CN102942300A - 基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统 - Google Patents
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Abstract
基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，包括加热炉、设置在加热炉两侧的上片台、钢化冷却段和下片台、控制系统，还设有紫外光检测机构，由输出紫外光线的光源和用于扑捉紫外光信号并转化为可用信号的信号采集器组成，本发明基于普通玻璃对紫外光的衰减特性，通过滤光窗口和大规模光电探测器阵列对穿过玻璃后的光强度进行探测，从而形成与玻璃外形轮廓匹配的光衰减区域，达到玻璃几何参数测量的目的；该系统中的检测机构采用一体化设计，结构紧凑，方便安装，与其他加工装置配套安装适应强，而且在检测过程中，该检测系统通过对可见光双重过滤，可以有效地滤除可见光，避免外界光线变化对系统的影响，提高型号识别的正确率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于玻璃几何参数的测量系统，具体涉及一种基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统。
背景技术
目前，玻璃行业逐渐采用光源结合相机对玻璃的综合几何参数进行测量以达到在生产过程中实施监控的目的，例如，已公开专利：用于监控安全玻璃生产和控制加工过程的方法和设备，该方法及设备利用高强度光源照射在被测玻璃表面，相机在通过接受反射的光强度信号来分析相关的数据，该方法中所具有的缺点是：其一、在使用过程中对光的入射角度和检测面的角度有特殊要求，当设置角度存在偏差时，测量所得到的数据也存在较大误差；其二、该设备测量过程中易受到外界可见光的影响，这将导致测量的数据不精确。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，该测量系统适应性强，而且测量过程中可有效避免外界光线变化对系统测量精度的影响，提高玻璃型号识别的正确率。
本发明所采用的技术方案为：基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，包括对玻璃进行钢化处理的加热炉、设置在加热炉两侧的上片台、钢化冷却段和下片台、用于控制钢化炉工作过程的控制系统，在上片台和下片台上分别设有辊道传送机构，辊道传送机构上设有多个辊道，通过辊道的转动带动被检测玻璃在上片台和下片台上移动，还设有紫外光检测机构，紫外光检测机构由输出波长范围在200～360nm之间的紫外光线的光源和用于扑捉紫外光信号并转化为可用信号的信号采集器组成，所述的信号采集器设有一壳体，壳体前端设有滤波窗口，滤波窗口具有200nm-410nm的通带，在壳体内封装有具有荧光材料的光电探测器阵列，该荧光材料的响应峰值在310nm，光源设置在加热炉入口的上方，信号采集器设置在上片台的下方，光源发出的光束照射在两个辊道之间的空档面上，信号采集器中光电探测器阵列的成像区域与光源发出的光束照射面相对应，信号采集器的信号输出端连接于控制系统；玻璃通过检测区域时，玻璃对紫外光进行强衰减，被玻璃遮挡住的部分，对应的探测器通道输出数值偏低的光电信号，没有遮挡的部分对应的探测器通道输出数值高于遮挡处的光电信号输出，经过玻璃与信号采集器的相对运动，信号采集器捕捉到玻璃外形轮廓、尺寸、厚度参数相关的图像信息，并将该图像信息参数传输给控制系统。
所述的紫外光检测机构中的光源由壳体和设置在壳体内的紫外光源组成，在紫外光照射的方向上还设有准直透镜。
所述光源和信号采集器中的壳体，其内壁上均设有隔热层，壳体上还设有换热风扇。
