CN101579908B - 压延机在线测厚装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压延机在线测厚装置；传统的在现场应用百分表、千分尺人工测量方法，费时费力且准确性差，本发明应用光学测控原理，将二次微分电路提取平行光在CCD光敏面上的成像边缘，再转换为窄方波信号输出经计算机处理得出被测量压延制品厚度，可实施对被测压延制品的任意在线厚度测量。本发明由支座、被测压延制品、导向辊轮、传感器装置、导轨、滑块、滚珠丝杆、伺服电机和变频电机组成，本发明的积极效果在于：性能稳定、测量效率高，不但减轻了劳动强度，而且测量准确，精度误差在5μm之内、实现了测量系统的自动化和集成化。
Description
技术领域
本发明涉及一种压延机设备，特别是涉及压延机的压延品生产过程中的在线测量厚度的一种测量装置。
背景技术
压延机是橡胶、塑料行业中广泛应用的成型机械，广泛用于塑料薄膜、胶带、胶布、地板革等产品的生产。产品厚度的准确性和稳定性是衡量压延机性能的重要指标，该指标不合格不仅影响产品质量，而且会造成原材料大量浪费。因此，在线测厚装置已成为压延机生产中不可缺少的重要部分。
传统的工业现场应用的方法主要有基于百分表、千分尺等手动测量工具的人工测量方法，或γ、β射线式测厚法等。人工测量方法测量效率低，测量点少，很难全面考察产品的厚度分布情况；射线式测厚仪成本高，维修困难，且使用放射源对环境会带来严重污染，辐射材料可能对人体健康产生不良影响；当产品材料发生改变或温度、湿度等环境因素发生改变时，会严重影响其测量的准确性。
发明内容
为了解决上述人工测量及现有自动测量都存在的问题，克服现有技术的不足，提供一种测量准确、工作效率高，不影响人体健康及不污染环境的压延机在线测厚装置是本发明的目的所在。本发明的技术方案是采用光学测量原理再结合其它系统，组成一种光学方式的压延机在线测厚装置。本发明的技术方案的原理是采用一种测控系统的设计原理，压延机在线测厚系统为现场分布式，系统总体设计中，引入虚拟仪器设计思想，采用USB、RS485总线通讯方式将各个模块连接起来组成虚拟仪器测控系统；在各个模块的局部设计中应用单片机技术，构建功能相对独立，又能与主计算机进行交互通讯的智能信息处理。传感器数据采集模块功能：采集线阵CCD信号，将其转换为反映厚度变化的数字信号；通过RS485总线实现与上位PC机的交互通讯。设计中采用单片机作为模块信息采集和控制的核心。传感器选用TCD1208AP双沟道线阵CCD器件，配备有专用CCD驱动电路。为提高CCD测量系统的测量精度和响应速度，驱动电路的输出选用模拟量输出方式，采用二次微分电路提取平行光在CCD光敏面上的成像边缘，并将其转换为窄方波信号输出。CCD驱动电路的行扫描信号FC和反映成像边缘的脉冲信号UO。FC下降沿与UO上升沿间的距离即反映平行光在CCD表面。
本发明的技术方案是通过如下的技术措施来具体实现的，一种将虚拟仪器技术、现场总线技术、单片机技术应用于压延机产品在线厚度测量系统的压延机在线测厚装置，其特征在于它的主要组成部分由：支座、被测压延制品、导向辊轮、传感器装置、导轨、滑块、滚珠丝杆、伺服电机和变频电机组成，所述的传感器装置是本发明核心部件，它包括光学系统、CCD传感器、测控系统、传感器数据采集模块、二维坐标采集模块、数据通讯模块、虚拟仪器软件模块、系统标定及实验结果、其中，光学系统：采用基于双分离消色差透镜的准直、成像系统，光源采用亮度等于或高于10坎德拉的高亮度LED冷光源，以保证被