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）和裂紋等質量問題，設計并實現了一種基于激光位移傳感技術的在線自動檢測系統。該系統采用高精度、高動態響應的激光位移傳感器，對板片各點厚度進行實時測量，并通過數據比對分析，準確判斷板片質量是否合格。實驗驗證表明，該系統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提供了有力支持。
關鍵詞：激光位移傳感器；板式換熱器板片；在線自動檢測；數據擬合分析
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，板片可能出現減薄、裂紋等質量問題。傳統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，導致漏檢和誤判。因此，設計一種高效、準確的在線自動檢測系統對于提高板式換熱器板片的質量具有重要意義。
二、設計原理與流程方案
設計原理
本系統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，并將采集到的數據點存儲于控制器中。通過算法對采集到的數據進行擬合分析，計算各點的減薄量，從而判斷板片質量是否合格。
流程方案
（1）系統組成：本系統主要由檢測裝置、電氣控制系統和數據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；電氣控制系統包括伺服系統、控制器、觸摸屏等；數據采集分析軟件包括傳感器數據采集軟件和上位機數據分析軟件。
（2）測量過程：首先，將激光位移傳感器固定在C型架上，并調整至與板片上下兩側對稱的位置。然后，啟動電氣控制系統，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據點實時傳輸至控制器中。最后，通過數據采集分析軟件對采集到的數據進行處理和分析，計算各點的減薄量，并判斷板片質量是否合格。
（3）數據擬合與分析：采用空間三角形網格構建小平面，對采集到的數據進行局部擬合。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，并在監控系統中實時顯示。
三、關鍵技術與公式
激光位移傳感器測厚原理
激光位移傳感器通過發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）。
數據擬合與分析公式
（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；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項；(x1, y1, z1)為平面外一點的坐標。在本系統中，該公式用于計算各點到擬合平面的距離，即板片的厚度。
四、實驗驗證與數據結果
為驗證本系統的有效性，我們進行了實驗驗證。將預先壓制好的板片放置在檢測裝置的卡槽內，調整傳感器的位置和參數，開始測量。實驗過程中，我們采集了多組數據，并進行了擬合分析。結果表明，本系統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，一組典型數據的擬合曲面如圖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，能夠真實反映板片的形狀和厚度分布。
此外，我們還對系統的檢測精度進行了評估。通過對比實驗數據與標準值，我們發現本系統的檢測精度可達0.01mm，符合板式換熱器板片的檢測要求。
五、結論
本文設計并實現了一種基于激光位移傳感技術的板式換熱器板片質量在線自動檢測系統。該系統采用高精度、高動態響應的激光位移傳感器，對板片各點厚度進行實時測量，并通過數據擬合分析，準確判斷板片質量是否合格。實驗驗證表明，該系統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。本系統的成功研制為板式換熱器板片的智能化生產提供了有力支持，具有廣闊的應用前景。
本文深度參考：王宇翔，馮作全. 《板式換熱器板片質量在線自動檢測系統的設計與實現》［J］. 機電工程技術，2021，50（06）：184-187.