一種電容式塑料製品掃描檢測系統的製作方法
2023-05-29 02:25:46 1
專利名稱：一種電容式塑料製品掃描檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及自動檢測技術，更具體地，涉及到利用電容傳感器對塑料製品進行掃描檢測的系統。
背景技術：
塑料(高分子)製品一出現就以其低廉的價格在工業上得到廣泛的應用，隨著製造工藝的進步和性能的不斷增強，塑料製品在很多領域甚至已經取代了傳統的金屬材料， 由於其生產數量極大，對於塑料製品的生產廠家來說，如何快速而有效地對成品進行檢測是一個很普遍的問題，一般情況下，塑料製品的檢測主要包括外觀規格是否合格、產品內部是否有缺陷，其中前者影響產品的美觀程度，後者主要影響產品的力學性能。目前人們對塑料製品的檢測方法主要有以下兩種一是人工檢測，即採用手工和肉眼檢察的方法對塑料製品進行檢測，如使用遊標卡尺或者米尺測量產品的規格大小，或者通過肉眼檢測塑料產品表面是否有缺陷，如劃痕、 凹坑等，不過由於主觀因素的影響，不同的人對同一製品的檢測結果可能不同，同一個人在不同時間對同一產品的檢測的結果也可能不同，所以這種方法具有很高的不確定性；同時， 對於不透明的材料，如果想要通過人工目測來實現對產品內部是否有氣泡，塑封晶片的位置是否正確的檢測，這幾乎是不可能實現的。第二種方式是設備檢測，作為對前一種方法的補充，用戶往往使用設備來獲得靠人工檢測無法完成的數據，如利用已有的檢測設備對產品進行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、加溫老化等實驗，通過分析得到產品的力學性能狀況、耐溫性能。不過這種方法通常需要專業的儀器設備和專業的人才，檢測成本較高，同時這些方法大部分需要接觸到產品，甚至破壞產品才能得到相關信息，使用範圍有限。當然，工業上也有利用視覺分析，超聲波探傷的等非接觸方法進行檢測的系統，不過視覺系統也不能檢測塑料製品內部的缺陷，超聲波對面積型缺陷的檢出率較高，但對體積型缺陷的檢出率較低，只適宜檢測厚度較大的工件，對檢測物體的材質、晶粒度有一定要求，且定量精度不高，檢測結果無直接見證記錄。目前暫無利用電容傳感器專門對塑料製品的各項特徵進行檢測的設備。
發明內容
本發明的目的，就是克服現有技術的不足，提供一種電容式塑料製品掃描檢測系統，該系統結構簡單，檢測結果的連續性好，靈敏度高，可以自動對產品的規格尺寸和內部缺陷做出檢測，節約大量人力資源成本。為了達到上述目的，本發明採用如下技術方案一種電容式塑料製品掃描檢測系統，包括可定位於設定空間任意一點的運動單元、用於掃描檢測的電容器和用於接收和轉換信號的電容測量單元，所述運動單元的定位點設置有移動極板作為電容器的一個極，與移動極板相對的方向設置有用於放置塑料製品的底座作為電容器的另一極，兩極之間設置有檢測空位，所述移動極板和底座分別設置有與電容測量單元相連的導線，所述電容測量單元包括順序連接的信號轉換模塊，用於連接電容器兩極板引出的導線，並將電容轉化為通用模擬量輸出；模數轉換模塊，用於將上述通用模擬量轉化為數位訊號；
採集模塊，用於採集模數轉換模塊輸出的數位訊號。進一步地，所述信號轉換模塊將電容器的電容值轉化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈一一映射關係。作為一種優選實施方式，所述信號轉換模塊將電容器的電容值轉化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈線性關係。為了實現定位點在空間任意一點的定位，所述運動單元包括相互正交的三條運動軸和用於控制三條運動軸運動狀態的控制系統。為了讓電容器的兩個極板分別與相鄰物件相互電氣隔離，所述移動極板與運動單元之間設置有絕緣材料，所述底座的四周和底面設置有絕緣材料。進一步地，所述移動極板的材質為金屬導體。更進一步地，所述移動極板的材質為不鏽鋼。再進一步地，所述移動極板下表面與底座上表面相互平行。與現有技術相比，本發明的有益效果在於本發明利用平板式電容傳感器作為檢測手段，實現了對塑料製品內部缺陷的無接觸檢測，克服了人工檢測的誤差和接觸式檢測對產品的損害，檢測靈敏度高；電容式傳感器配合運動單元對塑料製品進行自動掃描，實現了對產品的規格尺寸、內部一致性及不同產品間一致性的檢測，檢測結果的連續性強；同時由於運動單元可以實現自動掃描，節約了人力成本。
