CN104655031B - 光机电在线测控教学创新实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光机电在线测控教学创新实验平台及其实验方法，该平台包括C型扫描机构和激光传感器部分、三维调节机构和CCD相机部分、被测物检测薄铝板平台部分、下位机控制显示部分。该平台模拟被测物在线生产和在线检测厚度和表面缺陷的工业现场，结合光学检测、机械控制、单片机控制电路、下位机控制和显示、数字信号处理和软件人机界面的实现等知识点，适用学生在实验室条件下模拟被测物静态和动态检测，具有低成本、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举的优点。
Description
技术领域
本发明属于测量控制领域，特别是一种基于光学检测、机械控制、电子信息的在线测控教学创新实验平台。
背景技术
传统锂电池薄膜厚度的测量采用诸如人工测量、射线射法和超声波测量而薄膜表面缺陷检测常采用人工视目检测。由于激光传感器和CCD传感器属于非接触性测量、体积小，便于集成，对安装环境要求低，不需要安全保护措施，测量精度高且可以在线实时测量，已经成为薄膜厚度和表面缺陷检测的主流。光机电在线测控教学创新实验平台基于激光传感器三角测量和CCD数字图像处理原理，应用于在锂电池生产中可以极大的提高行业技术和生产效率，同时也可推动和促进如钢材、布匹、太阳能电池硅片、包装和极片等相关领域的在线测量检测手段。
近年来，随着光电研究和光电专业的逐渐兴起，对于光电相关专业课程诸如信号分析与处理、工程光学、误差理论与数据处理、控制工程、传感器原理与应用、机电检测技术、计算机控制技术、测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术、光电显示技术和机器视觉技术等理论的学习，由于理论复杂、实践性强、有限的实践时间和单一的实践平台，使学生缺乏感性认识，难以理解讲授的理论知识，不能从整体上融合上述专业知识。鉴于上述原因，经多年研究和积累，结合为企业锂电池薄膜生产线所开发的测控设备，开发了在线检测的光机电综合测控实验平台，用于提高教学质量和培养创新型人才。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光机电在线测控教学创新实验平台，该平台模拟被测物在线生产和在线检测厚度和表面缺陷的工业现场，结合光学检测、机械控制、单片机控制电路、下位机控制和显示、数字信号处理和软件人机界面的实现等知识点，适用学生在实验室条件下模拟被测物静态和动态检测，具有低成本、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举的优点。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
光机电在线测控教学创新实验平台，包括C型扫描机构和激光传感器部分、三维调节机构和CCD相机部分、被测物检测薄铝板平台部分、下位机控制显示部分；
所述C型扫描机构和激光传感器部分，外围框架上较高的部分为第二桌面，第一工业机器人固定于第二桌面上，第一工业机器人的一端为步进电机，步进电机连接联轴器和丝杆，另一端由轴承支撑座固定，丝杆上安放滑块，滑块上端设置C型扫描机构，C型扫描机构前端内部分别安装上激光传感器和下激光传感器，上激光传感器由C型扫描机构支撑固定，下激光传感器可实现三维调节，上激光传感器和下激光传感器的一端数据线经C型扫描机构内部延伸至后端，并延伸至外围框架的箱体内侧的驱动电路板，在第一工业机器人前后两侧各安装两个第二限位开关，步进电机带动丝杆转动，滑块在丝杆带动下前后平移，滑块接触到第二限位开关时，停止滑动，并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述三维机械调节机构包括分别沿X轴、Y轴和Z轴方向的X轴调节机构、Y轴调节机构、Z轴调节机构，三组调节机构的构造相同，Z轴调节机构安装在C型扫描机构一侧，Z轴调节机构的上端为步进电机，步进电机连接联轴器，联轴器和支撑座连接丝杆的一端，丝杆的另一端连接轴承支撑座，丝杆上安装滑块，X轴调节机构的支撑座一端连接于Z轴调节机构的滑块位置，Y轴调节机构的支撑座一端连接于X轴调节机构的滑块位置，三维调节机构数据线与控制电路和计算机串口通信连接，自动调焦CCD相机固定于Y轴调节机构的滑块位置，CCD相机数据线和计算机USB口通信连接；
所述被测物检测平台部分，外围框架上部较低部分表面为第一桌面，第二工业机器人固定于第一桌面上，第二工业机器人上面固定支撑架，支撑架上面放置平台，平台中央呈十字形孔状，第二工业机器人一侧固定连接板，连接板与光栅尺固定，另一侧安装两个第一限位开关，步进电机带动丝杆转动，滑块在丝杆上带动支撑架、平台、连接板、光栅尺前后平移，滑块接触到第一限位开关时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述下位机控制显示部分，下位机为具有液晶显示的控制电路，用于控制并显示平台的位置、反复运动的速度，具体包括光机电在线测控教学创新实验平台控制面板、扫描机构传动速度控制面板和实时显示面板。
权利要求1所述光机电在线测控教学创新实验平台的实验方法，包括如下步骤：
1)首先开启计算机装置，同时接通控制箱的电源，将被测目标物放在平台上；