测压制品边缘成像清晰、稳定；CCD传感器：作为测厚传感器装置的测头CCD传感器安装在导轨两侧的滑块下端，滑块上端与滚珠丝杆可相对活动的弹性连接，两侧滑块的中部与导轨滑动连接，滑块在导轨上滑动时不允许有左右晃动和上下窜动，两侧滑块下端的测头是一对CCD传感器，一侧测头发射、另一侧测头接收，测量时，一侧测头发射集束的高亮度LED冷光源，切线方向穿过导向辊轮上的被测压延制品，另一侧测头接收穿过导向辊轮上被测压延制品后的光线信号，经计算机处理得出被测量压制品厚度。由伺服电机驱动滚珠丝杆使滑块上的测头CCD传感器在x方向作往复运动，由变频电机驱动导向滚轮，控制被测压延制品在y方向的运行。测量时，由计算机控制伺服电机的运行状态，同时记录滑块上的测头CCD传感器测得的被测压延制品厚度值以及当前厚度值的x、y位置坐标。通过测头测出的数据，经过计算机运算，最后打印记录，这一系列动作都一次性自动完成。整个测厚装置固定于支座上，被测压延制品经过导向辊轮被传感器装置中的测头测量，通过传感器内部的感测系统来完成一个测量工作。传感器装置由导轨带动沿被测压制品作横向移动，由导向辊轮带动被测压延制品作纵向移动，可实施对被测压延制品的任意在线测量厚度。
本发明适用的被测压延制品范围为：厚度0.1mm～0.5mm；宽度1～5.5M。
本发明的生产速度为100～200M/min；导轨的平直度必须控制在0.007mm以内。本发明的移动负荷在10kg以下。
本发明的积极效果在于，大大提高了生产效率，减少了环境污染，减轻了对人体健康的伤害，且避免了受环境影响而影响产品质量。基于线阵CCD传感器的光学投影法实现了对产品厚度的准确测量；将虚拟仪器技术、现场总线技术、单片机技术应用于压延机产品在线厚度测量系统，实现了测量系统的自动化和集成化；实验表明该测厚系统具有测量准确(精度误差在5μm之内)、性能稳定、效率高等优点，为压延机产品在线测厚提供了一种有效测量手段。
附图说明
图1是本发明压延机在线测厚装置结构示意图；
图2是本发明的测量原理图。
在图中：1、支座；2、被测压延制品；3、导向辊轮；4、传感器装置；5、导轨；6、滑块；7、滚珠丝杆；8、饲服电机；9、变频电机。
具体实施方式
下面结合实施例和附图1、附图2对本发明作进一步说明：
本实施例是一种将虚拟仪器技术、现场总线技术、单片机技术应用于压延机产品在线厚度测量系统的压延机在线测厚装置，本实施例适用的被测压延制品范围为：厚度0.1mm～0.5mm；宽度1～5.5M。压延机的生产速度为100～200M/min；本实施例的移动负荷在10kg以下。
本实施例的装置由支座1、被测压延制品2、导向辊轮3、传感器装置4、导轨5、滑块6、滚珠丝杆7、伺服电机8和变频电机9组成，所述的传感器装置4是本实施例核心部件，它包括光学系统、CCD传感器、测控系统、传感器数据采集模块、二维坐标采集模块、数据通讯模块、虚拟仪器软件模块、系统标定及实验结果、其中，光学系统：采用基于双分离消色差透镜的准直、成像系统，光源采用亮度等于或高于10坎德拉的高亮度LED冷光源，以保证被测压延制品2边缘成像清晰、稳定；采CCD传感器：作为测厚传感器装置4的测头CCD传感器安装在导轨5两侧的滑块6下端，滑块6上端与直径与长度为M35×3000L的滚珠丝杆7可相对活动的弹性连接，两侧滑块6的中部与型号与长度为MSA35×3045L的导轨5滑动连接，滑块6在导轨5上滑动时不允许有左右晃动和上下窜动，所以导轨5的平直度必须控制在0.007mm以内。两侧滑块6下端的测头是一对CCD传感器，一侧测头发射、另一侧测头接收，测量时，一侧测头发射集束的高亮度LED冷光源，切线方向穿过直径和长度为
