頻閃儀的應(yīng)用
在現(xiàn)代工業(yè)自動化生產(chǎn)中 ,涉及到各種各樣的檢查、測量和零件識別工作 ,其共同特點是連續(xù)大批量生產(chǎn)、 對外觀質(zhì)量的要求非常高 ,通常這種高度重復(fù)性的工作只能靠人工檢測來完成。生產(chǎn)線上的微小尺寸**快速測量、 形狀匹配、 顏色辨識等 ,由于被觀測物體高速運動 ,人眼無法連續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行觀察和檢驗 ,易出差錯。頻閃儀觀測技術(shù)能較好地解決此難題。
頻閃儀也叫頻閃靜像儀或轉(zhuǎn)速計 ,是能夠使作振動、高速旋轉(zhuǎn)或周期運動構(gòu)件變成“ 靜止不動 ” 構(gòu)件的一種光學(xué)測量裝置。PS系列頻閃儀外觀如圖 1所示。
頻閃儀本身可以發(fā)出短暫又頻密的閃光,當(dāng)調(diào)節(jié)頻閃燈的閃動頻率,使其與被測物的轉(zhuǎn)動或運動速度接近或同步時,被測物雖然高速運動著,但看上去卻是緩慢運動或相對靜止,這種視覺暫留現(xiàn)象使人目測就能輕易觀測到高速運動物體的表面質(zhì)量與運行狀況 ,而頻閃儀的閃光速度即為被檢測物體(例如:馬達(dá) )轉(zhuǎn)速和運動頻率 (印刷袋 ) ,亦可以利用頻閃儀分析物體振動情況、 高速移動物體的動作以及高速攝影等。利用頻閃儀觀測檢驗技術(shù)在歐美已廣泛使用 ,隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,越來越多的行業(yè)開始使用頻閃儀來幫助解決產(chǎn)品質(zhì)量檢驗問題。
頻閃儀構(gòu)成和工作原理
頻閃燈的工作原理是根據(jù)設(shè)定的頻率或根據(jù)外觸發(fā)頻率來控制閃光燈的閃爍頻率 ,作為一個完整的系統(tǒng)包括人機(jī)顯示界面、 調(diào)節(jié)和功能選擇按鍵、 閃光控制模塊、 閃光燈供電模塊和外觸發(fā)自動跟蹤模塊等。頻閃儀的工作原理框圖 ,如圖 2所示
在系統(tǒng)設(shè)計中 ,采用 LED數(shù)碼管作為人機(jī)顯示界面。LED顯示具有高亮、 長壽命、 控制方便等特點 ,只要保證驅(qū)動電路的可靠性 ,就可以保證人機(jī)界面的長期工作的穩(wěn)定性。參數(shù)設(shè)定或功能選擇方面 ,采用高可靠性的歐姆龍輕觸按鍵和具有快速調(diào)節(jié)功能的旋轉(zhuǎn)編碼器作為數(shù)據(jù)輸入元件 ,配以合理的軟件來提高參數(shù)設(shè)定的速度和方便性。作為一個使用比較方便的產(chǎn)品 ,必須具有參數(shù)保存的功能 ,在這里采用了非易失性存儲器 ,存放頻率、 工作模式等參數(shù)。
為了達(dá)到使用方便、 性能穩(wěn)定、 控制**等效果 ,整個軟件系統(tǒng)的設(shè)計就顯得很重要。另外 ,在頻閃燈控制系統(tǒng)中還存在一個核心和難點的技術(shù) ,就是要保證閃光燈的供電電壓穩(wěn)定。只有保證電壓的穩(wěn)定性才能保證燈管閃爍的亮度一致 ,才能使閃光燈在高頻的情況下不會出現(xiàn)漏閃現(xiàn)象。因為燈管在不同頻段閃爍的時候消耗的功率是不定的 ,所以難以控制。當(dāng)頻閃燈作為光源用于印刷質(zhì)量檢驗時 ,對頻閃燈的性能又提出了一個更高的要求。頻閃燈在收到觸發(fā)信號后至燈管閃爍的時間必須一致 ,所以程序控制和電路設(shè)計就顯得更為重要。圖 3是軟件系統(tǒng)主程序流程圖 ,圖 4是按鍵處理模塊流程圖,圖 5是外觸發(fā)處理模塊流程圖。3個流程圖說明了整個軟件系統(tǒng)的工作模式 ,實現(xiàn)頻閃儀的頻閃及自動頻率跟蹤功能。
頻閃儀主要技術(shù)指標(biāo)
經(jīng)過特別設(shè)計 ,系列化的頻閃儀外觀如圖 1所示 ,主要技術(shù)指標(biāo)如下:
(1)電 源:交流 220 ± 10%V,
(2)功 率:**功率低于 200W。
(3)內(nèi)觸發(fā)頻率范圍: 1～500Hz。
(4)外觸發(fā)頻率范圍: 1～500Hz。
(5)單次工作時間:由功能鍵任意設(shè)定 (單位:30 s)。
(6)環(huán)境光照度:低于 10 000 lx。
