激光三角法检测燃气表阀气密性研究

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

燃气的使用为现代化工业和生活提供了极大便利。燃气表是供气系统中不可缺少的部件。燃气表气密性的好坏对燃气的无损流通和流量计量至关重要。膜式燃气表是 目前应用最广泛的-种燃气表，阀盖与阀座旋转时工作面间的密封配合是保证膜式燃气表气密陛的重要-环。我国膜式燃气表生产厂家主要集中在浙江、重庆、辽宁丹东-带LJ ，通过对企业的技术需求分析可知，膜式燃气表阀气密性的检测急需技术的创新。

膜式燃气表阀由阀盖和阀座组成，利用两者之间的往复旋转实现气体在气室中的连续流通。阀盖和阀座的工作面是通过相互研磨实现的，考虑互换性要求，需要独立对阀盖和阀座的旋转工作面进行检测(实际主要检测阀盖)。目前采用的主要检测方法有两种：-是樱法，将阀盖工作面涂满红丹粉，然后按压于标收稿日期：2013-03-28； 收到修改稿日期：2013-05-25基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075378)作者简介： (1987-)，男(汉族)，河南周口人。硕士研究生，主要研究方向为光电信息检测。E-mail：cuiting101O###126.tom。

http：//第40卷第7期 崔 廷，等：激光三角法检测燃气表阀气密性研究 73基于激光三角法测量原理的光学探针就可以用来实现高度的测量。激光三角测量法原理简单 ，如图 2所示，激光器 1发出的光垂直入射到被测物体表面 2，被测表面的漫反射光经接收物镜 3成像于光电位置探测器 4(如 PSD、CCD)上。当物体表面高度发生变化 h(mm)时，入射光点将沿入射光轴移动，接收物镜所成的像点也将在光电位置探测器上移动。设光点在光电位置探测器上的位移变化为h (mm)，接收透镜前主面到其与激光束光轴交点的距离为 a(mm)，接收透镜后主面到光电位置探测器的距离为 b(mm)，激光束光轴与接收透镜光轴之间的夹角为 。)，则根据几何关系可得被测表面的位移变化 h为 a h' (2)万岛il1f9- c0sl91图 2 直射 式激光三 角法测距原理Fig.2 Laser triangulation measuring distance with direct-injection type选择商用的激光三角位移传感器，能保证需要的分辨力与测量精度♂合激光三角位移传感器，建立实现工件气密性评价的检测系统。基于激光三角法的气密性检测结构框图如图3所示，激光三角位移传感器固定在竖直立柱上不动，通过传感器控制器和上位机测控程序实现工件表面被测点高度h的测量；工件安装固定在二维平台上，二维平台在控制器和上位机测控程序控制下移动，以获得工件表面的高度变化数据h(x，Y)。在选择了可靠的激光三角位移传感器及二维平台之后，上位机测控程序是整个测量系统中的关键，实现的功能有：激光三角位移传感器的数据采集与传输、二维平台的运动与控制、数据处理和气密陛检测结果的显示。

2 实验与结果图 3 基于激光三角法的气密性检测结构框图Fig.3 Structure diagram ofgas tightness testing based on laser triangulation2.1系统装置与实验过程自行搭建了基于激光三角法的燃气表阀气密性测量装置 。为获得较大测量范围，选用基于漫反射测量原理的Keyence LK-G30激光三角位移传感器，工作距离30 mnl，测量范围士5 mlTl，直线性士0.05%FS，再现性 0.05 m，采样频率选择 1 kHz。二维平台为Aerotech XY二维高精度气浮平台(定位精度 03 m)，放置于空气弹簧隔振地基上，以减少外界噪声对测量的影响；待测燃气表阀盖放置于气浮平台上，使阀盖工作面朝上；激光三角位移传感器固定于支撑架上，支撑架置于空气弹簧隔振地基上，调整支撑架与二维气浮平台位置，使阀盖位于传感器的有效测量范围内。测量系统见图4所示。

http：//74 光电工程 2013年 7月实验开始前，首先启动供气装置对二维气浮平台供气，稳定后开启激光三角位移传感器，设置传感器采样频率、滤波方式等参数，移动二维气浮平台使传感器测量点位置与阀盖轴心距离约 60 mnl。测量时，通过控制器控制二维气浮平台，使其按图 5所示路线运动，以 5 mm/s的运行速度，首先从( ，Y )点处沿正方向运动60nql'n至( ， )，接着沿 ，正方向运动4mm至(X ，Y )，然后沿 反方向运动60lnl'n至( ， ：)，接着沿 ，正方向运动 4 mm至( ，Y )，继续重复上述运动，直至扫描完毕∩见扫描区域为 60 mmx60 ITlm的方阵，能够覆盖被测阀盖/阀体工作表面。扫描过程中，传感器在 方向运动过程中采集数据，在 ，方向运动过程中停止采集数据，获得多组沿 运动方向的阀盖表面高度数据h(x， )。

