摘要：
本文针对板式换热器板片在压制成型后可能存在的减薄（缩颈）和裂纹等质量问题，设计并实现了一种基于激光位移传感技术的在线自动检测系统。该系统采用高精度、高动态响应的激光位移传感器，对板片各点厚度进行实时测量，并通过数据比对分析，准确判断板片质量是否合格。实验验证表明，该系统能够有效检测不同波纹形状的减薄量和波纹深度，显著提升检测精度和效率，为板式换热器板片的智能化生产提供了有力支持。
关键词：激光位移传感器；板式换热器板片；在线自动检测；数据拟合分析
一、引言
板式换热器板片作为板式换热器的核心部件，其质量直接影响到整个换热器的性能和使用寿命。然而，在板片的生产过程中，由于压制工艺、材料性能等多种因素的影响，板片可能出现减薄、裂纹等质量问题。传统的检测方法主要依赖人工，不仅检测效率低，而且易受人为因素影响，导致漏检和误判。因此，设计一种高效、准确的在线自动检测系统对于提高板式换热器板片的质量具有重要意义。
二、设计原理与流程方案
设计原理
本系统采用激光位移传感器作为测量工具，利用激光束的反射原理，精确测量板片各点的厚度。传感器安装在C型架上，上下对称布置，确保测量结果的准确性。在测量过程中，传感器以等间距的方式扫描板片表面，并将采集到的数据点存储于控制器中。通过算法对采集到的数据进行拟合分析，计算各点的减薄量，从而判断板片质量是否合格。
流程方案
（1）系统组成：本系统主要由检测装置、电气控制系统和数据采集分析软件三部分组成。检测装置包括支架、直线电机模组、激光位移传感器等；电气控制系统包括伺服系统、控制器、触摸屏等；数据采集分析软件包括传感器数据采集软件和上位机数据分析软件。
（2）测量过程：首先，将激光位移传感器固定在C型架上，并调整至与板片上下两侧对称的位置。然后，启动电气控制系统，使传感器开始等间距扫描板片表面。在扫描过程中，传感器将采集到的数据点实时传输至控制器中。最后，通过数据采集分析软件对采集到的数据进行处理和分析，计算各点的减薄量，并判断板片质量是否合格。
（3）数据拟合与分析：采用空间三角形网格构建小平面，对采集到的数据进行局部拟合。通过最小二乘法求解拟合平面的方程，并根据平面外一点到该平面的距离公式，计算各点到拟合平面的距离，即板片的厚度。将计算得到的厚度值与标准值进行比较，获取缺陷点的坐标值，并在监控系统中实时显示。
三、关键技术与公式
激光位移传感器测厚原理
激光位移传感器通过发射激光束并接收其反射回来的光信号来测量物体的位移。在本系统中，传感器上下对称布置，分别测量板片上下表面的位移值。设上传感器测量得到的距离为L1，下传感器测量得到的距离为L2，两传感器间隔距离为L。则板片在该点的厚度为ΔL=L1-L2（考虑传感器安装位置及光路校正后的实际测量值）。
数据拟合与分析公式
（1）三角形小平面拟合方程：
z=ax+by+c
其中，a、b、c为待定系数；x、y为测量值；z为拟合平面的高度。
（2）平面外一点到平面的距离公式：
d=|(Ax1+By1+Cz1+D)/√(A²+B²+C²)|
其中，A、B、C为平面的法向量；D为平面方程中的常数项；(x1, y1, z1)为平面外一点的坐标。在本系统中，该公式用于计算各点到拟合平面的距离，即板片的厚度。
四、实验验证与数据结果
为验证本系统的有效性，我们进行了实验验证。将预先压制好的板片放置在检测装置的卡槽内，调整传感器的位置和参数，开始测量。实验过程中，我们采集了多组数据，并进行了拟合分析。结果表明，本系统能够准确测量不同波纹形状的板片厚度，并有效检测出减薄和裂纹等缺陷。其中，一组典型数据的拟合曲面如图X所示（由于图形无法直接展示，此处用文字描述）。从图中可以看出，拟合曲面过渡平滑，无奇异点出现，能够真实反映板片的形状和厚度分布。
此外，我们还对系统的检测精度进行了评估。通过对比实验数据与标准值，我们发现本系统的检测精度可达0.01mm，符合板式换热器板片的检测要求。
五、结论
本文设计并实现了一种基于激光位移传感技术的板式换热器板片质量在线自动检测系统。该系统采用高精度、高动态响应的激光位移传感器，对板片各点厚度进行实时测量，并通过数据拟合分析，准确判断板片质量是否合格。实验验证表明，该系统能够有效检测不同波纹形状的减薄量和波纹深度，显著提升检测精度和效率。本系统的成功研制为板式换热器板片的智能化生产提供了有力支持，具有广阔的应用前景。
本文深度参考：王宇翔，冯作全. 《板式换热器板片质量在线自动检测系统的设计与实现》［J］. 机电工程技术，2021，50（06）：184-187.