基于線陣CCD的光電玻璃測厚方法研究

由激光器發(fā)出的激光P0，以一定的角度射向玻璃板時，其中一小部分會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，實際中通過線陣CCD檢測計算3條光線的垂直距離來測定玻璃板的實際厚度尺寸。
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：

測量時通過處理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)
在實際應(yīng)用中，通過在線標定獲得a的值。記錄某一時刻的峰間距值D(光線P1和光線P5的距離)，在玻璃成型后獲得當時的玻璃厚度H就可以得出標定值a。
方法特點：1)受光學(xué)系統(tǒng)的相差、光點的大小、探測器固有的位置、探測器暗電流和外界雜散光的影響。2)受被檢測玻璃的抖動影響。 3)受探測器檢測電路的測量準確度和噪聲、電路溫漂系統(tǒng)等主要因素影響。
2．3 雙激光反射測厚法
根據(jù)單激光反射測量法的不足，提出一種采用雙激光結(jié)合光學(xué)三角法的反射測量法如圖5所示：在待測玻璃板兩邊各安置一臺激光的，采用兩個線陣CCD傳感器構(gòu)成上、下兩個三角量測系統(tǒng)，分別同時測量玻璃帶上下表面的位移，根據(jù)兩個線陣CCD傳感器的位移值，計算玻璃帶的厚度。如果欲加強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，因為由于傳感器的傾斜安裝，則光線也是傾斜入射，所以采集電壓輸出值與實際距離有一個角度關(guān)系。

由圖5中有公式(5)：
d=x-x1cosα1-x2cosα2 (5)
對(5)式中的x-x1cosα1、x2cosα2以及x測定。實際應(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，兩個線陣CCD傳感器在垂直方向裝配時需錯開幾毫米。
方法特點：1)可有效克服傳感器位置偏移、玻璃抖動等因素造成的對玻璃厚度測量的影響。2)受外界環(huán)境溫度影響較位嚴重，在退火爐熱端進行測量時，測厚系統(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厚法、單激光反射式測厚法、雙激光反射式測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、雙激光反射式測量玻璃厚度，具有高速度、小型化、高精度、非接觸等優(yōu)點。其與傳統(tǒng)玻璃測厚方法比較：穩(wěn)定度、靈敏度及準確度等方面都有了顯著的提高，具有一定應(yīng)用價值。