CN106225639A - 一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法 - Google Patents

一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种普适性厚度在线测量装置，包括支架与检测器，所述检测器包括固定装置、接触式测头、光源、感光装置，所述固定装置包括遮光板与一号压力调节装置，所述遮光板的一端通过一号压力调节装置与支架相连接，遮光板的另一端与接触式测头相连接，遮光板上开设有通光孔，所述光源位于通光孔的一侧，所述感光装置位于通光孔的另一侧；使用时，先将光源打开，并记录光源照射到感光装置上形成光点的位置，再将待测物体放入检测器的下方，并再次记录光源照射到感光装置上形成光点的位置，然后计算出待测物体的厚度。本设计不仅测量精度高、适用范围广，而且使用简便、自动化程度高。

Description

一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及测量设备领域，尤其涉及一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法，主要适用于提高测量精度、扩大适用范围。
背景技术
现有厚度测量装置一般分为接触式与非接触式，常用的非接触式测量法包括光学测量法、电涡流测量法、超声波测量法等，对于接触式测量法一般应用较少，普遍认为接触式测厚装置会对待测物造成损伤，故在线测量大多采用非接触式；另外，现有厚度测量装置一般都是针对特定的测量物体而设计的，比如薄板厚度测量装置、真丝布料厚度测量装置、蓝宝石衬底厚度测量装置等，而对导电或不导电、实心或多孔、透明或不透明、厚或薄的材料都能测量其厚度的装置现有设计还未涉及。
中国专利申请公布号为CN104344787A，申请公布日为2015年2月11日的发明公开了一种纸张厚度测量计，包括工作台、支架、厚度检测盒和滚轮，工作台的一侧设有轨道，支架和轨道活动连接，工作台上设有控制面板，厚度检测盒和支架固定连接，厚度检测盒内设有红外感应器、轻质弹簧和测量杆，厚度检测盒的顶端设有第一固定杆，红外感应器和第一固定杆固定连接，红外感应器的底端设有凹槽，凹槽的开口端设有卡口，活动杆的顶端通过卡口指向凹槽的封闭端，测量杆的顶端设有感应探头，测量杆的底端和轻质弹簧顶端固定连接，轻质弹簧底端和第二固定杆固定连接，第二固定杆和滚轮活动连接。虽然该发明能测量纸张的厚度，但是其仍然存在以下缺陷：该发明采用红外感应器来感应感应探头的运动，同时将测量的结果传输到控制面板上，由于红外感应器具有精度低、方向性差的缺点，所以导致厚度的测量精度较低，同时，红外感应器测距较近的缺点，限制了它的适用范围，因此，该发明测量精度较低、适用范围较窄。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的测量精度低、适用范围窄的缺陷与问题，提供一种测量精度高、适用范围广的普适性厚度在线测量装置及其使用方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种普适性厚度在线测量装置，包括支架与检测器，所述检测器包括固定装置与接触式测头，所述固定装置的一端与支架相连接，固定装置的另一端与接触式测头相连接；
所述检测器还包括光源与感光装置，所述固定装置包括遮光板与一号压力调节装置，所述遮光板的一端通过一号压力调节装置与支架相连接，遮光板的另一端与接触式测头相连接，遮光板上开设有通光孔，所述光源位于通光孔的一侧，所述感光装置位于通光孔的另一侧。
所述感光装置为光敏材料阵列构成的感光板。
所述感光装置为光敏电阻阵列构成的感光板或者光敏二极管阵列构成的感光板。
所述光源为点光源或激光。
所述接触式测头包括滚轮支架与滚轮，所述滚轮支架为倒U型结构，滚轮支架与遮光板相连接，滚轮支架的内部安装有滚轮轴承，所述滚轮套设在滚轮轴承上。
所述接触式测头包括杆体与凸头，所述杆体的一端与遮光板相连接，杆体的另一端与凸头的端面相连接。
所述遮光板与接触式测头之间设置有二号压力调节装置，二号压力调节装置的一端与遮光板相连接，二号压力调节装置的另一端与接触式测头相连接。
所述一号压力调节装置为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置；所述二号压力调节装置为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置。
所述支架上均匀安装有多个检测器。
一种普适性厚度在线测量装置的使用方法，所述使用方法依次包括以下步骤：