2)打开人机界面，在光机电在线测控教学创新实验平台控制面板，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色；在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描，静态扫描选项设定扫描位置，C型扫描机构移动至该位置并开始测量，动态扫描选项设定移动速度，C型扫描机构的移动扫描并测量。
3)实时显示面板，设定测量值上下限，查看光机电在线测控装置中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。
本发明的有益效果如下：
该平台模拟被测物在线生产和在线检测厚度和表面缺陷的工业现场，结合光学检测、机械控制、单片机控制电路、下位机控制和显示、数字信号处理和软件人机界面的实现等知识点，适用学生在实验室条件下模拟被测物静态和动态检测，具有低成本、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举的优点。
附图说明
下面结合附图和实施对本发明进一步说明。
图1是本发明光机电在线测控教学创新实验平台的正面轴测图；
图2是本发明中被测物平台的结构示意图；
图3是本发明光机电在线测控教学创新实验平台的背面轴测图；
图4是本发明中工业机器人的结构示意图。
图中：1、C型扫描机构；2、上激光传感器；3、下激光传感器；4、平台；5、第二工业机器人；6、连接板；7、光栅尺；8、下位机9、外围框架；10、箱体内侧；11、第二桌面；12、第一工业机器人；13、坦克链；14、第二限位开关；15、数据线；16、控制电路；17、驱动电路板一；18、驱动电路板二；19、电动机和驱动电路的开关电源；20、激光传感器的供电电源；21、第一桌面；22、支撑架；23、X轴调节机构；24、自动调焦CCD相机；25、Y轴调节机构；26、Z轴调节机构；27、第一限位开关；28、步进电机；29、支撑座；30、联轴器；31、丝杆；32、滑块；33、轴承支撑座。
具体实施方式
一种光机电在线测控教学创新实验平台，包括：检测平台、C型扫描机构、激光传感器、CCD传感器、工业机器人、被测物平台、下位机测控数显系统、电子测控系统和上位机监控系统等组成。
步骤1：如图一、图二、图三所示，所述的装置由下列部分构成
步骤1.1C型扫描机构和激光传感器部分
外围框架9由铝型材制成。外框架较高部分表面为大理石第二桌面11，第一工业机器人12固定于大理石第二桌面11。第一工业机器人12其一端为步进电机28连接联轴器30和丝杆31，另一端由轴承支撑块33固定。丝杆31上端安放滑块32。滑块32上端为C型扫描机构1，C型扫描机构1前端内部安装上下激光传感器2、3，上激光传感器2由C型扫描机构1支撑固定，下激光传感器3可以实现三维调节，激光传感器2、3的一端数据线15经C型扫描机构1内部到后端通过坦克链13至外围框架箱体内侧10驱动电路板17、18。在第一工业机器人12前后两侧各安装2个第二限位开关14。步进电机28带动丝杆31转动，滑块32在丝杆31带动下前后平移，滑块32接触到第二限位开关14时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动。
步骤1.2三维调节机构和CCD相机部分
三维机械调节机构分X轴、Y轴和Z轴方向，三组调节机构构造相同。
Z轴调节机构26安装在C型扫描机构1一侧。Z轴调节机构26由步进电机28和型材构成，步进电机28接联轴器30，联轴器30和支撑座29连接丝杆31的一端，丝杆31另一端连接支撑座33。丝杆31上安装滑块32。X轴调节机构23的支撑座一端连接于Z轴调节机构26的滑块位置，Y轴调节机构25的支撑座一端连接于X轴调节机构23的滑块位置。三维调节机构数据线接控制电路和计算机串口通信连接。
自动调焦CCD相机24固定于Y轴调节机构25的滑块。CCD相机数据线和计算机USB口通信连接。
步骤1.3被测物检测薄铝板平台部分
外框架较低部分表面为大理石第一桌面21，第二工业机器人5固定于大理石第一桌面21上，第二工业机器人5上面固定由铝型材制成的支撑架22，支撑架22上面放置薄铝板平台4，薄铝板平台4中央呈十字形孔状，第二工业机器人一侧固定连接板6，连接板6与光栅尺7固定，另一侧安装两个第一限位开关27，步进电机28带动丝杆31转动，滑块32在丝杆31带动支撑架22、薄铝板平台4、连接板6、光栅尺7前后平移，滑块32接触到第一限位开关27时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动。
步骤1.4下位机控制显示部分
下位机8为具有液晶显示的控制电路，可以控制并显示薄铝板平台的位置、反复运动的速度。
步骤2：所述的检测平台控制柜由下列部分构成
驱动电路板主要由单片机和外围电路组成，其主要实现激光传感器的数据采集、格式转化和传输。驱动电路数据一端来自于坦克链的上、下激光传感器数据，另一端来自于计算机串口COM2、3。控制电路16主要由单片机和外围电路组成，其主要功能为控制C型扫描机构1的移动和移动速度，控制电路数据一端来自于第一工业机器人12和第二限位开关14，另一端来自于计算机串口COM4。
步骤3：所述的人机界面分三个面板由下列部分构成
光机电在线测控教学创新实验平台控制面板、扫描机构传动速度控制面板和实时显示面板。
所述光机电在线测控综合测控装置的教学创新实验方法为顺次如下:
(1)首先开启计算机装置，同时接通控制箱的电源，将被测目标物放在薄铝板平台；
