CN103913136B - 一种超声波纸张测厚装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波纸张测厚装置，其特征在于该包括支架、罐体、上超声波探头、下超声波探头、罐体上盖、半球阀、活动销、弹簧、带滑槽支架、左电磁铁、右电磁铁、限位销、圆柱管、上盖、测量端面、绕纸轴和上支架。本发明在测量过程中，超声波探头一直处于液体中，超声波频率高，测量结果精度高。超声波纸张测厚装置测量端位于绕纸轴下端，这样会大幅减少下超声波探头上下移动导致罐体内部液体扰动对测量结果的不利影响，同时可以使系统重心降低，增加系统的稳定性。超声波纸张测厚装置的机械结构简单，制作成本低，测量精度高，工作可靠。
Description
技术领域
本发明涉及超声波测距技术，具体是一种用于测量纸张类产品厚度的超声波测厚装置。
背景技术
纸张作为生活、工作中不可或缺的消耗品，它的质量检测一直是一个比较重要的问题。由于纸张的厚度一般较薄，而且由于纸张的某些特性，例如纤维分布不均匀、空隙间隙多、易受到外力变形、不能浸入液体等，对测量工作造成很大的难度。对于厚度测量，传统的测量方式分为接触式测量和非接触式测量两类。目前的纸张厚度检测，一般采用非接触式方式。而非接触方式又分为超声波测量原理测厚、涡流效应原理测厚和霍尔原理测厚等。
对于非接触式的超声波测厚，利用回波检测原理，通过计算有纸、无纸两种状态下的回波时间差来计算纸张厚度；对于涡流效应测厚，则是将纸张缠绕于精度很高的轴上，利用检测涡流原理产生的磁感线穿过纸张后的电磁损失来计算纸张厚度。而对于接触式测量，一般用于板材、钢材、管道的厚度测量，利用的是超声波在不同介质传播时的衰减特性，将测量头按压于被测表面，有时为了提高测量精度还要在被测表面涂抹耦合剂，以减少超声波在空气中的衰减，通过检测超声波在被测物体中的回波来计算板材或管道的厚度。
对于非接触式测量方法：(1)超声波回波测量原理的精度有限。超声波由于受到接收盲区、超声波在不同介质频段不同，衰减不同的影响，无法发挥出最佳的精度。(2)涡流原理虽然能够提高测量精度，但是由于测量原理的原因，对绕纸轴的表面精度要求很高，造价很高，不利于工业推广使用。
对于接触式测量方法：对于板材、管道壁厚的测量，往往需要在测量表面涂抹耦合剂，以降低超声波在空气中的衰减。很显然，纸张的测厚不适合这种方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是：提供了一种超声波纸张测厚装置。该测厚装置具有结构简单，具有测量精度高，成本较低，加工要求较低等特点。
本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计了一种超声波纸张测厚装置。该测厚装置包括支架、罐体、上超声波探头、下超声波探头、罐体上盖、半球阀、活动销、弹簧、带滑槽支架、左电磁铁、右电磁铁、限位销、圆柱管、上盖、测量端面、绕纸轴和上支架。
所述罐体置于支架上；上超声波探头安装在罐体底部；罐体内部装有液体；罐体上盖的下端有一个向下凸出的圆台，圆台中间有一与半球阀相配合的球形孔，罐体上盖与罐体通过其下端的圆台连接在一起；下超声波探头与半球阀的下部相连接，并通过罐体上盖的球形孔进入罐体内部的液体中；半球阀的上部与圆柱管相连接；带滑槽支架与罐体上盖相连接；活动销穿过圆柱管的销孔，并且活动销的两端置于带滑槽支架的滑槽中；限位销中部带有圆柱孔，圆柱管通过限位销的圆柱孔与限位销连接；限位销的两端与带滑槽支架相连接；弹簧套在圆柱管外部，并且置于限位销和活动销之间；上盖中部带有圆柱孔，圆柱管通过上盖的圆柱孔穿过上盖，上盖与支架相连接；左电磁铁和右电磁铁的上部与上盖相连接，左电磁铁和右电磁铁的下部与活动销的两端相连接；测量端面与圆柱管的上部相连接；绕纸轴通过支架上的轴承与支架相连接，置于测量端面的正上方；上支架与支架的上端相连接。
本发明所述的液体是能够传递超声波的液体介质，优选是水或者油。