先将光源打开，此时，光源发出的光经通光孔后照射到感光装置上形成一号光点，一号光点在感光装置上的位置称为零位，再将待测物体放入检测器的下方，以使接触式测头与待测物体的表面相接触，此时，光源与感光装置都处于原位，通光孔向上偏移，光源发出的光经通光孔后照射到感光装置上形成二号光点，二号光点在感光装置上的位置称为测位，然后根据公式D1/D2＝L1/(L1+L2)得出待测物体的厚度D1，其中D2为测位与零位之间的距离，L1为光源与通光孔之间的距离，L2为通光孔与感光装置之间的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、由于本发明一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法中检测器还包括光源与感光装置，固定装置包括遮光板与一号压力调节装置，遮光板上开设有通光孔，光源位于通光孔的一侧，感光装置位于通光孔的另一侧，测量待测物的厚度时，光源与感光装置均未移动，而通光孔向上移动，使得光源投射在感光装置上的光点也随之移动，进而通过光点位置的变化准确得出待测物的厚度，这样的设计利用光的位移来测量物体的厚度，使得测量精度较高，同时，该设计对待测物的要求较低，对导电或不导电、实心或多孔、透明或不透明、厚或薄的材料都能准确测量其厚度。因此，本发明不仅测量精度高，而且适用范围广。
2、由于本发明一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法中感光装置为光敏材料阵列构成的感光板，比如光敏电阻阵列构成的感光板或者光敏二极管阵列构成的感光板，光源为点光源或激光，采用上述感光装置和光源来测量光点的位移，不仅测量精度高，而且可靠性高。因此，本发明不仅测量精度高，而且可靠性高。
3、由于本发明一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法中接触式测头包括滚轮支架与滚轮，滚轮支架的内部安装有滚轮轴承，滚轮套设在滚轮轴承上，或者接触式测头包括杆体与凸头，采用上述设计的接触式测头不仅结构简单，而且能很好的保护待测物体不被划伤，另外，遮光板与接触式测头之间设置有二号压力调节装置，以及将一号压力调节装置与二号压力调节装置设置为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置，都是为了在满足在线测量厚度的同时，保护待测物不会被挤压变形。因此，本发明不仅结构简单，而且能很好保护待测物不被损坏。
4、由于本发明一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法中支架上均匀安装有多个检测器，这样的设计更换与检修方便，且能根据不同要求进行调整，提高了在线测量装置的使用性能，同时，采用横向并列的多个检测器来测不同的纵向厚度，之后，通过程序显示出整个待测物在空间上的厚度分布，进一步提高了测量的精度。因此，本发明不仅更换与检修方便，而且使用性能好、测量精度高。
5、由于本发明一种普适性厚度在线测量装置及其使用方法中使用时，先将光源打开，并记录光源照射到感光装置上形成光点的位置，再将待测物体放入检测器的下方，并再次记录光源照射到感光装置上形成光点的位置，然后计算出待测物的厚度，这样的设计不仅使用简便，而且测量过程中人工干预较少，提高了测量的自动化程度。因此，本发明不仅使用简便，而且自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的实施例1中的检测器的结构示意图。
图3是本发明的实施例1中的接触式测头的结构示意图。
图4是本发明的实施例3中的接触式测头的结构示意图。
图5是本发明的实施例4中的检测器的结构示意图。
图中：支架1、检测器2、固定装置21、遮光板211、一号压力调节装置212、通光孔213、接触式测头22、滚轮支架221、滚轮222、滚轮轴承223、杆体224、凸头225、光源23、感光装置24、二号压力调节装置25。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1至图5，一种普适性厚度在线测量装置，包括支架1与检测器2，所述检测器2包括固定装置21与接触式测头22，所述固定装置21的一端与支架1相连接，固定装置21的另一端与接触式测头22相连接；
所述检测器2还包括光源23与感光装置24，所述固定装置21包括遮光板211与一号压力调节装置212，所述遮光板211的一端通过一号压力调节装置212与支架1相连接，遮光板211的另一端与接触式测头22相连接，遮光板211上开设有通光孔213，所述光源23位于通光孔213的一侧，所述感光装置24位于通光孔213的另一侧。
所述感光装置24为光敏材料阵列构成的感光板。
所述感光装置24为光敏电阻阵列构成的感光板或者光敏二极管阵列构成的感光板。
所述光源23为点光源或激光。
所述接触式测头22包括滚轮支架221与滚轮222，所述滚轮支架221为倒U型结构，滚轮支架221与遮光板211相连接，滚轮支架221的内部安装有滚轮轴承223，所述滚轮222套设在滚轮轴承223上。
所述接触式测头22包括杆体224与凸头225，所述杆体224的一端与遮光板211相连接，杆体224的另一端与凸头225的端面相连接。