圖1為本發明所述電容式塑料製品掃描檢測系統運動單元結構示意圖。圖2為本發明所述電容傳感器移動極板安裝示意圖。圖3為本發明所述電容測量單元功能示意圖。圖4為本發明所述電容式塑料製品掃描檢測系統掃描過程示意圖。圖5為本發明所述電容式塑料製品掃描檢測系統塑封晶片結構示意圖。圖6為本發明所述電容式塑料製品掃描檢測系統輸出信號-行程曲線。圖7為本發明所述同一掃描軌跡上不同坐標位置的輸出信號對比圖。圖8為本發明所述不同掃描軌跡上相同坐標位置的輸出信號對比圖。圖中1-運動單元；2-底座；3-定位點；4-移動極板；5-絕緣材料；6_塑料製品
(塑料板)；7-1掃描軌跡I ；7-2掃描軌跡II ；7-3掃描軌跡III ；8-晶片；9-螺母；10-接□。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發明做出進一步說明。實施例1
參見圖1和圖2，本發明所述的電容式塑料製品掃描檢測系統包括可定位於設定空間任意一點的運動單元1、用於掃描檢測的電容器和用於接收和轉換信號的電容測量單元，其中運動單元1的定位點3通過接口 10連接有移動極板4作為電容器的一個極，移動極板4為金屬材質，優選為不鏽鋼，與移動極板4相對的方向設置有用於放置塑料製品的底座2作為電容器的另一極，底座2也為金屬材料，移動極板4的下表面與底座2的上表面平行，兩個極板之間設置有檢測空位。移動極板4和底座2還分別設置有與電容測量單元相連的導線，為了使該平板電容器的極板與周圍環境電氣隔離，在移動極板4與定位點3之間設置有絕緣層5並通過接口 10進行鎖定，同時在底座2周圍設置有橡膠層，塑料板等絕緣材料。作為定位點3可以定位於設定空間任意一點的一個具體實施例，運動單元1由相互正交的三條運動軸X、Y、Z及其控制系統組成，其中三條運動軸分別配備有用於驅動的步進電機，步進電機的運動由控制系統通過現場總線或其它公知的方式進行控制和協調，在本實施例中，該運動單元1的三條運動軸行程相同。基於以上結構，所述的移動極板4和底座2形成的平板電容器的電容值C = ^-①
d其中ε為平板電容器之間介質的介電常數，A為兩平板間的相對面積，d為兩板間的相對距離，以上三個參數中的任意一個改變都會導致平板電容器的電容值發生改變。在本實施例中，由於電容器的移動極板4面積小於固定極板(底座2)的面積且掃描過程中移動極板4均處於底座2的正上方，所以①式中平板電容器的相對面積A即為移動極板4下表面的面積。參見圖3，與上述平板電容器的兩塊極板相連的電容測量單元，用於測量該平板電容器的電容值並對接收信號進行處理，該測量單元內順序連接有信號轉換模塊、模數(A/ D)轉換模塊和採集模塊三部分，其中信號轉換模塊用於連接電容器兩極板引出的導線並將上述電容器的電容值轉換成通用模擬量輸出，該通用模擬量為標準模擬電壓或模擬電流， 在特定的電容檢測單元中，每一個電容值均對應一個唯一確定的通用模擬量，兩者之間呈一一映射關係，模數轉換模塊信號將該通用模擬量轉化成數字量並送給採集模塊，採集模塊可以對接收到的數位訊號進行記錄。如背景技術所述，在工業生產中，塑料製品通常需要檢測的項目是外觀尺寸和產品內部缺陷，在本實施例中，將需要檢測的塑料製品6置於底座2上，通過運動單元1的配合，移動極板4在塑料製品6表面的某一水平面內移動以進行掃描，作用相當於一個探頭， 當沒有掃描到塑料製品的時候，平板電容器間的介質是空氣，其介電常數為ε C1 ；—旦掃描到塑料產品，電容器極板間介質改變，其介電常數ε也發生改變，從而引起電容值的變化。如果單純考慮在塑料製品表面掃描的階段，如果塑料製品內部結構均勻，則各個掃描位置的介電常數ε ,也應該一致，那麼在掃描產品時，電容測量單元的輸出信號值也將是一致的。但實際上，在對塑料製品注塑和擠塑過程中，經常由於控制不當或者其他不可控因素導致製品密度不均勻或者內部有氣泡，而這些因素都將改變所在位置塑料製品的介電常數，當電容傳感器掃描到缺陷所在位置時，其輸出電容值也將發生變化，從而可以根據該變化探測出塑料製品材質分布是否均勻，內部是否無缺陷，還可以知道該缺陷的確切位置。
