专利名称：漆包线漆层厚度动态监控仪及监控方法
技术领域：
本发明漆包线漆层厚度动态监控仪及监控方法，主要适用于漆包线生产过程中漆层厚度及细径线材生产线中对线材直径长时间连续、高精度、动态监控检测。
目前高精度测量线材直径，特别是1mm以下细线的方法有以下几种1、利用千分卡尺，2、利用工具显微镜等大型仪器，3、利用激光衍射原理，4、利用线阵电荷耦合光敏器件(CCD)，5、利用线材遮光法测量线径的利用千分卡尺和利用工具显微镜等大型仪器测量线材直径，只能实现静态测量。利用激光衍射原理测量线材直径;由于使激光器长期稳定工作的技术较为复杂，激光器长期稳定工作的技术较为复杂，激光器本身价格较高，所以整台测量设备价格难于降下来。在现代化的漆包线生产厂中有多达几百条线同时上漆，并需要对每条线连续监控，所以如果单台仪器价格过高，使用厂家可能无能力接受。另外激光器连续工作寿命不高，激光衍射法对于线材抖动引起的测量误差难于补偿，因此该方法未能得到广泛应用。利用线阵电荷耦合光敏器件(CCD)测量，由于CCD器件价格较高，CCD器件的驱动电路和输出信号处理技术较为复杂，所以单台仪器价格过高。这种方法基本上没有在漆包线漆层厚度测量方面得到应用。利用线材遮光法测量线径的方法虽然成本低、结构简单，但是当前国内外由于没有解决光源长期稳定工作问题和由于光线边缘衍射引起的非线性问题，所以精度较低，一般最好精度为±10μM。
本发明的目的是提供一种新颖的漆包线漆层厚度动态监控仪及其监控方法，解决漆包线漆层厚度、细径线材生产线中对线材直径长时间连续、高精度、动态监控，能满足多测点集中监控的要求。
本发明利用线材遮光法测量线径，即改变光通量的方法进行高精度细线直径的检测，在漆包线漆层厚度与细线直径测量中，由于直径的变化引起遮光能力的变化，通过一探测器检测出直径变化信息，通过另一探测器检测出光源变化，两信号相除消光源不稳定影响，最后通过查表法或经推导公式进行非线性校正。
漆包线漆层厚度动态监控仪主要由监控仪机箱、传感器探头部分、信号处理部分、显示部分、控制部分、远传接口、电源供给部分组成。传感器探头部分包括传感器壳体、传感器壳体一端开有信号线引出孔，靠在信号线引出孔一端装有光源绝缘板，绝缘板上装有光源、在传感器壳体另一端装有光电探测器(2)和光电探测器(3)、光电探测器一面固定在绝缘板上，另一面(面向光源)装有玻璃板，作用是透光、挡灰尘，在光源与光电探测器之间开有被测漆包线或细直径线材导引槽。信号处理部分由信号放大器(5)、信号放大器(6)、信号转换器、非线性校正器组成，信号放大器(5)、(6)分别接有负反馈电阻R1与R2。显示部分主要由数字显示器组成。控制部分由拨盘(10-1)、(10-2)，数字比较器(11-1)、(11-2)，逻辑门(12-1)、(12-2)、(12-3)，驱动器、继电器(14)(15)构成，其中逻辑门(12-1)、(12-2)为与门，(1-2)为反相器，继电器具有常闭触点J1，常开触点J2。远传接口主要由线驱动器组成。电源供给部分由电源变压器、整流器、滤波电容、正电源稳压器、负电源稳压器组成。
当被测线材经过导轮置于光源和光电探测器(2)之间，被测线材遮挡了光源，发出到光电探测器(2)的部分光，线径越粗，被遮挡的光就越多，而光电探测器输出的信号电流就越小，反之线径越细，被遮挡的光就越少，到达光电探测器的光就越多，光电探测器(2)的输出信号就越大，光电探测器(2)的输出信号电流与照射其上的光通量成正比，与被测线材直径有某一函数关系。这一函数是单值的。
在漆包线生产过程中，裸铜线是通过金钢石模具拉制出来的，模具的磨损速度很慢，因此在同一批线中，裸铜线外直径变化量远小于漆包线漆层厚度的允许变化量，漆包线直径与裸铜线直径差的一半即为漆包线漆层厚度，所以只需通过对漆包线外径进行监控，即可达到对漆层厚度进行监控的目的。
