摘要：
本文針對板式換熱器板片在壓制成型后可能存在的減薄（縮頸）和裂紋等質(zhì)量問題，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于激光位移傳感技術(shù)的在線自動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高精度、高動態(tài)響應(yīng)的激光位移傳感器，對板片各點厚度進行實時測量，并通過數(shù)據(jù)比對分析，準確判斷板片質(zhì)量是否合格。實驗驗證表明，該系統(tǒng)能夠有效檢測不同波紋形狀的減薄量和波紋深度，顯著提升檢測精度和效率，為板式換熱器板片的智能化生產(chǎn)提供了有力支持。
關(guān)鍵詞：激光位移傳感器；板式換熱器板片；在線自動檢測；數(shù)據(jù)擬合分析
一、引言
板式換熱器板片作為板式換熱器的核心部件，其質(zhì)量直接影響到整個換熱器的性能和使用壽命。然而，在板片的生產(chǎn)過程中，由于壓制工藝、材料性能等多種因素的影響，板片可能出現(xiàn)減薄、裂紋等質(zhì)量問題。傳統(tǒng)的檢測方法主要依賴人工，不僅檢測效率低，而且易受人為因素影響，導(dǎo)致漏檢和誤判。因此，設(shè)計一種高效、準確的在線自動檢測系統(tǒng)對于提高板式換熱器板片的質(zhì)量具有重要意義。
二、設(shè)計原理與流程方案
設(shè)計原理
本系統(tǒng)采用激光位移傳感器作為測量工具，利用激光束的反射原理，精確測量板片各點的厚度。傳感器安裝在C型架上，上下對稱布置，確保測量結(jié)果的準確性。在測量過程中，傳感器以等間距的方式掃描板片表面，并將采集到的數(shù)據(jù)點存儲于控制器中。通過算法對采集到的數(shù)據(jù)進行擬合分析，計算各點的減薄量，從而判斷板片質(zhì)量是否合格。
流程方案
（1）系統(tǒng)組成：本系統(tǒng)主要由檢測裝置、電氣控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析軟件三部分組成。檢測裝置包括支架、直線電機模組、激光位移傳感器等；電氣控制系統(tǒng)包括伺服系統(tǒng)、控制器、觸摸屏等；數(shù)據(jù)采集分析軟件包括傳感器數(shù)據(jù)采集軟件和上位機數(shù)據(jù)分析軟件。
（2）測量過程：首先，將激光位移傳感器固定在C型架上，并調(diào)整至與板片上下兩側(cè)對稱的位置。然后，啟動電氣控制系統(tǒng)，使傳感器開始等間距掃描板片表面。在掃描過程中，傳感器將采集到的數(shù)據(jù)點實時傳輸至控制器中。最后，通過數(shù)據(jù)采集分析軟件對采集到的數(shù)據(jù)進行處理和分析，計算各點的減薄量，并判斷板片質(zhì)量是否合格。
（3）數(shù)據(jù)擬合與分析：采用空間三角形網(wǎng)格構(gòu)建小平面，對采集到的數(shù)據(jù)進行局部擬合。通過最小二乘法求解擬合平面的方程，并根據(jù)平面外一點到該平面的距離公式，計算各點到擬合平面的距離，即板片的厚度。將計算得到的厚度值與標準值進行比較，獲取缺陷點的坐標值，并在監(jiān)控系統(tǒng)中實時顯示。
三、關(guān)鍵技術(shù)與公式
激光位移傳感器測厚原理
激光位移傳感器通過發(fā)射激光束并接收其反射回來的光信號來測量物體的位移。在本系統(tǒng)中，傳感器上下對稱布置，分別測量板片上下表面的位移值。設(shè)上傳感器測量得到的距離為L1，下傳感器測量得到的距離為L2，兩傳感器間隔距離為L。則板片在該點的厚度為ΔL=L1-L2（考慮傳感器安裝位置及光路校正后的實際測量值）。
數(shù)據(jù)擬合與分析公式
（1）三角形小平面擬合方程：
z=ax+by+c
其中，a、b、c為待定系數(shù)；x、y為測量值；z為擬合平面的高度。
（2）平面外一點到平面的距離公式：
d=|(Ax1+By1+Cz1+D)/√(A2+B2+C2)|
其中，A、B、C為平面的法向量；D為平面方程中的常數(shù)項；(x1, y1, z1)為平面外一點的坐標。在本系統(tǒng)中，該公式用于計算各點到擬合平面的距離，即板片的厚度。
四、實驗驗證與數(shù)據(jù)結(jié)果
為驗證本系統(tǒng)的有效性，我們進行了實驗驗證。將預(yù)先壓制好的板片放置在檢測裝置的卡槽內(nèi)，調(diào)整傳感器的位置和參數(shù)，開始測量。實驗過程中，我們采集了多組數(shù)據(jù)，并進行了擬合分析。結(jié)果表明，本系統(tǒng)能夠準確測量不同波紋形狀的板片厚度，并有效檢測出減薄和裂紋等缺陷。其中，一組典型數(shù)據(jù)的擬合曲面如圖X所示（由于圖形無法直接展示，此處用文字描述）。從圖中可以看出，擬合曲面過渡平滑，無奇異點出現(xiàn)，能夠真實反映板片的形狀和厚度分布。
此外，我們還對系統(tǒng)的檢測精度進行了評估。通過對比實驗數(shù)據(jù)與標準值，我們發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)的檢測精度可達0.01mm，符合板式換熱器板片的檢測要求。
五、結(jié)論
本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于激光位移傳感技術(shù)的板式換熱器板片質(zhì)量在線自動檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高精度、高動態(tài)響應(yīng)的激光位移傳感器，對板片各點厚度進行實時測量，并通過數(shù)據(jù)擬合分析，準確判斷板片質(zhì)量是否合格。實驗驗證表明，該系統(tǒng)能夠有效檢測不同波紋形狀的減薄量和波紋深度，顯著提升檢測精度和效率。本系統(tǒng)的成功研制為板式換熱器板片的智能化生產(chǎn)提供了有力支持，具有廣闊的應(yīng)用前景。
本文深度參考：王宇翔，馮作全. 《板式換熱器板片質(zhì)量在線自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)》［J］. 機電工程技術(shù)，2021，50（06）：184-187.