多點測厚裝置及其使用方法
2023-05-15 02:37:31 1
專利名稱：多點測厚裝置及其使用方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及一種測厚裝置，更具體地，本發明的實施方式涉及多點測厚裝置及其使用方法。
背景技術：
目前，片材的厚度檢測技術主要有接觸式測量和非接觸式測量兩類。非接觸式常用的技術是雷射測量。但雷射測量受限於被測物體，對物體的表麵條件有要求，多用於透明或半透明材料且表面均勻光滑的薄膜等的厚度測量，而在測量具有一定壓縮性、表面多孔的材料時可能出現數據波動較大的現象，且物體的質地、顏色、粗糙度及反光程度等都會影響測量效果。同時採用雷射進行多點測量掃描，掃描測頭比較昂貴。若在此基礎上實現多點測量，不僅測頭的安裝、調試、維修保養複雜，而且使用成本較高。與非接觸式測量不同的是接觸式測量，接觸式測量主要是機械測量法，能夠在進行厚度測量前對片材測量表面施加一定的壓力(點接觸力或面接觸力)，這樣可以避免在使用非接觸測量法測量表面多孔的材料時，出現數據波動較大的現象。現有對多孔的片材的厚度測量方法，多採用厚度計對片材進行接觸式測量。測量時，手工操作對片材進行單點多次檢測，每檢測一點都需要由人工讀取厚度計上百分表的數據並記錄檢測結果，再對片材厚度均勻性進行分析，以此來判斷片材厚度尺寸精度和均勻性是否合格。這種方式操作繁瑣，效率低，工作量大，同時存在人為因素誤讀或者誤操作的風險。另外，在片材的生產、檢驗、性能測試等各環節均需對其厚度進行檢測，受檢測方法、檢測設備、檢測環境、操作人員等因素的影響，使得各工序檢測的結果存在較大差異，這對片材的生產、研製和使用帶來一定的困擾，迫切需要統一各環節的測量方法和測量設備。
發明內容
本發明克服了現有技術的不足，提供一種多點測厚裝置及其使用方法的實施方式，以期望可以解決操作繁瑣，效率低，工作量大，測量誤差大的問題。為解決上述的技術問題，本發明的一種實施方式採用以下技術方案:本發明的一個實施方式中一種多點測厚裝置，包括傳感器，活動架，主體，數據採集控制裝置，傳感器至少有2個，活動架包括使傳感器上下直線運動的活動部件和用於固定傳感器的水平支架，傳感器設置在水平支架上，活動架滑動連接在主體上，主體包括機架和用於放置待測片材的基座，傳感器與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。更進一步的技術方案是傳感器在水平支架上採用矩陣式分布。更進一步的技術方案是水平支架上有供傳感器在水平方向上移動的滑槽，所述傳感器上有卡件，用於固定傳感器在水平支架滑槽中的位置。更進一步的技術方案是傳感器是位移傳感器。更進一步的技術方案是水平支架上還設有用於識別被測產品的條碼掃描裝置，條碼掃描裝置與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。更進一步的技術方案是主體上包括動力部件，導軌和絲槓，活動部件包括活動螺母和導軌滑塊，導軌滑塊一端嵌入在導軌裡，活動螺母包裹住絲槓，活動螺母和導軌滑塊固定連接。更進一步的技術方案是動力部件包括伺服電機，聯軸器，軸承座，動力部件與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。更進一步的技術方案是所述數據採集控制裝置包括A/D轉換模塊，數據存儲及處理模塊，報表生成模塊和人機交流模塊。本發明還包括一種多點測厚裝置的使用方法，通過以下步驟進行厚度測量:活動架向下移動，使傳感器處於基準位，每個傳感器與基座充分接觸，產生壓縮位移，數據採集控制裝置自動記錄每個傳感器此時壓縮的位移值，測得數據後，活動架向上抬起;將待測片材放在基座上，活動架向下移動，使傳感器處於基準位，每個傳感器與待測片材充分接觸產生壓縮位移，數據採集控制裝置自動記錄每個傳感器此時壓縮的位移值，活動架向上抬起；將每個傳感器記錄的兩次的位移值數據相減，所得結果的絕對值即為待測片材每個測厚點的厚度。與現有技術相比，本發明的有益效果之一是:本發明是一種基於相對測量法的接觸式測量系統，能通過一次測量對片材多個點的厚度進行自動檢測。同時，利用傳感器和計算機實現自動控制及多點數據的自動採集及處理，輸出多種檢測數據並自動判別不合格品，從而在保證測量精度的前提下大幅度提高了片材的檢測效率。能對表面不光滑或表面密布微孔和凹坑的片材進行測量厚度，也適用於具有一定彈性的片材的厚度測量。操作簡便，全自動化測量，機器自動讀數減少人為誤差，一次進行多點測量，精確，效率高。
