基于線陣CCD的光電玻璃測(cè)厚方法研究

由激光器發(fā)出的激光P0，以一定的角度射向玻璃板時(shí)，其中一小部分會(huì)在玻璃板上表面直接反射出光線P1到CCD感光面上，其反射角A1和入射角A0相等，大部分激光經(jīng)過空氣-玻璃界面折射出光線P2，P2在下表面全反射后一大部分在玻璃與空氣界面折射出光線P3到CCD感光面上，另一部分在玻璃2空氣界面反射出光線P4，同樣光線P4經(jīng)玻璃與空氣界面折射出光線P5。容易得出光線P1、光線P3、光線P5平行，3條光線相互距離與玻璃板的厚度成線性關(guān)系，實(shí)際中通過線陣CCD檢測(cè)計(jì)算3條光線的垂直距離來測(cè)定玻璃板的實(shí)際厚度尺寸。
設(shè)空氣與玻璃的折射率分別為n0、n，光線的入射角為T0，玻璃內(nèi)部的折射角為T2，則可以得到式(2)：

在CCD上檢測(cè)到的光線P1和光線P5之間的距離D在入射角固定的情況下與玻璃板的實(shí)際厚度H是線性的比例關(guān)系。若U0=1．00，則二者關(guān)系用公式(3)體現(xiàn)為：

測(cè)量時(shí)通過處理CCD數(shù)據(jù)得到D的值，從而可得出玻璃厚度H。式(3)可以簡化為：
H=a·D (4)
在實(shí)際應(yīng)用中，通過在線標(biāo)定獲得a的值。記錄某一時(shí)刻的峰間距值D(光線P1和光線P5的距離)，在玻璃成型后獲得當(dāng)時(shí)的玻璃厚度H就可以得出標(biāo)定值a。
方法特點(diǎn)：1)受光學(xué)系統(tǒng)的相差、光點(diǎn)的大小、探測(cè)器固有的位置、探測(cè)器暗電流和外界雜散光的影響。2)受被檢測(cè)玻璃的抖動(dòng)影響。 3)受探測(cè)器檢測(cè)電路的測(cè)量準(zhǔn)確度和噪聲、電路溫漂系統(tǒng)等主要因素影響。
2．3 雙激光反射測(cè)厚法
根據(jù)單激光反射測(cè)量法的不足，提出一種采用雙激光結(jié)合光學(xué)三角法的反射測(cè)量法如圖5所示：在待測(cè)玻璃板兩邊各安置一臺(tái)激光的，采用兩個(gè)線陣CCD傳感器構(gòu)成上、下兩個(gè)三角量測(cè)系統(tǒng)，分別同時(shí)測(cè)量玻璃帶上下表面的位移，根據(jù)兩個(gè)線陣CCD傳感器的位移值，計(jì)算玻璃帶的厚度。如果欲加強(qiáng)CCD的光量，提高CCD解析度，只需將兩套線陣CCD傳感器合適的傾斜安裝即可，因?yàn)橛捎趥鞲衅鞯膬A斜安裝，則光線也是傾斜入射，所以采集電壓輸出值與實(shí)際距離有一個(gè)角度關(guān)系。

由圖5中有公式(5)：
d=x-x1cosα1-x2cosα2 (5)
對(duì)(5)式中的x-x1cosα1、x2cosα2以及x測(cè)定。實(shí)際應(yīng)用中因玻璃是透明體，為了避免傳感器所發(fā)射激光束相互干擾，兩個(gè)線陣CCD傳感器在垂直方向裝配時(shí)需錯(cuò)開幾毫米。
方法特點(diǎn)：1)可有效克服傳感器位置偏移、玻璃抖動(dòng)等因素造成的對(duì)玻璃厚度測(cè)量的影響。2)受外界環(huán)境溫度影響較位嚴(yán)重，在退火爐熱端進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)厚系統(tǒng)必須有冷卻裝置才能正常工作。

3 結(jié)束語
文中分析了透射式測(cè)厚法、單激光反射式測(cè)厚法、雙激光反射式測(cè)厚法的原理及性能特征。利用線陣CCD傳感器作為光電轉(zhuǎn)換器件結(jié)合光三角法，采用激光透射式，單激光反射式、雙激光反射式測(cè)量玻璃厚度，具有高速度、小型化、高精度、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。其與傳統(tǒng)玻璃測(cè)厚方法比較：穩(wěn)定度、靈敏度及準(zhǔn)確度等方面都有了顯著的提高，具有一定應(yīng)用價(jià)值。