的导向辊轮3上的被测压延制品2，另一侧测头接收穿过导向辊轮3上被测压延制品2后的光线信号，经计算机处理得出被测量压制品2厚度。由型号为HC-MF3、100W的伺服电机8驱动滚珠丝杆7使滑块6上的测头CCD传感器在x方向作往复运动，由专用的型号为1.5KW×4P的AC立式变频电机9和型号为GVM-32-1.5KW的减速机配合驱动导向滚轮3，控制被测压延制品2在y方向的运行。测量时，由计算机控制伺服电机8的运行状态，同时记录滑块6上的测头CCD传感器测得的被测压延制品2厚度值以及当前厚度值的x、y位置坐标。通过测头测出的数据，经过计算机运算，最后打印记录，这一系列动作都一次性自动完成。整个测厚装置固定于支座1上，被测压延制品2经过导向辊轮3被传感器装置4中的测头测量，通过传感器内部的感测系统来完成一个测量工作。传感器装置4由导轨5带动沿被测压延制品2作横向移动，由导向辊轮3带动被测压延制品2作纵向移动，可实施对被测压延制品2的任意在线测量厚度。本实施例的厚度测量精度的误差在5μm之内。
Claims (4)
1.一种将虚拟仪器技术、现场总线技术、单片机技术应用于压延机产品在线厚度测量系统的压延机在线测厚装置，其特征在于它的主要组成部分由：支座、被测压延制品、导向辊轮、传感器装置、导轨、滑块、滚珠丝杆、伺服电机和变频电机组成，所述的传感器装置包括光学系统、CCD传感器、测控系统、传感器数据采集模块、二维坐标采集模块、数据通讯模块、虚拟仪器软件模块、系统标定及实验结果；其中，光学系统：采用基于双分离消色差透镜的准直、成像系统，光源采用亮度等于或高于10坎德拉的高亮度LED冷光源，以保证被测压延制品边缘成像清晰、稳定；CCD传感器：作为测厚传感器装置的测头CCD传感器安装在导轨两侧的滑块下端，滑块上端与滚珠丝杆之间是可相对活动的弹性连接，两侧滑块的中部与导轨是滑动连接，滑块在导轨上滑动时不允许有左右晃动和上下窜动，两侧滑块下端的测头是一对CCD传感器，一侧测头发射、另一侧测头接收，测量时，一侧测头发射集束的高亮度LED冷光源，切线方向穿过导向辊轮上的被测压延制品，另一侧测头接收穿过导向辊轮上被测压延制品后的光线信号，经计算机处理得出被测量压延制品厚度；由伺服电机驱动滚珠丝杆使滑块上的测头CCD传感器在x方向作往复运动，由变频电机驱动导向滚轮，控制被测压延制品在y方向的运行；测量时，由计算机控制伺服电机的运行状态，同时记录滑块上的测头CCD传感器测得的被测压延制品厚度值以及当前厚度值的x、y位置坐标；通过测头测出的数据，经过计算机运算，最后打印记录，这一系列动作都一次性自动完成；整个测厚装置固定于支座上，被测压延制品经过导向辊轮被传感器装置中的测头测量，通过传感器内部的感测系统来完成一个测量工作；传感器装置由导轨带动沿被测压延制品作横向移动，由导向辊轮带动被测压延制品作纵向移动，可实施对被测压延制品的任意在线测量厚度。
2.根据权利要求1所述的压延机在线测厚装置，其特征在于所述的测厚装置适用的被测压延制品范围为：厚度0.1mm～0.5mm；宽度1～5.5m。
3.根据权利要求1所述的压延机在线测厚装置，其特征在于所述的测厚装置适用压延机的生产速度为100～200m/min。
4.根据权利要求1所述的压延机在线测厚装置，其特征在于所述的导轨的平直度必须控制在0.007mm以内。
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