一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统，包括两组发射光波长不同的激光器、两组准直透镜、两个分光棱镜、四组反射镜组和收光单元，两组激光器间隔设置，两组准直透镜分别对应分布在两组激光器的发射光的光路上，两个分光棱镜分别设置在两组平行光源的光路上，四组反射镜组分别分布在两组平行光源分成的四束光束的光路上，且分别用于将四束光束反射汇聚至待测待测金刚线表面的一处粒子处，收光单元设置于粒子的散射光光路上。优点：针对现有金刚线测量速率较慢、环境适应性较低等缺陷，采用激光多普勒效应原理使用两组不同波长、光束角的双光束双散射光路系统，有效提高对金刚线粒子的实时检测速率、测量精度、重复度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统


[0001]本专利技术涉及激光测量
，特别涉及一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统。

技术介绍

[0002]金刚线是金刚石切割线的简称，是金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在母线（一般为高碳钢丝）上制成的。通过金刚线与被切割物体间进行高速磨削运动，可以实现切割目的。金刚线在光伏产业链中作为硅片生产的辅材，位于产业链上游，其技术性能直接影响硅片的质量及光伏组件的制造成本，是光伏企业降本的核心技术环节。
[0003]金刚线粒子由人造金刚石颗粒破碎而成，颗粒度一般小于50μm，是金刚线起切割作用的关键材料，其质量及稳定性直接影响后续电镀工艺及成品金刚线质量。测量金刚线粒子数量密度的意义在于：金刚线切硅片的原理是用金刚石颗粒不断刻划硅材料，较大的金刚石颗粒对硅材料的切割力更大，母线作为金刚线粒子载体只要能保持强度不断线的前提下，切割能力主要取决于金刚石颗粒，因此金刚石的技术核心不在于母线，而在于上砂工艺，固结在金刚线母线上的单位内的金刚石微粉颗粒数量直接决定金刚线的切割力，是评价金刚线质量的最关键技术指标之一。
[0004]现有金刚线粒子测量技术主要包括以下两种：一、机器视觉图像识别技术测量方式为：通过高速工业像机在线实时拍摄固结在钢线基体上单位视野内的金刚石微粉颗粒的显微图像，图像信号实时传送给图像处理系统并转换为数字化信号，数字化的图像信号被金刚线生产线检测控制系统实时接收，并实时计算母线基体上单位视野内的金刚石粒子数量、密度数据。特点在于：自动视觉识别检测目前已经用于产品外形和表面缺陷检验，该检测识别系统属于二维机器视觉，技术已经较为成熟，其基本流程是用一个摄像机获取图像，对所获取的图像进行处理及模式识别，检测出所需的内容。
[0005]此种测量方式具有以下技术缺陷：机器视觉表面缺陷检测，特别是在线检测，其特点是数据量庞大、冗余信息多、特征空间维度高，同时考虑到真正的机器视觉面对的对象和问题的多样性，从海量数据中提取有限缺陷信息的算法能力不足，实时性不高。同时机器视觉在线图像识别技术测量精度受设备本身性能限制较大，如工业摄像头景深相对较小（普遍10mm左右），对金刚线跳动幅度和跳动频率要求更高；传感器帧率、像素等参数会直接影响测量精度误差（市面已知5%左右），金刚线最大移动速度（市面已知150m/min）。视觉识别系统工作中的精确测量受自然环境包含温度、阳光照射、开关电源转变、尘土、环境湿度及其干扰信号等影响，干扰信号是工业生产检验当场难以避免的影响要素，它对工业相机电源电路、网络信号传送电源电路等弱电安装电源电路的影响尤其比较严重。
[0006]二、激光粒度仪测量方式为：利用颗粒对光的散射现象测量颗粒大小的。即光在行进过程中遇到
金刚线粒子时，会有一部分偏离原来的传播方向，颗粒尺寸越小，偏离量越大，颗粒尺寸越大，偏离量越小。散射光的强度代表该粒径颗粒的数量。测量不同角度上的散射光的强度，就可以得到样品的粒度分布了。特点在于：测量的动态范围大，动态范围也就是仪器能测量的最小颗粒与最大颗粒之比，动态范围越大使用时自然也就越方便。重复性好，激光粒度仪取样量相对其他仪器要多，对同一次取样又进行超过100次的光电采样因而测量的重复精度很高，平均粒径的典型精度可达1%以内。
[0007]此种测量方式具有以下技术缺陷：激光粒度分析法是一种拟合近似分析方法，而且不可校准，溯源性、可比较性差，分辨率低，不适宜用于分布范围窄的样品测量。激光粒度法对大粒径粒子的分析比较准，但对10微米以下粒径的分析误差就比较大了，已不能满足磨料粒度分析的要求。因此，激光粒度仪经常将不合格品检验成合格品，也经常将合格品检验成不合格品，所以用户在利用激光粒度仪进行质量检验时，存在检测错误现象。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统，有效的克服了现有技术的缺陷。