實施例2基於實施例1所述的系統結構和理論基礎，下面介紹採用本發明所述掃描檢測系統對平板塑料製品的外觀尺寸進行檢查的方法(1)參見圖4，將規則的塑料板6放置於底座2支承面的檢測空位內；(2)調整運動單元1在豎直方向的高度，使移動極板4的下表面貼近塑料板6的上表面，鎖定該高度，使移動電極4隻在一個確定的水平面上運動，在本實施例中，運動單元1 的控制系統指令Z軸的步進電機調整Z軸行程使移動極板4下表面與塑料板6上表面之間的距離介於1-lOmm，然後進一步微調至l_5mm之間的某固定值，鎖定Z軸的行程；(3)鎖定X軸的行程，驅動Y軸帶動Z軸移動，使移動極板4沿經過塑料板4的路徑7-1進行線性掃描，在該過程中電容測量單元對移動極板4和底座2組成的平板電容器間的電容值進行檢測並將電容值轉化為數位訊號輸出，記錄輸出信號值與路徑坐標的對應關係得到本次掃描的輸出信號-行程曲線。在以上過程中，電容器的電容值為
權利要求
1.一種電容式塑料製品掃描檢測系統，包括可定位於設定空間任意一點的運動單元、 用於掃描檢測的電容器和用於接收和轉換信號的電容測量單元，其特徵在於，所述運動單元的定位點設置有移動極板作為電容器的一個極，與移動極板相對的方向設置有用於放置塑料製品的底座作為電容器的另一極，兩極之間設置有檢測空位，所述移動極板和底座分別設置有與電容測量單元相連的導線，所述電容測量單元包括順序連接的信號轉換模塊，用於連接電容器兩極板引出的導線，並將電容轉化為通用模擬量輸出；模數轉換模塊，用於將上述通用模擬量轉化為數位訊號； 採集模塊，用於採集模數轉換模塊輸出的數位訊號。
2.如權利要求1所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述信號轉換模塊將電容器的電容值轉化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈一一映射關係。
3.如權利要求2所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述信號轉換模塊將電容器的電容值轉化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈線性關係。
4.如權利要求1所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述運動單元包括相互正交的三條運動軸和用於控制三條運動軸運動狀態的控制系統。
5.如權利要求1所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述移動極板與運動單元之間設置有絕緣材料，所述底座的四周和底面設置有絕緣材料。
6.如權利要求1所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述移動極板的材質為金屬導體。
7.如權利要求6所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述移動極板的材質為不鏽鋼。
8.如權利要求1所述的電容式塑料製品掃描檢測系統，其特徵在於，所述移動極板下表面與底座上表面相互平行。
全文摘要
本發明涉及利用電容式傳感器對高分子(塑料)製品進行檢測的系統，包括可定位於設定空間任意一點的運動單元、用於掃描檢測的電容器和接收轉換信號的電容測量單元，其中運動單元的定位點設置有移動極板作為電容器的一極，與移動極板相對的方向設置有底座作為另一極，兩極之間設置有檢測空位，移動極板和底座分別設置有與電容測量單元相連的導線，實現了對塑料製品內部缺陷的無接觸檢測，克服了人工檢測的誤差和接觸式檢測對產品的損害，檢測靈敏度高；電容式傳感器配合運動單元對塑料製品進行自動掃描，實現了對產品的規格尺寸、內部一致性及不同產品間一致性的檢測，檢測結果的連續性強；同時由於運動單元可以實現自動掃描，節約了人力成本。
文檔編號G01N27/24GK102261886SQ20111010038
公開日2011年11月30日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者周峰, 姚科, 高福榮 申請人:廣州市香港科大霍英東研究院