本发明实施例所述的电磁铁是推拉式电磁铁。推拉式电磁铁可以在通电时产生拉力，带动电磁铁的自由端做收缩的动作。
所述的超声波探头为分体式超声波探头。分体式探头分为发射探头和接受探头。由发射探头发射超声波，由接收探头接收超声波信号。
与现有技术相比，本发明测厚装置的有益效果是：
1、在测量过程中，超声波探头一直处于液体中，超声波频率高，测量结果精度高。
2、由于半球阀结构和弹簧的设计，可以使测厚装置在非工作状态下，罐体处于密封状态，不会因为运输或其他外界条件的影响而造成罐体内部液体泄漏。
3、在限位销与活动销之间的圆柱管外部设计有弹簧，可以在运动过程中减缓测量端面对绕纸轴的冲击，防止在频繁工作条件下，绕纸轴被测量端面冲弯，影响精度。
4、在每次工作时，总是先测量绕纸轴上无纸时的距离S1，再等纸张到来后，再次测量其距离S2，这样使每次测量都是差动式测量，减少系统误差的影响，进一步提高了测量精度。
5、超声波纸张测厚装置测量端位于绕纸轴下端，这样会大幅减少下超声波探头上下移动导致罐体内部液体扰动对测量结果的不利影响，同时可以使系统重心降低，增加系统的稳定性。
6、超声波纸张测厚装置的机械结构简单，制作成本低，测量精度高，工作可靠。
附图说明
图1是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的装置整体主视结构示意图；
图2是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的罐体上盖俯视结构示意图；
图3是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的罐体上盖主视结构示意图；
图4是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的支架俯视结构示意图；
图5是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的带滑槽支架左视结构示意图；
图6是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的限位销俯视结构示意图；
图7是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的圆柱管主视结构示意图；
图8是本发明超声波纸张测厚装置一种实施例的上盖俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图对本发明方法做进一步说明。
本发明设计的超声波纸张测厚装置(简称测厚装置，参见图1-7)，包括支架1、罐体2、上超声波探头3、下超声波探头4、罐体上盖6、半球阀7、活动销8、弹簧9、带滑槽支架10、左电磁铁11、右电磁铁12、限位销13、圆柱管14、上盖15、测量端面16、绕纸轴17和上支架18。
所述的罐体2置于支架1上；上超声波探头3安装在罐体2底部；罐体2内部装有液体5；罐体上盖6的下端有一个向下凸出的圆台61，圆台61中间有一与半球阀7相配合的球形孔62，罐体上盖6与罐体2通过其下端的圆台61连接在一起；下超声波探头4与半球阀7的下部相连接，并通过罐体上盖6的球形孔62进入罐体内部的液体5中；半球阀7的上部与圆柱管14相连接；带滑槽支架10与罐体上盖6相连接；活动销8穿过圆柱管14的销孔141，并且活动销8的两端置于带滑槽支架10的滑槽中；限位销13中部带有圆柱孔131，圆柱管14通过限位销13的圆柱孔131与限位销13连接；限位销13的两端与带滑槽支架10相连接；弹簧9套在圆柱管14外部，并且置于限位销13和活动销8之间；上盖15中部带有圆柱孔151，圆柱管14通过上盖15的圆柱孔151穿过上盖15，上盖15与支架1相连接；左电磁铁11和右电磁铁12的上部与上盖15相连接，左电磁铁11和右电磁铁12的下部与活动销8的两端相连接；测量端面16与圆柱管14的上部相连接；绕纸轴17通过支架1上的轴承与支架1相连接，置于测量端面16的正上方；上支架18与支架1的上端相连接。
