玻璃平板与玻璃管几何参数激光检测方法及实验研究

发布时间：2020-03-31 02:34

【摘要】：玻璃平板的厚度、玻璃管的外径和壁厚、玻璃中气泡的尺寸等几何参数是重要的产品技术指标,几何参数不均匀也是造成玻璃局部析晶的一个重要因素。几何参数的在线检测有助于及时反馈测量结果来调整热工参数。现有激光检测方法无法有效消除入射角波动等因素造成的测量误差。因此,通过改进和优化光路配置消除或抑制误差对提高几何参数测量精度具有重要意义。本文以玻璃几何参数的激光检测方法为中心,主要研究内容如下:首先,改进激光三角测厚方法,提出直射式激光三角测厚的辅助光束倾斜校正方案,建立了斜射式激光双三角测厚数学模型;改进激光透射测厚方法,分析厚度、折射率对透射光束横向偏移量的影响,提出双路透射测厚方案;改进激光反射测厚方法,分析厚度、折射率对反射双光束间距的影响,确定最佳入射角,搭建线结构光反射式玻璃测厚实验系统,分析误差来源和改进措施,提出双路反射测厚方案;在透射、反射测厚方法基础上提出透反互补测厚方案,确定最佳入射角,搭建线结构光透反互补式测厚实验系统,验证误差抑制效果。其次,针对几何光学法在超薄玻璃测厚上的局限性,完善了基于多普勒振镜线性调频激光的双光束和多光束激光外差玻璃测厚方法以及基于电流线性调频激光的多光束激光外差玻璃测厚方法,针对超薄显示器基板玻璃进行测厚仿真实验研究,分析测厚精度。然后,根据几何光学原理和菲涅耳公式,得出了平行光束垂轴入射玻璃管时透射光线偏向角和光强随入射光线离轴距离的分布规律;基于窄束激光转镜和振镜扫描原理,提出振镜扫描式玻璃管外径和壁厚激光在线测量方案;基于CCD成像原理,提出扩束激光透射成像法在线测量玻璃管外径与壁厚的方案,建立外径与壁厚测量数学模型,根据两侧远心光路设计透射光束接收镜头,搭建扩束激光透射成像式玻璃管外径与壁厚测量实验系统,分析测量精度和误差来源。最后,按照线结构激光扫描玻璃气泡二维成像原理,给出像素时钟频率与激光扫描速率的匹配关系,分析气泡图像失真原因,搭建线结构激光扫描式玻璃气泡尺寸视觉测量系统,分析气泡横向和纵向尺寸测量精度;探讨了平行光照射球形气泡时散射光束的远场干涉问题,给出光程差和干涉条纹相对光强分布规律,通过仿真分析确定了球形玻璃气泡直径测量时的最佳观察角。
【图文】：

激光三角,测厚,玻璃

线补偿[29]，其结构如图1-1(a)，测厚平均绝对误差小于0.01 mm，该方法需要在玻璃下方加一个散射基板，通过透明板厚引起的散射点像移进行厚度测量，解决了与非透明板相比透明板表面散射较弱的问题，但该方法中玻璃板不能发生倾斜，否则入射角变化会改变补偿系数进而造成误差。中北大学电子测试技术国家重点实验室的王召巴课题组研究了基于CCD位移传感器的激光双三角法玻璃厚度高温环境在线检测系统[30 33]，其结构如图1-1(b)，通过设置在玻璃板上下的两个位移传感器测量上下表面的散射点位置，进而算出玻璃板厚度，但同样存在玻璃板倾斜时散射点位置移动引起厚度测量误差的问题。为解决激光三角法受玻璃平板振动影响较大的问题

双反射,双光路,厚度测量,透射光

提出了双路对称透射法[38, 39]，光路配置如图1-2(a)所示，实现了玻璃平板倾斜的补偿，精度可达到0.1 mm，但没有分析两路入射光夹角对测量的影响，进而对光路进行优化。玻璃平板生产线上，退火窑前后的工段分别称为热端和冷端，为了缩短测量时间，及时反馈测量结果进而调整热工参数，许多研究人员将测量转移到热端，天津大学的王宝光课题组与江苏苏华达玻璃厂合作基于反射法开发了一套浮法玻璃锡槽内在线测厚仪[40]，，采用的双反射光路配置如图1-2(b)，实现了锡槽内玻璃液上下面有夹角时的误差校正
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN24;TQ171.1

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