(7)外部觸發(fā)信號范圍: 5～12V脈沖信號。
(8)照射**寬度:視頻閃儀長度而定。
(9)尺寸 (長 × 寬 × 高 ) :
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實驗室和教師介紹
實驗室可提供的主要器材
頻閃儀1臺，其功能為頻率可調(diào)，頻率數(shù)值以數(shù)字顯示。
臺式小電風(fēng)扇1只，三片葉片上分別寫上A 、B、C，風(fēng)扇具有快慢檔。
微型電扇1只，其三片葉片上分別涂上三原色。
鋸條實驗架1臺，所夾鋸條的長度可調(diào)。
滴水管系統(tǒng)1套。
一維駐波實驗儀1臺。
實驗?zāi)康摹⒁饬x和要求
人眼是有“視覺暫留”的，利用這一特性，可用一定的頻率將拍攝的靜止畫面以連貫的動作展現(xiàn)在屏幕上。將人類帶入現(xiàn)代社會的電影、電視就是利用這一原理。在科研生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)，要知道某一物體運動的速度、運動的軌跡和變化的方向，利用頻閃法來測量是一種很好的方法。頻閃法與照相用的閃光燈原理基本相同，不過閃光燈是每按一次閃光一次，而頻閃儀是每隔一定時間發(fā)出一次閃光。用這種頻閃儀可測量電扇的轉(zhuǎn)速、水滴的流速、弦的振動頻率和觀測一維駐波的特性等，從中可揭示一些運動物體的形成，規(guī)律、特點和內(nèi)在的物理含義。
實驗前應(yīng)回答的問題
什么是人眼的“視覺暫留”？如果連續(xù)移動的畫面的頻率與人眼“視覺暫留”特點的頻率不符時，連續(xù)移動的畫面將會發(fā)生什么現(xiàn)象？
什么是頻率？什么是周期？什么是駐波？駐波有哪些主要參數(shù)？
什么是光的三原色？
實驗內(nèi)容
打開小風(fēng)扇，開關(guān)置于滿檔位置，用頻閃燈照射其葉片(如圖1)，調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率，直至目視風(fēng)扇三葉片不動，同時葉片上的字母也不動時，方可記下它的頻率。另外將開關(guān)置于“快檔”按上述做法記下相應(yīng)的頻率。
實驗1有時會看到6片葉片“靜止不動”，分析此現(xiàn)象。并說明為什么必須滿足3片葉片和葉片上面的字母A，B，C都“不動”的情況下方可記錄頻率。
如果葉片上不寫字母，如何測定電扇旋轉(zhuǎn)的頻率(實際上3個葉片“靜止不動”的頻率將不止一個)，從中探索測量電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的一般規(guī)律。
開啟微型電扇，在接近微型電扇的轉(zhuǎn)動頻率時，三原色葉片的邊緣部分將出現(xiàn)什么色彩？請仔細(xì)觀察。
將頻閃儀對準(zhǔn)夾有鋸條片的鐵架臺，用手按動鋸條片使其上下作受迫振動記下其振幅**時的頻率(因鋸條片所作阻尼振動，容易衰減，所以記錄時要快)。
改變被振鋸條的長度分別并記錄各自的振動頻率，作出振動頻率隨被振鋸條長度變化的規(guī)律圖。
將頻閃儀對準(zhǔn)滴水管系統(tǒng),開啟滴水管的控制裝置，讓水滴自由下滴并調(diào)至合適的下滴速度，記錄水滴下滴的中間段的頻率。
以實驗7記錄的頻率為基準(zhǔn)再將頻閃儀對準(zhǔn)水滴流的上部和下部，將會看到什么現(xiàn)象？
將頻閃儀對準(zhǔn)一維駐波實驗儀開啟實驗儀，任意給出一個駐波，調(diào)節(jié)頻閃儀的頻率，直到整個波形穩(wěn)定不動時，記錄此時的頻率。
頻閃儀，也叫頻閃燈,或者稱之為特殊類型的“轉(zhuǎn)速計”，他利用同步靜止的原理測量印刷等機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速值。主用用在印刷廠,某公司專門印刷餐巾紙上的圖片,選擇了美國蒙拿多DBX系列頻閃儀。
工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的復(fù)雜多樣造成了對頻閃檢測儀的不同需求， 頻閃儀類型按照應(yīng)用環(huán)境和使用方式的不同，將頻閃儀分為便攜式、在線式、燈頭分離式，專用型和通用型等。特殊應(yīng)用的頻閃儀還有帶有靜像視頻檢查功能的靜止畫面系統(tǒng)、防爆、防水、UV等種類。