还设有一用于定时启动紫外光检测机构的控制装置，控制装置的信号输出端分别与光源和信号采集器连接，控制装置用于定时启动光源为系统提供照明和信号采集器扫描被测区域的图像。
所述的控制装置设置在辊道传送机构上，为一旋转编码器，旋转编码器根据辊道上表面玻璃移动速度来定时启动光源和信号采集器。
所述的紫外光检测机构可通过支撑架设置在上片台上，支撑架为框架结构，光源设置在位于上片台上方的支撑架上，信号采集器设置在位于上片台下方的支撑架上，在上片台上设有滑动导轨，支撑架通过滑动导轨与上片台构成滑动连接。
该系统还可以增设用于捕捉可见光波段的探测器阵列，通过多谱图像信息的融合，将获取玻璃表面印刷图案的分布信息传输给控制系统。
所述位于下片台的一侧，还设有用于检测钢化后玻璃表面信息的紫外光检测机构，紫外光检测机构将采集到的信息传输至控制系统。
由于采用上述技术方案，本发明创造具备如下有益效果：
其一、该系统中的检测机构采用一体化设计，结构紧凑，方便安装，与其他加工装置配套安装适应强，而且在检测过程中，该检测系统通过对可见光双重过滤，可以有效地滤除可见光，避免外界光线变化对系统的影响，提高型号识别的正确率，其次检测机构中采用的信号采集器具有荧光材料的光电探测器阵列，该荧光材料在紫外波段具有较高的吸收效率，光电探测器阵列能够实现5000mm/s运动物体的成像，进一步提高测量速度。
其二、通过该系统测量负载信息时，采用波长范围在200～360nm之间的紫外光输出，通过玻璃的强衰减后，输出光线经滤光窗口，滤光窗口采用特殊材料制成，能够形成200nm-410nm的通带，该滤光窗口能够滤除大部分的可见光，因此可以进一步降低可见光的影响，后透过滤光窗口的紫外光和可见光经过荧光材料，该荧光材料的响应峰值在310nm，对可见光有进一步的的过滤作用，在200～360nm波长范围的紫外光具有较强的激发效率，经过荧光材料的作用，发射出380-780nm范围的可见光，该部分可见光被光电探测器阵列接收，形成与光通量成比例的光电流输出。当有玻璃通过时，玻璃对光源发出的紫外光具有强衰减作用，会与没有玻璃的区域形成明显的区别，从而对玻璃的外形轮廓进行有效地探测，并能够很好的排除可见光的影响，避免外界光线变化对系统测量精度的影响，提高测量的准确度。
其三、该专利，通过大量的试验证明，采用波长在200～360nm之间的紫外光时，使得该检测机构可最大化降低外界可见光的影响，无需根据玻璃颜色设置用于产生反差的背景，同时也无需考虑外界可见光的影响，测量效果达到最佳，同时测量精度也得到提高。
其四、还设有用于定时启动光源和信号采集器的旋转编码器，该旋转编码器设置辊道传送机构中辊道上，根据辊道的角速度来转化为辊道传送机构的运行速度来定时启动光电探测器阵列对监测区域成像，一方面确定产品输送多长距离光电探测器阵列成像一次，即光电探测器阵列的外触发信号发生功能；一方面确定玻璃是否进炉完毕，即紫外光检测机构的启动和结束信号发生功能。保证无遗漏区域，检测准确度更高。
附图说明
图1是本发明第一种实施方式的结构示意图。
图2为本发明第二种实施方式的结构示意图。
图3为本发明第三种实施方式的结构示意图。
图4为本发明第四种实施方式的结构示意图。
附图标记：1、待检测玻璃，2、加热炉，201、加热炉入口，3、上片台，4、钢化冷却段，5、下片台，6、辊道传送机构，7、光源，8、信号采集器，9、旋转编码器。
具体实施方式
如图1所示，基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，包括对玻璃进行钢化处理的加热炉2、设置在加热炉2两侧的上片台3、钢化冷却段4和下片台5、用于控制钢化炉工作过程的控制系统，在上片台3和下片台5上分别设有辊道传送机构6，辊道传送机构6上设有多个辊道，通过辊道的转动带动被检测玻璃在上片台3和下片台5上移动，