(2)打开人机界面，在光机电在线测控教学创新实验平台控制面板，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色。在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描。静态扫描选项设定扫描位置，C型扫描机构移动至该位置并开始测量；动态扫描选项设定移动速度，C型扫描机构的移动扫描并测量。
(3)实时显示面板，设定测量值上下限，查看光机电在线测控装置中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。
本发明为光机电在线测控教学创新实验平台，其包括激光传感器采集装置、CCD传感器、C型扫描机构、检测平台、驱动电路、控制电路和人机界面。激光传感器采集装置同带有计算机人机界面、驱动电路、控制电路和计算机串口相通信连接，上激光传感器由C型扫描机构支撑固定，下激光传感器可以实现三维调节，在激光测量范围内，软件设置C型扫描机构的运动状态、下位机设置检测平台的运动状态，用来模拟被测物生产线和在线测厚。CCD传感器由三维调节机构控制，CCD传感器采集装置同带有计算机人机界面和计算机USB口通信连接，三维调节机构由带有计算机人机界面、控制电路和计算机串口通信连接，在机器视觉检测范围内，软件设置下位机设置检测平台的运动状态，用来模拟被测物生产线和在线缺陷检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.光机电在线测控教学创新实验平台，其特征在于：包括C型扫描机构和激光传感器部分、三维调节机构和CCD相机部分、被测物检测薄铝板平台部分、下位机控制显示部分；
所述C型扫描机构和激光传感器部分，外围框架(9)上较高的部分为第二桌面(11)，第一工业机器人(12)固定于第二桌面(11)上，第一工业机器人(12)的一端为步进电机(28)，步进电机(28)连接联轴器(30)和丝杆(31)，另一端由轴承支撑座(33)固定，丝杆(31)上安放滑块(32)，滑块(32)上端设置C型扫描机构(1)，C型扫描机构(1)前端内部分别安装上激光传感器(2)和下激光传感器(3)，上激光传感器(2)由C型扫描机构(1)支撑固定，下激光传感器(3)可实现三维调节，上激光传感器(2)和下激光传感器(3)的一端数据线(15)经C型扫描机构(1)内部延伸至后端，并延伸至外围框架(9)的箱体内侧(10)的驱动电路板，在第一工业机器人(12)前后两侧各安装两个第二限位开关(14)，步进电机(28)带动丝杆(31)转动，滑块(32)在丝杆(31)带动下前后平移，滑块(32)接触到第二限位开关(14)时，停止滑动，并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述三维调节机构包括分别沿X轴、Y轴和Z轴方向的X轴调节机构(23)、Y轴调节机构(25)、Z轴调节机构(26)，三组调节机构的构造相同，Z轴调节机构(26)安装在C型扫描机构(1)一侧，Z轴调节机构(26)的上端为步进电机(28)，步进电机(28)连接联轴器(30)，联轴器(30)和支撑座(29)连接丝杆(31)的一端，丝杆(31)的另一端连接轴承支撑座(33)，丝杆(31)上安装滑块(32)，X轴调节机构(23)的支撑座一端连接于Z轴调节机构(26)的滑块位置，Y轴调节机构(25)的支撑座一端连接于X轴调节机构(23)的滑块位置，三维调节机构数据线与控制电路(16)和计算机串口通信连接，自动调焦CCD相机(24)固定于Y轴调节机构(25)的滑块位置，CCD相机数据线和计算机USB口通信连接；
所述被测物检测薄铝板平台部分，外围框架(9)上部较低部分表面为第一桌面(21)，第二工业机器人(5)固定于第一桌面(21)上，第二工业机器人(5)上面固定支撑架(22)，支撑架(22)上面放置平台(4)，平台(4)中央呈十字形孔状，第二工业机器人一侧固定连接板(6)，连接板(6)与光栅尺(7)固定，另一侧安装两个第一限位开关(27)，步进电机(28)带动丝杆(31)转动，滑块(32)在丝杆(31)上带动支撑架(22)、平台(4)、连接板(6)、光栅尺(7)前后平移，滑块(32)接触到第一限位开关(27)时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述下位机控制显示部分，下位机(8)为具有液晶显示的控制电路，用于控制并显示平台(4)的位置、反复运动的速度，具体包括光机电在线测控教学创新实验平台控制面板、扫描机构传动速度控制面板和实时显示面板。
2.权利要求1所述光机电在线测控教学创新实验平台的实验方法，包括如下步骤：
1)首先开启计算机装置，同时接通控制箱的电源，将被测目标物放在平台(4)上；
2)打开人机界面，在光机电在线测控教学创新实验平台控制面板，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色；在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描，静态扫描选项设定扫描位置，C型扫描机构移动至该位置并开始测量，动态扫描选项设定移动速度，C型扫描机构的移动扫描并测量；
3)实时显示面板，设定测量值上下限，查看光机电在线测控装置中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。
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Patent Citations (3)
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