2D air floating platform I ast， stms0图4 测量装置Fig.4 Measuring equipment图5 运行轨迹示意图Fig.5 Schematics ofmoving path2.2数据滤波与处理结合 Matlab软件，对获得的每-组数据进行滤波与处理。数据滤波与处理的基本流程如图 6所示。由于被测工作面不连续，会出现无效数据或非工作面数据。当传感器采集数据为 或者超出士l ITITI时，认定为错误数据进行剔除；由此将，60 mm长度上的每组高度测量数据重新分成两组、三组或者四组；分析每组有效数据，选择取样长度lr0.8 rnnl，对大于fr的数据进行分段，而小于 r的数据不予考虑，因此删去该组；利用高斯函数对每组数据进行滤波，并得到高斯滤波中线，计算各段的轮廓算术平均偏差兄 ；取所有计算结果的最大值、最小值和均值，作为系统参数评定结果；将该结果与燃气表阀气密性合格与否的阈值进行比较，就可以获得气密性检定结果，给出合格或不合格结论。阈值通过大量实验结果确定。

图 6 基于 Matlab的数据处理流程Fig.6 Data processing flow based on Matlab设取样长度， 为0.8111，评价长度n为41TII，截止波长 为0.8mlTl，分别测量合格与不合格工件表面原始轮廓，采用 ISO11562国际标准对测量数据进行高斯低通滤波 ，得到工件表面粗糙度信号，并进行参数评定。图7为合格工件表面原始轮廓及粗糙度曲线，图8为不合格工件表面原始轮廓及粗糙度曲线。

2.3结果分析和讨论分别对三个合格阀盖和三个不合格阀盖进行检测，每个工件任意选取 5段直线进行评价，得到其最大粗糙度值 与最小粗糙度值 ，计算5组表面粗糙度的平均值 ，并与东京精密公司的触针式粗糙度仪所测结果 作对比，数据最终结果见表 l。

从表 1可以看出，由激光三角法测量合格件与不合格件的轮廓算术平均偏差存在差异，最小达到0.76http：llwww。gdgc.ac。crl第40卷第7期 崔 廷，等：激光三角法检测燃气表阀气密性研究 75I.tm，可由此参数判断工件气密性合格与否。由激光三角法测得的工件表面粗糙度与触针式粗糙度仪所测结果存在差异，测量合格件的表面粗糙度最大绝对误差 O.08 pm，最大相对误差 6.8%；测量不合格件的表面粗糙度最大绝对误差 0.09 m，最大相对误差 4.2%。

量盂0- 2- 4. 6. 8- · - 2D primary profile ---Gaussian filter meal/line0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0x/mm--- - 2D roughness profile0 0.5 1.0 1.5 2.O 2.5 3.O 3.5 4.0x/mm、(a原始轮廓及高斯滤波中线 (b)表面粗糙度轮廓(a)Primary profile and Ganssian filter mean line (b)Roughness profile图7 合格工件表面原始轮廓及粗糙度曲线Fig.7 Primary profile and roughness profile ofqualified workpiece surface- - · 2D primary profile --Gaussian filter mean line --2D roughness profileI . J。 l I l 0 0.5 l0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0x/mm x/mm(a)原始轮廓及高斯滤波中线 (b)表面粗糙度轮廓(a)Primary profile and Gaussian filter mean line (b)Roughness profile图8 不合格工件表面原始轮廓及粗糙度曲线Fig.8 Primary profile and roughness profile ofqualified workpiece surface表 1 激光三角法测工件表面粗糙度Tab 1 Surface roughness ofthe workpiece based on laser triangulation采用激光三角法测量燃气表阀表面粗糙度大小，可判断工件气密性合格与否。同时，由于二维平台运动时存在竖直方向上的随机振动，会影响非接触式测量表面粗糙度的结果，与传统的接触式粗糙度仪测量http：//：2 0 邶目im 5 邶gT12 5 o 加自曩置76 光电工程 2013年 7月结果相比存在-定的随机误差。

3 结 论1)采用激光三角法测量燃气表阀工作面的表面粗糙度大小，可判断工件气密性好坏，为定量评价燃气表阀合格与否提供了新的方法。

2)激光三角法测量燃气表阀的表面粗糙度值与触针式粗糙度仪测量结果相比存在偏差，但不影响对工件气密性合格与否的判断。