还设有紫外光检测机构，紫外光检测机构由输出波长在200～360nm之间的紫外光线的光源7和用于扑捉紫外光信号并转化为可用信号的信号采集器8组成，所述的信号采集器8设有一壳体，壳体前端设有滤波窗口，滤波窗口具有200nm-410nm的通带，在壳体内封装有具有荧光材料的光电探测器阵列，即为在光电探测器阵列上涂有一层荧光材料，该荧光材料的响应峰值在310nm，由多个光电探测器组成阵列状即为构成光电探测器阵列，光源7设置在加热炉入口201的上方，信号采集器8设置在上片台3的下方，光源7发出的光束照射在两个辊道之间的空档面上，信号采集器8中光电探测器阵列的成像区域与光源7发出的光束照射面相对应，信号采集器8的信号输出端连接于控制系统；系统工作时，辊道传送机构将待检测玻璃1输送至加热炉入口，辊道转动的同时，同时启动光源和信号采集器中的光电探测器阵列启动，光源输出的紫外光线束和一部分可见光照射在辊道的中间空挡面上，位于下片台下方的信号采集器对该空挡区域进行成像监测。当没有玻璃通过时，紫外和可见光通过滤波窗口，该窗口可以滤除大部分的可见光，紫外光波长在滤波窗口的通带内，通过滤波窗口的光线作用到荧光材料，该荧光材料对透射进来的可见光进一步滤除，对紫外光产生强吸收，通过荧光效应发射可见光，由入射紫外光激发的可见光被光电探测器阵列获取，形成较强的信号输出；当玻璃通过检测区域时，玻璃对紫外光进行强衰减，被玻璃遮挡部分对应的探测器通道输出光电信号较低，没有被遮挡部分对应的探测器通道输出光电信号明显高于遮挡部分的光电信号输出，通过待检测玻璃与信号采集器的相对运动，光电探测器阵列捕捉到玻璃外形轮廓、尺寸、厚度参数相关的图像信息，并将该图像信息参数转化后传输给控制系统。玻璃产品进炉过程中，控制系统对采集的图像信息进行处理，获取轮廓综合几何参数，并利用多参数模糊识别的方法对其型号进行识别，以图形化的方式对玻璃的排列、综合几何参数、轮廓进行显示，同时通过通用串行接口将玻璃型号和综合尺寸参数传输给控制系统，控制系统根据获得的玻璃综合几何参数对加工参数进行自动设置。
该系统中，所述的紫外光检测机构中的光源7可采用紫外光源，该光源输出紫外光线和一部分可见光，该紫外光源可采用市售的低压汞灯，紫外光源外部设有壳体，采用四周封闭设计，在照明方向采用准直透镜，减少散射光的影响，同时可以防止光源照射操作人员。紫外光线的传输流程如下：紫外光源输出紫外光线，滤光窗口采用特殊材料制成，能够形成200nm-410nm的通带，该滤光窗口能够滤除大部分的可见光（普通玻璃对可见光的透过率一般高于80%），透过滤光窗口的紫外光和可见光经过荧光材料，该荧光材料的响应峰值在310nm，对可见光进一步的过滤，对200～360nm波长范围的紫外光具有较强的激发效率，经过荧光材料的作用，发射出380-780nm范围的可见光，该部分可见光被光电探测器阵列接收，形成与光通量成比例的光电流输出。当有玻璃通过时，玻璃对光源发出的紫外光具有强衰减作用，会与没有玻璃的区域形成明显的区别，从而对玻璃的外形轮廓进行有效地探测，并能够很好的排除可见光的影响。该方法对产品颜色、形状、表面弯曲、透光率、尺寸等特性参数均具有很好的适应性。
本发明基于普通玻璃对紫外光的衰减特性，通过滤光窗口和大规模光电探测器阵列对穿过玻璃后的光强度进行探测，从而形成与玻璃外形轮廓匹配的光衰减区域，达到玻璃几何参数测量的目的；而且该系统采用波长在200～360nm之间的紫外光作为成像系统光源，该种光源对玻璃的透光率、反射率、内部参杂、表面印刷油墨颜色等具有很好的适用性。
所述光源7和信号采集器8中的壳体，均可采用金属外壳，内壁设有隔热层，并配有换热风扇，保证装置内的荧光材料和光电探测器阵列的工作温度，间接提高改装置的使用寿命。