圖1示出了本發明多點測厚裝置一個實施例的結構示意圖。圖2至圖3示出了本發明多點測厚裝置的測厚方法原理圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。圖1示出了本發明多點測厚裝置一個實施例的結構示意圖。圖1中，多點測厚裝置包括傳感器I，活動架，主體，數據採集控制裝置4，傳感器I至少有2個，活動架包括使傳感器I上下直線活動的活動部件和用於固定傳感器的水平支架2，傳感器I設置在水平支架2上，活動架滑動連接在主體上，主體包括機架和用於放置待測片材13的基座9，傳感器I與數據採集控制裝置4之間通過有線或無線方式進行信號連接。圖中的傳感器有16個，在水平支架上採用4X4陣列矩形分布，通過不同位置的傳感器可以檢出每個傳感器接觸點的待測片材13厚度。4X4的分布更加適合正方形的待測片材13。除了可以是16個傳感器以外，還可以是其他分布形式，可以更具待測片材13的形狀來排列傳感器，可以是直線型分布，也可以是矩形或者圓形。傳感器上面的數據通過數據線或者以無線形式發送給數據採集控制裝置4，這樣數據採集控制裝置可以處理傳感器的數據，然後顯示出來實測數據了。水平支架2上有供傳感器在水平方向上移動的滑槽，傳感器I上有卡件，用於固定傳感器在水平支架滑槽中的位置。傳感器在水平支架上通過卡件固定，水平支架2帶有滑槽，可以在傳感器卡件未固定前任意移動，可以改變傳感器所處位置，進行多測量點組合，也可根據待測片材13實際形狀改變位置。傳感器是位移傳感器，能傳輸每次移動的距離。傳感器是該裝置測量的核心元件，具有接觸力小，安裝方便，重複精度高的特點。由於其體積小，可以根據待測片材13形狀測量點數的需要在水平支架2上同時布置多個傳感器，實現對待測片材13的一次多點測量。通過數據採集控制裝置的後續數據處理，可以直接獲得測量數據，避免人工讀數的繁瑣和可能引起的測量誤差。水平支架2上還設有用於識別被測產品的條碼掃描裝置3，條碼掃描裝置3與數據採集控制裝置4之間通過有線或無線方式進行信號連接。為便於對每片片材進行編號識別，採用對片材粘貼條形碼標識並通過條碼掃描裝置3進行識別，配合數據採集控制裝置4的記錄儲存功能，可以一次性進行全部待測片材13測量最終根據條碼識別的情況導出相應待測片材13的數據。主體上包括動力部件，導軌10和絲槓7，活動部件包括活動螺母8和導軌滑塊6，導軌滑塊6 —端嵌入在導軌10裡，活動螺母包裹住絲槓，活動螺母和導軌滑塊固定連接；動力部件包括伺服電機5，聯軸器11，軸承座12，動力部件與數據採集控制裝置4之間通過有線或無線方式進行信號連接。水平支架2由伺服電機5驅動，運動平穩、無抖動、定位準確。伺服電機5作為動力源的優點在於控制精確，運行平穩。伺服電機5安裝固定在主體上方，通過聯軸器11帶動絲槓7轉動，絲槓7上的活動螺母8將轉動轉變為直線運動，並帶動水平支架2沿導軌10做上下運動。基座為大理石平臺，被測片材放置在大理石平臺上，大理石平臺面是本測量系統的測量基準面。大理石平臺是用天然的石質材料製成的精密基準測量工具，具有精度高、不生鏽、耐酸鹼、不磁化、不變型、耐磨性好等優點，能在重負荷及一般溫度下保持穩定，且無磁性反應，亦無塑性變形，對儀器儀表、精密工具、機械製件的檢驗，都是理想的基準面，特別適用於高精度的測量方面。數據採集控制裝置4包括A/D轉換模塊，數據存儲及處理模塊，報表生成模塊和人機交流模塊。人機交流模塊還可以包括顯示器，滑鼠，觸摸板等。數據採集控制裝置4主要實現伺服電機5的控制、傳感器I和條碼掃描裝置3的數據採集。