专利名称：一种实时测量生丝细度的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生丝或纤维细度的测量装置，特别涉及一种动态、非接触测量生丝(纤维)细度的装置，属于精密计量仪器技术领域。
背景技术：
细度是描述纤维与丝线粗细程度的外形尺寸指标，生丝细度与生丝加工工艺及丝织物的品质都有密切的关系.它决定着丝织物的品种、风格、用途和物理机械性质等。同时，由于生丝细度在一定程度上决定着丝织物的质量，因此，生丝的平均细度以及细度分布成为评价生丝质量的重要参数之一。在本实用新型作出之前，文献“C⑶生丝细度动态测量系统的设计”([J]丝绸，2002 (I) 44-46)中，公开了一种采用线阵CXD作为光电转换器件实时测量生丝细度的方法，它是用线阵CCD作为测量元件，将测量光投射到CCD上，利用待测生丝对光的遮挡所形成的暗斑，由于该方法测量暗斑的尺寸为亮背景成像测量，通常生丝的测量直径在60um左右，而线阵CCD光敏元的尺寸为14um，限制了测量精度，虽然一般会采用显微镜改装，形成显微成象系统，待测生丝(纤维)被放大几十倍，但是，在动态测量时，生丝(纤维)轻微抖动，成像也会随之改变，造成测量误差。另外，亮背景成像极容易使得CCD饱和。因此，该装置在动态条件下测量生丝的细度，存在着诸多不足。
发明内容本实用新型的目的是针对生丝(纤维)细度测量现有技术存在的不足，提供一种稳定性好，结果准确可靠，能够实现工业现场自动、连续、非接触式动态测量生丝(纤维)细度的装置。实现本实用新型目的的技术方案是提供一种实时测量生丝细度的装置，它包括一个光强均匀的平行光场、微距成像系统、光电传感器和图像处理系统；所述的平行光场，由半导体激光器发射的点光束经圆柱面透镜发散，再经光学透镜形成；所述的微距成像系统包括成像透镜，所述的成像透镜将置于平行光场中的标准样丝与待测生丝的反射光进行傅立叶变换，经光电传感器输出一帧标准样丝和待测生丝的图像信号；所述的光电传感器为线阵CCD ;线阵CCD的信号输出端与模数转换连接，将接收到的图像信号输入到图像处理系统。该装置中，线阵C⑶的成像面位于成像透镜的二倍焦距之外，窄带滤光器置于线阵CCD的感光元件前。与现有技术相比，本实用新型的显著效果在于I、由于待测生丝和标准样丝材质相同，并同处一个光场，即使照明光强度有变化，它们的反射光强为同比例的，不影响计算、标定的测量结果，提高了测量精度。2、通过微距成像后由线阵C⑶接收，获得了一帧与生丝(纤维)反射后形成的图像信息，线阵CCD获得的成像为暗背景信息，有效避免了 CCD感光元的饱和现象。、[0010]3、采用微距成像，既放大了生丝样品的图像，又避免了显微成像短焦深带来的失真。4、采用半导体激光器作为照射光源，实现曝光时间可程控测量系统光源采用半导体激光器，激光器发光的时间作为线阵CCD的电子曝光时间，该时间可以根据测量效果智能调整。5、覆盖于线阵C⑶上的滤光片只透过与激光器频率相同的经生丝样品反射过来的光能，这将抑制环境杂光的干扰，进而提高系统测量的信噪比采用窄带滤光器过滤环境杂光，提高原始测量信息的信号比。6、通过本实用新型可避免生丝(纤维)颤动引起的误差，实现工业场合的动态实时测量，提高测量值的准确率和稳定性。本系统适应于生丝、羊毛、纺织纤维等，能够准确地得出平均直径，标准差等生丝细度的统计测量值，应用范围、测量参数多、结果准确可靠，能够实现工业现场自动的连续测量。

图I本实用新型实施例提供的一种生丝细度实时测量装置的结构示意图；其中，I、标准细丝；2、待测生丝；3、标准粗丝；4、平行光束；5、光学透镜；6、发散形线光束；7、圆柱面透镜；8、点光束；9、半导体激光器；10、成像透镜；11、滤光元件；12、线阵CXD感光元件；13、标准细丝成像曲线；14、待测生丝成像曲线；15、标准粗丝成像曲线；16、反射光束。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细的阐述。实施例I参见附图1，它是本实施例提供的一种生丝细度实时测量装置光学测量部分的结构示意图；如图中所示半导体激光器9发射的点光束8，经圆柱面透镜7形成发散发散形线光束6，经光学透镜5形成平行光束4，光束形成的光场为一个光强均匀的平行光场。将标准细丝I、待测生丝2和标准粗丝3置于平行光场中，它们的反射光束16经成像透镜10，透过窄带滤光器11到达线阵CXD感光元件12并接收。线阵CXD在驱动时序信号的控制下，输出一帧含有标准细丝13、待测生丝14及标准粗丝15的图象信号。在本实施例中，用一只5mW的半导体激光器为发射光源，其发光频率为635nm，将发射的点光束的光斑直径调至I. 