頻閃儀的選型主要有幾下幾點：
1.轉(zhuǎn)速范圍和精度；
2.供電方式：交流220V還是充電電池；對亮度要求不高的,建議選擇充電電池的,也就是便攜式的頻閃儀.還有一種就是用交流電源的, 燈頭分離式頻閃儀，在使用時需要接入220V的交流電源。
3.儀器的輕便性；便攜式的頻閃儀的特點是便于隨身攜帶，小巧輕便，這種頻閃儀多使用大容量的鎳氫充電電池供電，這樣便于頻閃儀在生產(chǎn)線的不同位置更靈活的使用。燈頭分離式頻閃儀系列儀器都帶有單獨的電氣控制箱，燈頭體積較大，一般采用固定式安裝，其特點是：亮度高、照射面積大、燈管壽命長、可連續(xù)作業(yè)。
4.國產(chǎn)還是進(jìn)口？
另外，了解大概預(yù)算就更好。目前頻閃儀品牌，進(jìn)口有日本新寶，美國蒙拿多，德國testo，臺灣路昌,國產(chǎn)有蘭泰等，總有一款適合您。還有一中就是專用型頻閃儀，是根據(jù)各行業(yè)對頻閃儀的需求不同而專門開發(fā)的行業(yè)專用型頻閃檢測儀。
閃光頻閃攝影又稱連閃攝影，是借助于電子閃光燈的連續(xù)閃光，在一個畫面上記錄動體的連續(xù)運動過程。頻閃攝影從器材上一般分為兩類：一是利用自動頻率電子閃光燈(簡稱電子頻閃燈)拍攝；二是利用普通閃光燈組拍攝。由于拍攝的工具和方法不同，頻閃照片的效果也各具特色。
我們先來看電子頻閃燈拍攝頻閃照片的方法。
電子頻閃燈是一種新型的攝影照明燈具，當(dāng)這種燈充足電后，可以像連發(fā)**一樣，一次緊接一次地頻繁閃光。高頻電子頻閃燈的閃光頻率可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)，閃光頻率越高，底片曝光次數(shù)越多，在照片上出現(xiàn)的影像也越多。一般來說，這種燈每秒鐘的閃光次數(shù)可達(dá)幾十次甚至上百次。用電子頻閃燈拍攝一個動體時，畫面上可以留下幾十個重疊、錯落有致的影像。這些以一定規(guī)律間隔產(chǎn)生的影像，可以給人一種節(jié)奏感強烈的視覺感受，它可以使人感到新奇，是因為用高速頻率將景物凝固在一張畫面上的視覺效果，比平時僅憑肉眼是無法看到的。
用電子頻閃燈拍攝頻閃照片應(yīng)選擇一個黑色的背景，被攝者距離背景盡可能遠(yuǎn)些，以避免頻閃光照亮背景，從而影響主體的效果。如果主體距離背景比較近，**使閃光燈與被攝動體形成側(cè)光和側(cè)逆光的照射角度，被攝動體也**有明顯的輪廓線條，從而防止影像與背景的色調(diào)混雜。
如果沒有頻閃閃光燈，用普通的閃光燈拍攝頻閃畫面，可以采用以下的技巧：
一是用多個閃光燈形成一組光源拍攝頻閃照片。由于閃光燈組的拍攝間隔時間不可能很緊密，所以用普通閃光燈組連續(xù)閃光，只能產(chǎn)生幾個完整的、比較清晰的影像，各影像之間一般互不重疊，動感和節(jié)奏感相對差些。
在拍攝時，首先要確定在畫面上準(zhǔn)備留下幾個什么姿態(tài)的影像，影像與影像之間間隔多大距離，影像與影像之間是否要用虛影相連等，然后決定閃光燈的位置及數(shù)量。其次要先擇一個深色的背景。通常以夜間拍攝為好，用低角度仰拍，以黑暗的天空為背景，或是找一間寬敞的房間，以保證被攝運動物體的影像不受于擾。另外，為了使畫面整潔，主體突出，拍攝現(xiàn)場除了主要照明用的閃光燈外，其余光源**關(guān)閉。若是拍攝人物動態(tài)，為了讓人物搞清運動方向，可以在現(xiàn)場安置少量很暗的燈光，光源盡量靠近地面，與被攝動體呈逆光照射角度。
正式拍攝時，打開照相機(jī)的B門，用快門線將其鎖定，使照相機(jī)的快門處于開啟的狀態(tài)，然后讓動體開始運動，拍攝者用手操縱閃光燈，根據(jù)動體的不同運動姿態(tài)逐次閃光。需要拍三個影像，就用三只閃光燈先后三次閃光；需要拍攝六個影像，可以用三只閃光燈每只閃二次，也可以用六只閃光燈先后六次閃光。**是找多個助手分別操作閃光燈，達(dá)成默契后，效果也是比較理想的。
如果動體的運動速度比較綬慢，運動過程較長，那么可用單個普通閃光燈進(jìn)行拍攝。這樣的頻閃方法是讓閃光燈充足電，鎖定照相機(jī)B門后，在動體開始運動的瞬間使閃光燈閃光，錄下**個影像；等進(jìn)入下一個造型時，再閃光，錄下**個影像；這樣，經(jīng)過多次閃光后，在一張照片上就會留下多個不同姿態(tài)的動體形象。