本发明所述的液体是能够传递超声波的液体介质，优选是水或者油。
本发明实施例所述的电磁铁为推拉式电磁铁。推拉式电磁铁可以在通电时产生拉力，带动电磁铁的自由端做收缩的动作。
所述的超声波探头为分体式超声波探头。分体式探头分为发射探头和接受探头。由发射探头发射超声波，由接收探头接收超声波信号。
本发明测厚装置的工作原理和过程是：在测厚装置非工作状态时，穿在圆柱管14上的弹簧9在限位销13和活动销8的共同作用下处于略压缩状态，左电磁铁11和右电磁铁12断电，处于原长状态，测量端面16与绕纸轴17保持有一小段距离。
测厚装置开始工作时，分为两个阶段：
第一阶段，未安装测量纸张时，为了实现差动测量，控制左电磁铁11和右电磁铁12通电，由于活动销8的作用，使得圆柱管14靠带滑槽支架10上的滑槽沿接近绕纸轴17的方向运动，半球阀7离开罐体上盖6上的球形孔62，罐体2开放，同时圆柱管14内的弹簧9受到压力收缩，这样减缓了测量端面16对绕纸轴17的冲击，使得测量端面16与绕纸轴17接触，此时，上超声波探头3工作，发射一段有限个数的脉冲，经另一端的下超声波探头4接收后，取第3个脉冲作为测量脉冲，测得距离S1，将该数据存储后，控制左电磁铁11和右电磁铁12断电，此时在圆柱管14上的弹簧9反作用力的作用下，带动圆柱管14回到原位，半球阀7再次压紧球形孔62，罐体2恢复密封。
第二阶段，纸张绕到绕纸轴17上后，控制左电磁铁11和右电磁铁12通电，在活动销8的作用下带动圆柱管14向上移动，使得测量端面16接触绕有纸张的绕纸轴17，同时，上超声波探头3工作，发射一段有限个数的脉冲，经另一端的下超声波探头4接收后，取第3个脉冲作为测量脉冲，测得距离S2；将该数据存储后，控制左电磁铁11和右电磁铁12断电，测量端面16归位。
然后将S＝S1-S2作为最后的结果输出，该输出值即为所测纸张的厚度。
本发明测厚装置虽为测量纸张厚度而设计，但其完全适用于如塑料薄膜、布匹等类似产品的厚度测量。测厚的范围一般为0-2mm。
Claims (5)
1.一种超声波纸张测厚装置，其特征在于所述的超声波纸张测厚装置包括支架、罐体、上超声波探头、下超声波探头、罐体上盖、半球阀、活动销、弹簧、带滑槽支架、左电磁铁、右电磁铁、限位销、圆柱管、上盖、测量端面、绕纸轴和上支架；
所述罐体置于支架上；上超声波探头安装在罐体底部；罐体内部装有液体；罐体上盖的下端有一个向下凸出的圆台，圆台中间有一与半球阀相配合的球形孔，罐体上盖与罐体通过其下端的圆台连接在一起；下超声波探头与半球阀的下部相连接，并通过罐体上盖的球形孔进入罐体内部的液体中；半球阀的上部与圆柱管相连接；带滑槽支架与罐体上盖相连接；活动销穿过圆柱管的销孔，并且活动销的两端置于带滑槽支架的滑槽中；限位销中部带有圆柱孔，圆柱管通过限位销的圆柱孔与限位销连接；限位销的两端与带滑槽支架相连接；弹簧套在圆柱管外部，并且置于限位销和活动销之间；上盖中部带有圆柱孔，圆柱管通过上盖的圆柱孔穿过上盖，上盖与支架相连接；左电磁铁和右电磁铁的上部与上盖相连接，左电磁铁和右电磁铁的下部与活动销的两端相连接；测量端面与圆柱管的上部相连接；绕纸轴通过支架上的轴承与支架相连接，置于测量端面的正上方；上支架与支架的上端相连接。
2.根据权利要求1所述的超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述的电磁铁是推拉式电磁铁。
3.根据权利要求1所述的超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述的超声波探头是分体式超声波探头。
4.根据权利要求1所述的超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述的液体是水或者油。
5.权利要求1-4中任意一项所述的超声波纸张测厚装置在厚度测量方面的应用，其特征在于用于塑料薄膜或布匹产品的厚度测量。
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