本专利所述的紫外光检测机构中的信号采集器可采用涂有荧光材料的光电探测器，可采用多个光电探测器构成的光电探测器阵列，实现200nm-380nm范围内的紫外光的有效探测，该光电探测器阵列设置在壳体内，壳体前端为滤波窗口，可以有效地滤除大部分的可见光，并对紫外光具有强的透过率。光电探测器阵列根据系统输送辊道的宽度和几何参数的检测精度有关，本专利所述的检测区域为一较狭长的区域，因此在保证辊道宽度方向的同时，会造成玻璃产品运动方向覆盖的区域也比较大，所以，本专利采用多片式多路并行方式设计探测器，比如系统覆盖的区域宽度为2000毫米，选用80片128像素的线阵列进行拼接（单片有效长度为25mm），形成有效检测区域为2000毫米的大规模线阵列紫外光探测器，分辨率达到0.19mm。系统具有pixel bin功能，可以将单片设计为64通道输出，则系统分辨率能够达到0.39mm，同时系统总通道数达到5120，相比全分辨率时通道数减小一半，检测速度可以更高。
检测过程中为了降低遗漏，还设有一用于定时启动紫外光检测机构的控制装置，控制装置的信号输出端分别与光源7和信号采集器8连接，控制装置用于定时启动光源7为系统提供照明和信号采集器8扫描被测区域的图像，所述的控制装置设置在辊道传送机构6上，为一旋转编码器9，旋转编码器9根据辊道上表面玻璃移动速度来定时启动光源7和信号采集器8。本专利所述系统的输送辊道的总长度是一定的，即产品的摆放的实际有效长度可以通过输送辊道的长度来确定，所述旋转编码器9主要完成两个方面的任务，一方面确定产品输送多长距离成像一次，即光电探测器阵列的外触发信号发生功能；一方面确定物料是否进炉完毕，即紫外光检测机构的启动和结束信号发生功能；同时为进一步优化该技术方案，所述的紫外光检测机构是可以移动的，如图3所示，紫外光检测机构可通过支撑架设置在上片台上，支撑架为框架结构，并且光源和信号采集器分布在上片台的两侧，光源设置在位于上片台上方的支撑架上，信号采集器设置在位于上片台下方的支撑架上，在上片台上设有滑动导轨，支撑架通过滑动导轨与上片台构成滑动连接，滑动导轨所在的平面与辊道传送机构6所在的传送平面相平行，支撑架沿滑动导轨的方向上移动，也就是说支撑架移动的平面与辊道传送机构所在的传送平面相平行，此结构具有两种检测方式；第一种，被检测玻璃保持不动，带有紫外光检测机构的支撑架移动，此时，所述的控制装置可以选择速度传感器，该速度传感器根据支撑架的移动速度来定时启动光源和光电探测器阵列，保证无遗漏区域；第二种；此时被检测玻璃和紫外光检测机构具有两种运动状态，玻璃和检测机构相向而行或者同向而行，此时，所述的控制装置仍可以选择速度传感器，该速度传感器根据支撑架的移动和辊道上玻璃移动的相对速度关系来定时启动光源和光电探测器阵列，设置该速度传感器的目的同样是用于控制玻璃每行走一个检测区域的距离相机采集一次，保证无遗漏区域。
该系统还可以加装用于捕捉可见光波段的探测器阵列，通过多谱图像信息的融合，将获取玻璃表面印刷图案的分布信息传输给控制系统，提高该系统的测量范围。
如图2和图3所示，为了提高该系统的闭环控制性能，可以在加热炉2另一侧的下片台5的一侧设置用于检测钢化后玻璃表面信息的紫外光检测机构，紫外光检测机构将采集到的信息传输至控制系统。其与上片台处的检测机构检测原理相同，用于检测加工处理后玻璃的表面信息，同样将该信息传输给控制系统，因此，通过控制系统做出对比，可以分析出产品的加工质量、成品率，同时也可用于观察同批次的产品的综合生产信息，实现该设备的自动化生产能力。
如图4所示，在上片台上和下片台上均设有可移动式支撑架，在支撑架上设有用于检测玻璃表面信息的紫外光检测机构。
当专利所述的紫外光检测机构接收到旋转编码器9的触发信号时，光电探测器阵列启动曝光采集一行信号数据并存储在内存中的指定位置；当接收到旋转编码器9的结束信号时，光电探测器阵列停止检测线程，开始进行图像数据处理。例如设单次数据为5120*1，采集次数为2000，数据位深度为8位，则总数据量为78Mbit。本专利所述的图像处理包括特征点提取、特征点筛选、玻璃数目判别、玻璃外形轮廓图形化显示、玻璃厚度、玻璃尺寸等，并且对上述参数进行数学表征，此过程可以用于建立产品数据库，另一方面可以通过与产品库中的数据进行对比判断产品类型。