完成包含有數據的採集、傳輸、A/D轉換、數據存儲及處理、報表生成、人機界面等功能。同時實現測試前及測試後傳感器的校零、故障報警等功能，以保證測試數據的有效，數據採集控制裝置4在本實施例中包括兩個部分，一部分為數據處理控制單元，一部分為顯示單元。圖2至圖3示出了本發明多點測厚裝置的測厚方法原理圖。測量時，傳感器22固定在活動支架21上，由動力部件帶動向下移動，傳感器測頭與基座23表面接觸，並施加一定的接觸力使傳感器測頭與基座表面充分接觸。此時，由於傳感器測頭與基座接觸，獲得一個壓縮的位移值，並轉換為電信號輸出到數據採集控制裝置，在程序中被記錄為h0。採用相同的方法，放置待測片材後再次進行測量，傳感器22固定在活動支架21上，由動力部件帶動向下移動，傳感器測頭與待測片材24表面接觸，並施加一定的接觸力使測頭與片材凹凸不平的表面充分接觸。此時，由於傳感器測頭與片材接觸，獲得一個壓縮的位移值，並轉換為電信號輸出到數據採集控制裝置，在程序中被記錄為hi。在兩次測量中，動力部件通過精確定位能夠使傳感器下降到相對測量基準面的一個固定位置，那麼兩次測量值之差Ah=hl-hO即為片材的厚度值。測量值hO通過系統校準確定，並被記錄在數據處理程序中作為測量的基準。在測量過程中，每次傳感器獲得的位移值與此基準之差的絕對值即為片材在該傳感器測量點的實際厚度。多點測厚裝置的使用方法，通過以下步驟進行厚度測量:活動架向下移動，使傳感器處於基準位，每個傳感器與基座充分接觸，產生壓縮位移，數據採集控制裝置自動記錄每個傳感器此時壓縮的位移值，測得數據後，活動架向上抬起;將待測片材放在基座上，活動架向下移動，使傳感器處於基準位，每個傳感器與待測片材充分接觸產生壓縮位移，數據採集控制裝置自動記錄每個傳感器此時壓縮的位移值，活動架向上抬起；將每個傳感器記錄的兩次位移值數據相減，所得結果的絕對值即為待測片材每個測厚點的厚度。兩次測量不區分先後順序只需在計算厚度時取數據相減後的絕對值即可。在得到一次傳感器與基座接觸時的所測厚度以後，再測其他待測片材時可以不必再重複測量此數，可以共用同一個傳感器與基座接觸時的所測厚度的值。傳感器處於的基準位是傳感器能接觸並壓縮基座的位置。每次測量都將傳感器下降至此位置。本實施例是根據位移傳感器的壓縮位移測得數據的，但同樣還可以使用其他傳感器，只需要將傳感器兩次測量都定位在同一基準點，分別測得基底和放有待測片材兩種情況下的位移，最終取兩次位移結果的絕對值即可知道待測片材的厚度。本發明多點測厚裝置主要用於測量表面凹凸不平的片材，特別可以用作測量多孔彈性片材，同時可以測量其他材質、厚度和表面質量的片材。多孔彈性片材是經過發泡後切片成形，表面不光滑，密布大小不一的微孔和凹坑。在自然狀態下，多孔彈性片材表面凹凸的不均勻性較大。如採用非接觸測量方式，如雷射測量，則在片材凹坑的底部和頂部其測得的厚度數據波動較大，與實際厚度尺寸有較大差距。而接觸式測量通過測頭與多孔材料表面的面接觸和一定的壓力，能夠忽略凹孔，同時對局部凸起有一定壓縮，從而儘可能的減小多孔彈性片材凹凸不平表面對測量結果的影響，使測得的厚度數據更接近片材厚度的真實值。在本說明書中所談到的「一個實施例」、「另一個實施例」、「實施例」、「優選實施例」
等，指的是結合該實施例描述的具體特徵、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特徵、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特徵、結構或者特點也落在本發明的範圍內。儘管這裡參照本發明的多個解釋性實施例對本發明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則範圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開、附圖和權利要求的範圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對於本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。