光源发出的光还有一部分直接照在光电探测器(3)上，光电探测器(3)的输出信号电流与光源的发光强度成正比，与被测线材无关。由于温度的变化，供电电流或电压的波动，时间老化和灰尘污染都会引起光源实际发光能力的变化，光电探测器(3)的作用就是监视光源实际发光能力的变化，通过以后的信号处理可消除这种变化对测量精度的影响。
光电探测器(2)和(3)发出的两路信号，分别经放大器(5)和(6)后送给信号转换器。信号放大器(5)和(6)是电流-电压变换电路，即把光电探测器(2)和(3)的模拟量光电流信号转换成模拟量电压信号，R1和R2分别为信号放大器(5)和(6)的负反馈电阻。
放大器(5)的输出信号反映了线径的变化，接信号转换器模拟信号输入端Vi，放大器(6)的输出信号反映了光源发光能力的变化，接A/D信号转换器的参考电压端Vref。信号转换器的输出信号(数字量信号)正比于Vi/Vref，通过这一除法运算，变换器的输出信号只是线径的函数，与光源的发光强度无关。D0～D7是A/D信号转换器数字信号输出端，接非线性校正器选址输入端A0～A7，调节电位器W可改变A/D信号转换器参考电压的大小，从而调整仪器量程，R3和R4为调节范围限制电阻。
由于光的衍射效应，光电探测器(2)的输出信号与被测线材直径成非线性关系。信号转换器的输出信号也就与被测线性材直径成非线性关系，这种非线性函数关系被用表格形式固化在非线性校正器中，非线性校正器是只读存贮器(ROM)，A0～A7是选址线，D0′～D7′是输出线，非线性校正工作即是一查表工作。查表后得到的BCD码数字信号并行送给数字显示器，远传驱动器和控制部分。D7′是符号位，远传驱动器只允许信号从A0′～A7′到B0～B7单向传输。
控制部分的核心是数字电压比较器(11-1)和(11-2)，拨盘(10-1)和(10-2)是允许偏差设置部分，人们可根据工艺要求设定偏差，电压比较器(11-1)和(11-2)将其和实际值进行比较，超差后给出控制信号。本仪器在正常条件下;线径偏差为零时显示零。实际上仪器显示的是漆层厚度，当漆层厚度偏差为零时，显示为零，出现负偏差时D7′为高电平(逻辑“1”)。出现正偏差时D7′为低电平(逻辑“0”)。本仪器控制按上下允许偏差相等的要求进行设计，因此只有一组偏差设定与比较机构，然后利用逻辑门(12-1)、(12-2)和(12-3)根据比较器的输出与符号位D7′的各种组合，判断出无偏差，上超差或下超差三种情况。
本电路中数字电压比较器(11-1)与(11-2)串联构成7比特(两位BCD)码比较器。当拨盘(10-1)和(10-2)设定的信号小于实际漆层偏差信号(由D0′～D6′给出，D7′给出偏差符号，正偏差D7′为逻辑电平“0”，负偏差D7′为逻辑电平“1”)数字电压比较器有一逻辑电平“1”送给与门(12-1)和(12-2)反之数字比较器送出逻辑电平“0”。(12-3)是反相器。当数字比较器输出“1”符号位D7′输出“1”时与门(12-1)有一输出“1”通过(13)继电器14吸合，常开接点J1闭合。当数字比较器输出“1”，符号位D7′输出“0”(对应于正超差)通过反相器(12-3)，与门12-2两输入均为“1”，与门(12-2)有一输出“1”，通过驱动器(13)使继电器(15)吸合。常开接点J2闭合，当比较器输出为“0”，与门(12-1)、(12-2)只能输出“0”继电器都不动作。
数据可通过远传接口送给主控制计算机，从而实现综合控制;也可送给打印控制器，把各点数据定时打印出来或进行超差随机打印。
电源部分为常规稳压源，本仪器电路对电源稳压精度要求不高，为了获得±5V输出可以采用其它结构形式。