所述遮光板211与接触式测头22之间设置有二号压力调节装置25，二号压力调节装置25的一端与遮光板211相连接，二号压力调节装置25的另一端与接触式测头22相连接。
所述一号压力调节装置212为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置；所述二号压力调节装置25为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置。
所述支架1上均匀安装有多个检测器2。
一种普适性厚度在线测量装置的使用方法，所述使用方法依次包括以下步骤：
先将光源23打开，此时，光源23发出的光经通光孔213后照射到感光装置24上形成一号光点，一号光点在感光装置24上的位置称为零位，再将待测物体放入检测器2的下方，以使接触式测头22与待测物体的表面相接触，此时，光源23与感光装置24都处于原位，通光孔213向上偏移，光源23发出的光经通光孔213后照射到感光装置24上形成二号光点，二号光点在感光装置24上的位置称为测位，然后根据公式D1/D2＝L1/(L1+L2)得出待测物体的厚度D1，其中D2为测位与零位之间的距离，L1为光源23与通光孔213之间的距离，L2为通光孔213与感光装置24之间的距离。
本发明的原理说明如下：
本设计一种普适性厚度在线测量装置测量物体厚度时，通光孔的移动向量是被测物厚度方向的变化，感光装置上感光位置的移动是通光孔移动向量的放大，放大的倍数与两个距离有关——一个是光源到通光孔的距离，一个是通光孔到感光装置的距离，具体可以根据公式D1/D2＝L1/(L1+L2)得出待测物体的厚度D1，其中D2为测位与零位之间的距离，L1为光源与通光孔之间的距离，L2为通光孔与感光装置之间的距离；测量前，根据待测物的特性，通过一号压力调节装置调节恒定压力，以使待测物受力恒定，这样不仅接触式测头能与待测物接触，并使遮光板向上移动，而且待测物不会被挤压变形；测量时，可以根据待测物的厚度来调节通光孔的位置，以使光源能照射到感光板上，这样的操作可以减小感光板的大小，降低制造成本，另外，通光孔的直径也可以根据实际应用的具体需求进行优化。
所述光源是指光线能穿过通光孔并被感光装置感应到，例如点光源或激光；因为是在线测量装置，且需与带测物直接接触，对于软基材，则可以使用带滚轮的接触式测头(比如由滚轮支架、滚轮轴承、滚轮构成的接触式测头)，对于硬质物料，则可以使用其他形式的接触式测头(比如由杆体与凸头构成的接触式测头)，采用何种类型的接触式测头都要满足能与待测物接触且不能划伤待测物。实际应用中，也可以根据具体需求对本设计作出改变，比如，在其他结构都不改变的情况下，去掉光源与感光装置，在一号压力调节装置(弹簧)上连接应力测试装置，在弹簧的弹性系数已知时，根据胡克定律(弹性形变下弹簧受力与弹性形变成正比)来计算待测物的厚度；在测量厚度时，坚硬待测物的厚度即为弹簧的弹性形变，由于柔软待测物在测量时会发生形变，因此其厚度值要在弹簧形变的基础上乘以一个系数，该系数与柔软待测物的弹性系数有关；也可以将上述方案与本设计相结合进行物体厚度的测量。
实施例1：
参见图1至图3，一种普适性厚度在线测量装置，包括支架1与检测器2，所述检测器2包括固定装置21、接触式测头22、光源23、感光装置24，所述固定装置21包括遮光板211与一号压力调节装置212，所述遮光板211的一端通过一号压力调节装置212与支架1相连接，遮光板211的另一端与接触式测头22相连接，遮光板211上开设有通光孔213，所述光源23位于通光孔213的一侧，所述感光装置24位于通光孔213的另一侧，感光装置24为光敏材料阵列构成的感光板，所述接触式测头22包括滚轮支架221与滚轮222，所述滚轮支架221为倒U型结构，滚轮支架221与遮光板211相连接，滚轮支架221的内部安装有滚轮轴承223，所述滚轮222套设在滚轮轴承223上；所述一号压力调节装置212为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置。
按上述方案，一种普适性厚度在线测量装置的使用方法，所述使用方法依次包括以下步骤：先将光源23打开，此时，光源23发出的光经通光孔213后照射到感光装置24上形成一号光点，一号光点在感光装置24上的位置称为零位，再将待测物体放入检测器2的下方，以使接触式测头22与待测物体的表面相接触，此时，光源23与感光装置24都处于原位，通光孔213向上偏移，光源23发出的光经通光孔213后照射到感光装置24上形成二号光点，二号光点在感光装置24上的位置称为测位，然后根据公式D1/D2＝L1/(L1+L2)得出待测物体的厚度D1，其中D2为测位与零位之间的距离，L1为光源23与通光孔213之间的距离，L2为通光孔213与感光装置24之间的距离。
实施例2：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
所述感光装置24为光敏电阻阵列构成的感光板或者光敏二极管阵列构成的感光板；所述光源23为能够发射光路通过通光孔213投射到上述感光板上的光源，比如点光源、激光。