權利要求
1.一種多點測厚裝置，包括傳感器，活動架，主體，數據採集控制裝置，其特徵在於傳感器至少有2個，活動架包括使傳感器上下直線運動的活動部件和用於固定傳感器的水平支架，傳感器設置在水平支架上，活動架滑動連接在主體上，主體包括機架和用於放置待測片材的基座，傳感器與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。
2.根據權利要求1所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述傳感器在水平支架上採用矩陣式分布。
3.根據權利要求1所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述水平支架上有供傳感器在水平方向上移動的滑槽，所述傳感器上有卡件，用於固定傳感器在水平支架滑槽中的位置。
4.根據權利要求1所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述傳感器是位移傳感器。
5.根據權利要求1所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述水平支架上還設有用於識別被測產品的條碼掃描裝置，條碼掃描裝置與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。
6.根據權利要求1所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述主體上包括動力部件，導軌和絲槓，活動部件包括活動螺母和導軌滑塊，導軌滑塊一端嵌入在導軌裡，活動螺母包裹住絲槓，活動螺母和導軌滑塊固定連接。
7.根據權利要求6所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述動力部件包括伺服電機，聯軸器，軸承座，動力部件與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。
8.根據權利要求1所述的多點測厚裝置，其特徵在於所述數據採集控制裝置包括A/D轉換模塊，數據存儲及處理模塊，報表生成模塊和人機交流模塊。
9.一種根據權利要求1所述多點測厚裝置的使用方法，其特徵在於:通過以下步驟進行厚度測量: 活動架向下移動，使傳感器處於基準位，每個傳感器與基座充分接觸，產生壓縮位移，數據採集控制裝置自動記錄每個傳感器此時壓縮的位移值，測得數據後，活動架向上抬起; 將待測片材放在基座上，活動架向下移動，使傳感器處於基準位，每個傳感器與待測片材充分接觸產生壓縮位移，數據採集控制裝置自動記錄每個傳感器此時壓縮的位移值，活動架向上抬起； 將每個傳感器記錄的兩次位移值數據相減，所得結果的絕對值即為待測片材每個測厚點的厚度。
全文摘要
本發明的實施方式涉及一種測厚裝置，更具體地，本發明的實施方式涉及多點測厚裝置及其使用方法。包括傳感器，活動架，主體，數據採集控制裝置，其特徵在於傳感器至少有2個，活動架包括使傳感器上下直線運動的活動部件和用於固定傳感器的水平支架，傳感器設置在水平支架上，活動架滑動連接在主體上，主體包括機架和用於放置待測片材的基座，傳感器與數據採集控制裝置之間通過有線或無線方式進行信號連接。本發明的有益效果是能對表面不光滑或表面密布微孔和凹坑的片材進行測量厚度，也適用於具有一定彈性的片材的厚度測量。操作簡便，全自動化測量，機器自動讀數減少人為誤差，一次進行多點測量，精確，效率高。
文檔編號G01B21/08GK103148822SQ20131003614
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者王曉英, 董明, 趙維, 張長生, 範玉德, 石耀剛, 鮑延年, 魏智勇, 王建華, 陸藺輝 申請人:中國工程物理研究院化工材料研究所