漆包线漆层厚度动态监控仪及监控方法有如下优点1、解决了漆包线漆层厚度，细径线材生产线中对漆层厚度线材直径、长时间连续、高精度、动态监控问题。
2、该仪器在功能上满足多测点集中监控的要求，即提供远传信号。
3、本发明仪器采用遮光方法，即改变光通量的方法进行高精度漆包线漆层细线直径的检测方法对线径的分辨能力是1um，仪器综合精度为±2um。
4、由于采用漆包线漆层厚度动态监控仪解决了漆包线在生产过程中漆层厚度不均匀问题，从而有助于漆包线生产中质量控制。据了解，我国漆包线生产由于漆层厚度不均匀引起的经济损失每年有上千万元人民币，而且由于产品质量在线检测问题未解决，而严重影响出口创汇。如果采用本发明仪器及测试方法就能解决此问题。
5、本发明仪器结构简单、电路抗干扰能力强，探头及仪器电器部分成本较低，而长期工作稳定性好(已经做了长期运行试验)。
以下将结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明电路系统原理图。
图2是传感器探头结构示意图。
图中1、光源，2、3，光电探测器，4、传感器壳体，5、6，信号放大器，7、信号转换器，8、非线性校正器，9、数字显示器，10、拨盘，11-1、11-2，数字比较器，12-1、12-2与门，12-3、反相器，13、驱动器，14、15，继电器，16、线驱动器，17、电源变压器，18、整流器，19-1、19-2、19-3、19-4，滤波电容，20、正电源稳压器，21、负电源稳压器，22、玻璃板，23、光源绝缘板，24、导引槽。R1、R2信号放大器负反馈电阻，R3、R4调节范围限制电阻，W、调节电位器，J1、继电器常闭接点，J2、继电器常开接点，R5光源限流电阻。
参照附图漆包线漆层厚度动态监控仪主要由控制机箱，传感器探头部分、信号处理部分、显示部分、控制部分、远传接口、电源供给部分组成。
传感器探头部分由传感器壳体(4)、传感器壳体一端开有信号线引出孔，靠在信号线引出孔一端装有光源绝缘板(24)，绝缘板上装有光源(1)、在传感器壳体(4)另一端装有光电检测器(2)和光电探测器(3)、光电探测器一面固定在绝缘板(22)上，另一面(面向光源)装有玻璃板(23)作用是透光、挡灰尘，在光源(1)与光电探测器之间开有被测漆包线或细直径线材导引槽(25)。
信号处理部分由信号放大器(5)、信号放在器(6)、信号转换器(7)、非线性校正器组成。信号放大器(5)接有负反馈电阻R1，信号放大器(5)与光电探测器(2)相连接，输出端与信号转换器(7)模拟信号输入端Vi相连;信号放大器(6)接有负反馈电阻(R2)，并与光电探测器(3)相连接，输出端串联有调节电位器W与R3与R4调节范围限制电阻，调节电位器W可改变A/D信号转换器参考电压的大小，从而调整仪器量程，输出端通过调节电位器W接信号转换器(7)参考电压端Vref。信号转换器具有数字信号输出端D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，分别接非线性校正器(8)选址输入端A0、A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7。非线性校正器(8)是只读存贮器(ROM)，A0～A7是选址线，D0′、D1′、D2′D3′、D4′、D5′、D6′、D7′是输出线。非线性校正工作即是一查表工作，查表面得到BCD码数字信号并行送给数字显示器(9)，远传线驱动器(16)和控制部分，D7′是符号位，远传线驱动器只允许信号从A0′～A7′到B0～B7单向传输。
显示部分主要由数字显示器(9)构成。远传接口为线驱动器(16)，数据可通过远传接口送给主控制计算机从而实现综合控制、也可送给打印控制器，把各点数据打定时打印出来或进行超差随机打印。