[0009]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统，包括两组发射光波长不同的激光器、两组准直透镜、两个分光棱镜、四组反射镜组和收光单元，两组上述激光器间隔设置，两组上述准直透镜分别对应分布在两组上述激光器的发射光的光路上，用于将两组上述激光器发出的两路点光源准直为两组平行光源，两个上述分光棱镜分别设置在两组上述平行光源的光路上，用于分别将两组上述平行光源分成两束呈90
°
夹角且光强相等的光束，四组上述反射镜组分别分布在两组上述平行光源分成的四束光束的光路上，且分别用于将四束光束反射汇聚至待测待测金刚线表面的一处粒子处，上述收光单元设置于上述粒子的散射光光路上，用于接收散射光。
[0010]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0011]进一步，上述收光单元包括成像透镜和光电探测器，上述成像透镜用于接收散射光，上述光电探测器用于接收穿过上述成像透镜的散射光。
[0012]进一步，上述光电探测器为雪崩二极管。
[0013]进一步，上述成像透镜为胶合透镜。
[0014]进一步，每组上述反射镜组均包括至少一个全反射镜。
[0015]本专利技术的有益效果是：针对现有金刚线测量速率较慢、环境适应性较低等缺陷，采用激光多普勒效应原理使用两组不同波长、光束角的双光束双散射光路系统，有效提高对金刚线粒子的实时检测速率、 测量精度、重复度。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的微细金刚线表面粒子数量密度测量系统的结构示意图；图2为本专利技术的微细金刚线表面粒子数量密度测量系统中四条光束在粒子处汇聚到一点的示意图；
图3为本专利技术的微细金刚线表面粒子数量密度测量系统中两种激光器生成的两种不同间距的条纹光斑图；图4（a）为6μm金刚线粒子在激光器波长为780nm，光束角为3.75
°
下的干涉条纹光斑对比图；图4（b）为6μm金刚线粒子在激光器波长为685nm，光束角为2.45
°
下的干涉条纹光斑对比图；图5（a）为8μm金刚线粒子在激光器波长为780nm，光束角为3.75
°
下的干涉条纹光斑对比图；图5（b）为8μm金刚线粒子在激光器波长为685nm，光束角为2.45
°
下的干涉条纹光斑对比图。
[0017]附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、激光器；2、准直透镜；3、分光棱镜；4、成像透镜；5、光电探测器；6、全反射镜。
具体实施方式
[0018]以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0019]实施例：如图1所示，本实施例的微细金刚线表面粒子数量密度测量系统包括两组发射光波长不同的激光器1、两组准直透镜2、两个分光棱镜3、四组反射镜组和收光单元，两组上述激光器1间隔设置，两组上述准直透镜2分别对应分布在两组上述激光器1的发射光的光路上，用于将两组上述激光器1发出的两路点光源准直为两组本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微细金刚线表面粒子数量密度测量系统，其特征在于：包括两组发射光波长不同的激光器（1）、两组准直透镜（2）、两个分光棱镜（3）、四组反射镜组和收光单元，两组所述激光器（1）间隔设置，两组所述准直透镜（2）分别对应分布在两组所述激光器（1）的发射光的光路上，用于将两组所述激光器（1）发出的两路点光源准直为两组平行光源，两个所述分光棱镜（3）分别设置在两组所述平行光源的光路上，用于分别将两组所述平行光源分成两束呈90
°
夹角且光强相等的光束，四组所述反射镜组分别分布在两组所述平行光源分成的四束光束的光路上，且分别用于将四束光束反射汇聚至待测待测金刚线表面的一处粒子处，所述收光单元设...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汝佳，郑健，宋锦涛，
申请(专利权)人：成都曙创大能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：