2_，经直径为3. Omm柱形透镜，形成33. 08°发散角的线形光束，直径与发散角成反比，将直径为IOmm的光学透镜的焦距(f=25. 88mm)调至线形光束的发散点，根据光学成像原理经焦点的光在透镜的另一侧形成平行光束，且仍为线形光束，形成的光场约14mm宽度，且为一均匀的平行光场。将直径d2为45um的标准细丝、待测生丝及直径Cl1为75um的标准粗丝置于平行光场中，三根细丝相邻间距为2mm。受激光的照射，它们的反射光经直径为25mm的成像透镜，该成像透镜的焦距F=16mm异侧的8. 5倍处，放置HML1213线阵(XD，像元个数为2048，每个像元14*14um2，并在C⑶感光窗口覆盖带通滤光器，其中心频率为635nm，带宽30 nm。在驱动时序信号的控制下，线阵CCD接收感光信号，输出一帧成像曲线其中含有标准细丝、待测生丝及标准粗丝的信息波形。[0020]从CXD输出的一帧模拟量的图像信号，由视频ADC转换成一帧2048个12bit的一组与位置相关联的数组，其中包含了二根已知直径的标准丝样，通过光场中二根标准细丝所对应的4(7511!!!)、d2 (45um)直径的实测值，根据它们之间的相关性，计算待测丝样的dx值。即为该装置的最终测量结果。具体的计算方法为在CCD上的成像宽度为^、W2，待测丝样的成像宽度为w3。由于三根丝样为同一质地，又在同一光场中，因此他们具有相同的边缘特征，即相同的斜率，所以将相同斜率处的宽度作比对。在数据处理时，可按如下方法计算标准粗丝直径/待测丝样直径=W1A3 ；或标准细丝直径/待测丝样直径=w2/w3 ；依据二种标准生丝实时成像，求解出待测丝样的直径，标定得到待测生丝细度。数 据处理方法可采用多次采样，获选取多组值原始数据，然后求其平均值。本实施例中，取粗、细不同的二根标准丝样，是为了实现测量的更精准。本实施方案选取标准样丝与待测生丝为同一材质，且待测生丝和标准样丝同处一个光场，所以，在任意时刻，即使照明光强度有变化，它们的反射光强为同比例的，标准样丝和待测生丝具有相同的透射率和反射率，故可忽略光强的不稳定性、生丝的透明度以及生产场所嘈杂环境等带来误差，不会影响计算、标定的测量结果。依据二根标准生丝的反射光能量数据，进而推算出待测生丝的直径dx。其中，微距成像方式既放大样品的图像，同时又克服了样品轻微抖动可能引起的失真。由于CCD采集的是生丝的反射光，图像捕获采用暗背景CCD成像模式，避免了亮背景模式易引起CCD像元饱和现象，增强了测量物感光信号的信噪比，从而提高了整个系统的测量精度，同时，由于CCD采集的是生丝的反射光，在工厂里生丝即使发生抖动，也不影响CCD的输出结果，故是一种实现非接触式实时动态的生丝细度智能检测系统。本系统适应于生丝、羊毛、纺织纤维等，能够准确地得出平均直径，标准差等生丝细度的统计测量值，应用范围、测量参数多、结果准确可靠，能够实现工业现场自动的连续测量。
权利要求1.一种实时測量生丝细度的装置，其特征在于它包括一个光强均匀的平行光场、微距成像系统、光电传感器和图像处理系统；所述的平行光场，由半导体激光器发射的点光束经圆柱面透镜发散，再经光学透镜形成；所述的微距成像系统包括成像透镜，所述的成像透镜将置于平行光场中的标准样丝与待测生丝的反射光进行傅立叶变换，经光电传感器输出一帧标准样丝和待测生丝的图像信号；所述的光电传感器为线阵CCD ;线阵CCD的信号输出端与模数转换连接，将接收到的图像信号输入到图像处理系统。
2.根据权利要求I所述的ー种实时測量生丝细度的装置，其特征在于线阵CCD的成像面位于成像透镜的二倍焦距之外，窄带滤光器置于线阵CXD的感光元件前。
专利摘要本实用新型公开了一种实时测量生丝细度的装置。由半导体激光器发射的点光束经圆柱面透镜发散，再经光学透镜形成平行光场；以线阵CCD为光电传感器，它的成像面位于成像透镜的二倍焦距之外，窄带滤光器置于感光元件前,线阵CCD的信号输出端与模数转换连接，将接收到的图像信号输入到图像处理系统。测量时，将标准样丝与待测生丝置于同平行光场中，它们的反射光经傅立叶变换后，由光电传感器得到一帧标准样丝和待测生丝的图像信号，再经数据处理得到待测生丝细度的测量结果。由于测量中采集的是生丝的反射光，有效避免了感光元的饱和现象；且待测生丝和标准样丝同处一个光场，有效提高了测量值的准确率和稳定性，适应于纺织纤维等的纤度测量。
文档编号G01B11/08GK202372151SQ20112053313
公开日2012年8月8日 申请日期2011年12月19日 优先权日2011年12月19日
发明者刘凤娇, 周望, 李丹, 李烨, 裔宏根, 费万春 申请人:周望, 苏州大学