Claims (8)
1.基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，包括对玻璃进行钢化加工处理的加热炉（2）、设置在加热炉（2）两侧的上片台（3）、钢化冷却段（4）和下片台（5）、用于控制钢化炉工作过程的控制系统，在上片台（3）和下片台（5）上分别设有辊道传送机构（6），辊道传送机构（6）上设有多个辊道，通过辊道的转动带动被检测玻璃在上片台（3）和下片台（5）上移动，其特征在于；
还设有紫外光检测机构，紫外光检测机构由输出波长在200～360nm之间的紫外光线的光源（7）和用于捕捉紫外光信号并转化为可用信号的信号采集器（8）组成，所述的信号采集器（8）设有一壳体，壳体前端设有滤波窗口，滤波窗口具有200nm-410nm的通带，在壳体内封装有具有荧光材料的光电探测器阵列，该荧光材料的响应峰值在310nm，光源（7）设置在加热炉入口（201）的上方，信号采集器（8）设置在上片台（3）的下方，光源（7）发出的光束照射在两个辊道之间的空档面上，信号采集器（8）中光电探测器阵列的成像区域与光源（7）发出的光束照射面相对应，信号采集器（8）的信号输出端连接于控制系统；玻璃通过检测区域时，玻璃对紫外光进行强衰减，被玻璃遮挡住的部分，对应的探测器通道输出数值偏低的光电信号，没有遮挡的部分对应的探测器通道输出数值高于遮挡处的光电信号输出，经过被检测玻璃与信号采集器（8）的相对运动，信号采集器（8）捕捉到被检测玻璃外形轮廓、尺寸、厚度参数相关的图像信息，并将该图像信息参数传输给控制系统。
2.根据权利要求1所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：所述的紫外光检测机构中的光源（7）由壳体和设置在壳体内的紫外光源组成，在紫外光照射的方向上还设有准直透镜。
3.根据权利要求2所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：所述光源（7）和信号采集器（8）中的壳体，其内壁上均设有隔热层，壳体上还设有换热风扇。
4.根据权利要求3所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：还设有一用于定时启动紫外光检测机构的控制装置，控制装置的信号输出端分别与光源（7）和信号采集器（8）连接，控制装置用于定时启动光源（7）为系统提供照明和信号采集器（8）扫描被测区域的图像。
5.根据权利要求4所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：所述的控制装置设置在辊道传送机构（6）上，为一旋转编码器（9），旋转编码器（9）根据辊道上表面玻璃移动速度来定时启动光源（7）和信号采集器（8）。
6.根据权利要求4所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：所述的紫外光检测机构通过支撑架设置在上片台（3）上，支撑架为框架结构，光源（7）设置在位于上片台（3）上方的支撑架上，信号采集器（8）设置在位于上片台（3）下方的支撑架上，在上片台（3）上设有滑动导轨，支撑架通过滑动导轨与上片台（3）构成滑动连接。
7.根据权利要求1所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：该系统还设有用于捕捉可见光波段的探测器阵列，通过多谱图像信息的融合，将获取玻璃表面印刷图案的分布信息传输给控制系统。
8.根据权利要求1所述的基于线阵列紫外光探测器的玻璃几何参数测量系统，其特征在于：所述位于下片台（5）的一侧，还设有用于检测钢化后玻璃表面信息的紫外光检测机构，紫外光检测机构将采集到的信息传输至控制系统。
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