实施例3：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
参见图4，所述接触式测头22包括杆体224与凸头225，所述杆体224的一端与遮光板211相连接，杆体224的另一端与凸头225的端面相连接。
实施例4：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
参见图5，所述遮光板211与接触式测头22之间设置有二号压力调节装置25，二号压力调节装置25的一端与遮光板211相连接，二号压力调节装置25的另一端与接触式测头22相连接；所述二号压力调节装置25为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置。
实施例5：
基本内容同实施例1，不同之处在于：
参见图1，所述支架1上均匀安装有多个检测器2。

Claims (10)

1.一种普适性厚度在线测量装置，包括支架(1)与检测器(2)，所述检测器(2)包括固定装置(21)与接触式测头(22)，所述固定装置(21)的一端与支架(1)相连接，固定装置(21)的另一端与接触式测头(22)相连接，其特征在于：
所述检测器(2)还包括光源(23)与感光装置(24)，所述固定装置(21)包括遮光板(211)与一号压力调节装置(212)，所述遮光板(211)的一端通过一号压力调节装置(212)与支架(1)相连接，遮光板(211)的另一端与接触式测头(22)相连接，遮光板(211)上开设有通光孔(213)，所述光源(23)位于通光孔(213)的一侧，所述感光装置(24)位于通光孔(213)的另一侧。
2.根据权利要求1所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述感光装置(24)为光敏材料阵列构成的感光板。
3.根据权利要求2所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述感光装置(24)为光敏电阻阵列构成的感光板或者光敏二极管阵列构成的感光板。
4.根据权利要求1所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述光源(23)为点光源或激光。
5.根据权利要求1所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述接触式测头(22)包括滚轮支架(221)与滚轮(222)，所述滚轮支架(221)为倒U型结构，滚轮支架(221)与遮光板(211)相连接，滚轮支架(221)的内部安装有滚轮轴承(223)，所述滚轮(222)套设在滚轮轴承(223)上。
6.根据权利要求1所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述接触式测头(22)包括杆体(224)与凸头(225)，所述杆体(224)的一端与遮光板(211)相连接，杆体(224)的另一端与凸头(225)的端面相连接。
7.根据权利要求1所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述遮光板(211)与接触式测头(22)之间设置有二号压力调节装置(25)，二号压力调节装置(25)的一端与遮光板(211)相连接，二号压力调节装置(25)的另一端与接触式测头(22)相连接。
8.根据权利要求7所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述一号压力调节装置(212)为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置；所述二号压力调节装置(25)为弹簧、簧片、百分表或气压液压装置。
9.根据权利要求1–8中任意一项所述的一种普适性厚度在线测量装置，其特征在于：所述支架(1)上均匀安装有多个检测器(2)。
10.一种权利要求1所述的普适性厚度在线测量装置的使用方法，其特征在于：所述使用方法依次包括以下步骤：
先将光源(23)打开，此时，光源(23)发出的光经通光孔(213)后照射到感光装置(24)上形成一号光点，一号光点在感光装置(24)上的位置称为零位，再将待测物体放入检测器(2)的下方，以使接触式测头(22)与待测物体的表面相接触，此时，光源(23)与感光装置(24)都处于原位，通光孔(213)向上偏移，光源(23)发出的光经通光孔(213)后照射到感光装置(24)上形成二号光点，二号光点在感光装置(24)上的位置称为测位，然后根据公式D1/D2＝L1/(L1+L2)得出待测物体的厚度D1，其中D2为测位与零位之间的距离，L1为光源(23)与通光孔(213)之间的距离，L2为通光孔(213)与感光装置(24)之间的距离。
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