控制部分由拨盘(10-1)和(10-2)、数字比较器(11-1)与(11-2)、逻辑门(12-1)、(12-2)、(12-3)、驱动器(13)、继电器(14、15)构成，J1为继电器常闭接点，J2为继电器常开接点。继电器(14)、(15)公共接点与电源供给部分相连。逻辑门(12-1)、(12-2)为与门，(12-3)为反相器。
电源供给部分由电源变压器(17)、整流器(18)，滤波电容(19-1)、(19-2)、(19-3)、(19-4)、正电源稳压器(20)、负电源稳压器(21)组成。光源(1)电源由稳压电源供给，并串联有限流电阻R5。
权利要求
1.一种具有控制机箱、电源供给部分组成的漆包线漆层厚度动态监控仪，其特征是还具有传感器探头部分、信号处理部分、显示部分、控制部分、远传接口；传感器探头部分由传感器壳体(4)、传感器壳体一端开有信号线引出孔，靠在信号线引出孔一端装有光源绝缘板(24)、绝缘板上装有光源(1)，在传感器壳体(4)另一端装有光电探测器(2)，光电探测器(3)，光电探测器一面固定在绝缘板(22)上，另一面(面向光源)装有玻璃板(23)、在光源(1)与光电探测器之间开有被测漆包线导引槽(25)；信号处理部分由信号放大器(5)、信号放大器(6)，信号转换器(7)、非线性校正器组成；信号放大器(5)接有负反馈电阻(R1)、信号放大器(5)与光电探测器(2)相连接，输出端与信号转换器(7)模拟信号输入端Vi相连；信号放大器(6)接有负反馈电阻(R2)，并与光电探测器(3)相连接，输出端串联有调节电位器W与调节范围限制电阻R3、R4，输出端通过调节电位器W接信号转换器(7)，参考电压端Vref；信号转换器具有数字信号输出端D0～D7，分别接非线性校正器(8)选址输入端A0～A7；控制部分由拨盘(10-1)、(10-2)、数字比较器(11-1)、(11-2)、逻辑门(12-1)、(12-2)、(12-3)驱动器(13)、继电器(14)、(15)构成；继电器具有常闭接点J1，常开接点J2，逻辑门(12-1)、(12-2)为与门，(12-3)为反相器。
2.根据权利要求1所述的漆包线漆层厚度动态监控仪，其特征是非线性校正器(8)是只读存贮器(ROM)A0～A7是选址线，D′0～D′7是输出线。
3.根据权利要求1所述的漆包线漆层厚度动态监控仪，其特征是显示部分主要由数字显示器(9)构成。
4.根据权利要求1所述的漆包线漆层厚度动态监控仪，其特征是远传接口为线驱动器(16)、数据可通过远传接口送给主控制计算机或打印控制器。
5.漆包线漆层厚度动态监控仪，监控方法采用遮光法测量漆包线漆层厚度或细线径线材，漆包线或线径线材通过传感器导引槽(25)，由于直径的变化引起遮光能力的变化，通过光电探测器(2)检测出直径变化信号，并通过另一光电探测器(3)测出光源实际发光能力变化信号，光电探测器(2)和(3)发出的两信号，两信号相除消除光源不稳定影响，最后通过非线性校正，即能得到漆包线漆层厚度或细线径线材直径实际偏差值。
全文摘要
本发明漆包线漆层厚度动态监控仪及监控方法，主要适用于漆包线生产过程中漆层厚度及细径线材生产线中对线材直径长时间连续、高精度、动态监控、检测。该监控仪主要由控制机箱、传感器探头部分、信号处理部分、显示部分、控制部分、远传接口、电源供给部分组成。漆包线漆层厚度动态监控仪结构简单、电路抗干扰能力强、稳定性好，探头及仪器电器部分成本较低，满足多测点集中监控要求，解决了漆包线生产过程中漆层厚度不均匀问题。
文档编号G05B11/16GK1041460SQ88105449
公开日1990年4月18日 申请日期1988年9月19日 优先权日1988年9月19日
发明者陈建元, 王其生, 袁志炳 申请人:常州市自动化仪表厂