜2、放大镜3、图像传感器4依次放置在激光器1所产生的光路上，被测细 丝6位于激光器1与防尘镜2之间且处于激光束的照射中，计算处理装置5与图像传感器 4连接，将来自图像传感器的信号进行处理并计算出被测细丝的直径，然后将计算结果进行 存储、传输给显示器予以显示。实施例2本实施例中，细丝直径测量仪的结构如图2、图6所示，包括激光器1、防尘镜2、放 大镜3、图像传感器4、计算处理装置5、机壳7、电源接口 8、数据通信接口 9、光束调节器11、 细丝定位机构和可调式支承体10。激光器1、防尘镜2、放大镜3、图像传感器4均与实施例 1相同，计算处理装置5为计算机，光束调节器11为设置有锥形孔的器件(见图幻；细丝定 位机构由两个导轮15及其支承件组成，两导轮15上设置有细丝定位槽(见图6)；可调式 支承体10如图3、图4所示，包括套筒10-4、第一支架10-5、L形第二支架10_6和调整螺钉
10-2，激光器1安装在套筒10-4内，套筒通过第一固定螺钉10-1固定在第一支架10-5上， 第一支架10-5位于第二支架10-6上且通过螺钉弹簧组件定位，所述螺钉弹簧组件由第二 固定螺钉10-3、螺旋压簧10-7、簧筒压套10-8组成，调整螺钉10-2为两颗，分别安装在第 一支架10-5上，且位于第一支架的对角线上。各器件、构件和部件的组装方式激光器1及其可调式支承体10、光束调节器11、 防尘镜2、放大镜3和图像传感器4安装在机壳7内，光束调节器11、防尘镜2、放大镜3、图 像传感器4依次放置在激光器1所产生的光路上，被测细丝6由细丝定位机构定位，位于光 束调节器11与防尘镜2之间且处于激光束的照射中，计算处理装置5通过安装在机壳7上 的数据通信接口 9与图像传感器4连接，将来自图像传感器的信号进行处理并计算出被测 细丝的直径，然后进行存储与显示，安装在机壳7上的电源接口 8通过导线与图像传感器4 连接。实施例3本实施例中，细丝直径测量仪的结构如图2、图5、图6所示，与实施例2不同之处
5是激光器1设置有温度控制系统，所述温度控制系统如图5所示，包括加热线圈12、温度传 感器13和温度控制单元14 ；加热线圈环绕激光器外壳1-3安装，其电流输入端与温度控制 单元连接；温度传感器设置在激光器1所处的温度场中，其传输线与温度控制单元连接。当 温度低于设定温度时，温度控制单元使加热线圈通电，当温度高于设定温度时，温度控制单 元使加热线圈断电。
权利要求1.一种细丝直径测量仪，包括激光器(1)，其特征在于还包括防尘镜(2)、放大镜(3)、 图像传感器(4)和计算处理装置(5)，所述激光器(1)为半导体激光器，防尘镜(2)、放大镜 (3)、图像传感器⑷依次放置在激光器⑴所产生的光路上，被测细丝(6)位于激光器⑴ 与防尘镜(2)之间且处于激光束的照射中，计算处理装置(5)与图像传感器(4)连接，将来 自图像传感器的信号进行处理并计算出被测细丝的直径。
2.根据权利要求1所述的细丝直径测量仪，其特征在于还包括光束调节器(11)，所述 光束调节器(11)放置在激光器⑴与被测细丝(6)之间且位于激光器⑴所产生的光路 上。
3.根据权利要求1所述的细丝直径测量仪，其特征在于还包括机壳(7)，所述激光器 (1)、防尘镜(2)、放大镜(3)和图像传感器⑷安装在机壳(7)内。
4.根据权利要求2所述的细丝直径测量仪，其特征在于还包括机壳(7)，所述激光器 (1)、光束调节器(11)、防尘镜(2)、放大镜(3)和图像传感器⑷安装在机壳(7)内。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的细丝直径测量仪，其特征在于激光器 (1)固定在可调式支承体(10)上，所述可调式支承体包括套筒(10-4)、第一支架(10-5)、第 二支架(10-6)和调整螺钉(10-2)，激光器(1)安装在套筒(10-4)内，套筒固定在第一支 架(10-5)上，第一支架(10-5)位于第二支架(10-6)上且通过螺钉弹簧组件定位，调整螺 钉为两颗，分别安装在第一支架(10-5)上。
6.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的细丝直径测量仪，其特征在于还包括细 丝定位机构，所述细丝定位机构由两个导轮(15)及其支承件组成，两导轮(15)上设置有细 丝定位槽。
7.根据权利要求5所述的细丝直径测量仪，其特征在于还包括细丝定位机构，所述细 丝定位机构由两个导轮(15)及其支承件组成，两导轮(15)上设置有细丝定位槽。
8.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的细丝直径测量仪，其特征在于激光器 (1)设置有温度控制系统，所述温度控制系统包括加热线圈(12)、温度传感器(13)和温度 控制单元(14)；加热线圈环绕激光器外壳(1-3)安装，其电流输入端与温度控制单元连接； 温度传感器设置在激光器(1)所处的温度场中，其传输线与温度控制单元连接。
9.根据权利要求5所述的细丝直径测量仪，其特征在于激光器(1)设置有温度控制系 统，所述温度控制系统包括加热线圈(12)、温度传感器(13)和温度控制单元(14)；加热线 圈环绕激光器外壳(1-3)安装，其电流输入端与温度控制单元连接；温度传感器设置在激 光器(1)所处的温度场中，其传输线与温度控制单元连接。
10.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的细丝直径测量仪，其特征在于计算处理 装置(5)为计算机、单片机、数字信号处理器、现场可编程门阵列中的一种。
专利摘要一种细丝直径测量仪，包括激光器、防尘镜、放大镜、图像传感器和计算处理装置，所述激光器为半导体激光器，防尘镜、放大镜、图像传感器依次放置在激光器所产生的光路上，被测细丝位于激光器与防尘镜之间且处于激光束的照射中，计算处理装置与图像传感器连接，将来自图像传感器的信号进行处理并计算出被测细丝的直径。此种细丝直径测量仪可精确测量直径0.005mm至0.5mm的细丝(线材)，测量精度可达0.001mm以上。
文档编号G01B11/08GK201867174SQ20102062680
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者周伟, 廖闽, 张郭, 黄献春 申请人:四川辉煌测控设备有限公司