基于线阵CCD的光电玻璃测厚方法研究

由激光器发出的激光P0，以一定的角度射向玻璃板时，其中一小部分会在玻璃板上表面直接反射出光线P1到CCD感光面上，其反射角A1和入射角A0相等，大部分激光经过空气-玻璃界面折射出光线P2，P2在下表面全反射后一大部分在玻璃与空气界面折射出光线P3到CCD感光面上，另一部分在玻璃2空气界面反射出光线P4，同样光线P4经玻璃与空气界面折射出光线P5。容易得出光线P1、光线P3、光线P5平行，3条光线相互距离与玻璃板的厚度成线性关系，实际中通过线阵CCD检测计算3条光线的垂直距离来测定玻璃板的实际厚度尺寸。
设空气与玻璃的折射率分别为n0、n，光线的入射角为T0，玻璃内部的折射角为T2，则可以得到式(2)：

在CCD上检测到的光线P1和光线P5之间的距离D在入射角固定的情况下与玻璃板的实际厚度H是线性的比例关系。若U0=1．00，则二者关系用公式(3)体现为：

测量时通过处理CCD数据得到D的值，从而可得出玻璃厚度H。式(3)可以简化为：
H=a·D (4)
在实际应用中，通过在线标定获得a的值。记录某一时刻的峰间距值D(光线P1和光线P5的距离)，在玻璃成型后获得当时的玻璃厚度H就可以得出标定值a。
方法特点：1)受光学系统的相差、光点的大小、探测器固有的位置、探测器暗电流和外界杂散光的影响。2)受被检测玻璃的抖动影响。 3)受探测器检测电路的测量准确度和噪声、电路温漂系统等主要因素影响。
2．3 双激光反射测厚法
根据单激光反射测量法的不足，提出一种采用双激光结合光学三角法的反射测量法如图5所示：在待测玻璃板两边各安置一台激光的，采用两个线阵CCD传感器构成上、下两个三角量测系统，分别同时测量玻璃带上下表面的位移，根据两个线阵CCD传感器的位移值，计算玻璃带的厚度。如果欲加强CCD的光量，提高CCD解析度，只需将两套线阵CCD传感器合适的倾斜安装即可，因为由于传感器的倾斜安装，则光线也是倾斜入射，所以采集电压输出值与实际距离有一个角度关系。

由图5中有公式(5)：
d=x-x1cosα1-x2cosα2 (5)
对(5)式中的x-x1cosα1、x2cosα2以及x测定。实际应用中因玻璃是透明体，为了避免传感器所发射激光束相互干扰，两个线阵CCD传感器在垂直方向装配时需错开几毫米。
方法特点：1)可有效克服传感器位置偏移、玻璃抖动等因素造成的对玻璃厚度测量的影响。2)受外界环境温度影响较位严重，在退火炉热端进行测量时，测厚系统必须有冷却装置才能正常工作。

3 结束语
文中分析了透射式测厚法、单激光反射式测厚法、双激光反射式测厚法的原理及性能特征。利用线阵CCD传感器作为光电转换器件结合光三角法，采用激光透射式，单激光反射式、双激光反射式测量玻璃厚度，具有高速度、小型化、高精度、非接触等优点。其与传统玻璃测厚方法比较：稳定度、灵敏度及准确度等方面都有了显著的提高，具有一定应用价值。