CN107063146A - 一种阵列式超声波纸张厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列式超声波纸张厚度测量装置，该装置包括底座、罐体、通气管、支架、承纸面和N²个测量机构；所述每个测量机构的结构相同，安装完成后呈矩形阵列式布置，阵列行数和列数均为N，各个水平或者竖直相邻的测量机构之间的距离相同；每个测量机构均包括超声波发射探头、超声波接收探头、活塞、左圆柱管、管套、右圆柱管、连接销、锁定销、弹簧、电磁铁、固定销和测量端面。该装置包含多个测量机构，可以实现多点测量。在测量过程中每个测量机构独立动作，可以分别单独测量整张纸张的不同局部的厚度，用多个点测量值的平均值代表整张纸张的厚度值，测量结果更可靠。

Description

一种阵列式超声波纸张厚度测量装置

技术领域

本发明涉及超声波测距领域，具体为一种阵列式超声波纸张厚度测量装置。

背景技术

目前已有超声波纸厚测量装置中，大部分采用单组超声波发射和接收探头进行纸厚测量。申请号201410232558.2公开了一种超声波纸张厚度测量装置，在测量过程中超声波探头一直处于水中，且装置横放，减小了水中的气泡附着在超声波探头上造成测量错误的风险。该方案虽然可以测量纸张某点的厚度，但其不足之处在于当采用单组超声波发射和接收探头进行测量时，只能测量整张纸的较小局部范围的厚度，而纸张在成型过程中存在厚度不均匀的现象，因此，以局部厚度值代表整张纸张的厚度值有时会产生测量错误。

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，提供一种阵列式超声波纸张厚度测量装置。该装置可以实现多点测量，以多个测量值的平均值代表整张纸张的厚度值，使测量结果更可靠。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于该装置包括底座、罐体、通气管、支架、承纸面和N²个测量机构；所述每个测量机构的结构相同，安装完成后呈矩形阵列式布置，阵列行数和列数均为N，各个水平或者竖直相邻的测量机构之间的距离相同；每个测量机构均包括超声波发射探头、超声波接收探头、活塞、左圆柱管、管套、右圆柱管、连接销、锁定销、弹簧、电磁铁、固定销和测量端面；

所述罐体固定在底座上，罐体内部装有液体；所述罐体的上表面开有两个通气孔，一个通气孔与通气管连接，另一个通气孔用于在加液体时排出罐体内的空气；所述罐体的右侧面开有N²个活塞孔；活塞孔的数量与测量机构的数量相同；所述支架固定在底座上；所述承纸面固定在底座上；所述超声波发射探头固定在罐体内部的左侧面上，与超声波接收探头正对；所述超声波接收探头与活塞的一端连接；所述左圆柱管的一端与活塞的另一端连接；活塞的外表面与活塞孔的内壁接触；所述左圆柱管的另一端通过套管与右圆柱管的一端连接；所述右圆柱管的另一端与测量端面连接；所述右圆柱管上开有连接销孔、锁定销孔和滑槽；所述固定销穿过右圆柱管上的滑槽与支架连接固定；所述锁定销穿过右圆柱管上的锁定销孔与右圆柱管连接；所述连接销穿过右圆柱管上的连接销孔与右圆柱管连接；所述弹簧置于右圆柱管内，一端与固定销连接，另一端与锁定销连接；所述电磁铁的一端与固定销连接，另一端与连接销连接；所述N取大于等于2的正整数。

所述装置的使用方法是：

第一阶段，承纸面上未放纸张时，控制电磁铁通电，由于固定销的作用，使得右圆柱管沿着滑槽向靠近承纸面方向移动，从而使测量端面与承纸面紧密接触；此时，超声波发射探头发射脉冲，经超声波接收探头接收，测得距离测量值；完成测量后将数据存储，控制电磁铁断电，在弹簧的反作用力的作用下，右圆柱管回到原位，测量端面与承纸面分离；为避免超声波之间相互干扰，首先控制与第一活塞孔、第三活塞孔、第五活塞孔、第七活塞孔和第九活塞孔相对应的测量机构完成上述动作，待完成后，再控制与第二活塞孔、第四活塞孔、第六活塞孔和第八活塞孔相对应的测量机构完成上述动作；九个测量机构的测量值分别记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9；

第二阶段，承纸面上放置纸张后，控制电磁铁通电，由于固定销的作用，使得右圆柱管沿着滑槽向靠近承纸面方向移动，从而使测量端面与纸张接触并使纸张与承纸面贴紧；此时，超声波发射探头发射脉冲，经超声波接收探头接收，测得距离测量值；完成测量后将数据存储，控制电磁铁断电，在弹簧的反作用力的作用下，右圆柱管回到原位，测量端面与承纸面分离；为避免超声波之间相互干扰，首先控制与第一活塞孔、第三活塞孔、第五活塞孔、第七活塞孔和第九活塞孔相对应的测量机构完成上述动作，待完成后，再控制与第二活塞孔、第四活塞孔、第六活塞孔和第八活塞孔相对应的测量机构完成上述动作；九个测量机构的测量值分别记为S1’、S2’、S3’、S4’、S5’、S6’、S7’、S8’和S9’；

最终将九个测量机构测得的平均值作为纸张厚度值S，即S＝((S1-S1’)+(S2-S2’)+(S3-S3’)+(S4-S4’)+(S5-S5’)+(S6-S6’)+(S7-S7’)+(S8-S8’)+(S9-S9’))/9。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

1、该装置包含多个测量机构，可以实现多点测量。测量机构的数量取决于所测纸张的面积。当纸张面积较大时，可以适当增加测量机构的数量；当纸张面积较小时，可以适当减少测量机构的数量。在测量过程中每个测量机构独立动作，可以分别单独测量整张纸张的不同局部的厚度，用多个点测量值的平均值代表整张纸张的厚度值，测量结果更可靠。

2、各个测量机构结构相同，具有互换性，减少了零件储备量。

3、每个测量机构均是独立工作的，当某个测量机构出现故障时，可以独立更换。

3、在每次测量时，先测量未放入纸张时的距离，再测量放入纸张后的距离，这样就使每次测量均是差动式测量，减小误差，提高测量精度。

4、测量过程中，超声波探头一直处于液体中，超声波频率高，具有较高测量精度。

5、该装置采用横向放置，减小了液体中气泡附着在超声波探头上造成测量错误的风险。

附图说明

图1是本发明阵列式超声波纸张厚度测量装置一种实施例的整体结构俯视示意图；

图2是本发明阵列式超声波纸张厚度测量装置一种实施例的整体结构主视示意图；

图3是本发明阵列式超声波纸张厚度测量装置一种实施例的罐体的主视剖视示意图；

图4是本发明阵列式超声波纸张厚度测量装置一种实施例的罐体的左视剖视示意图；(图中：1、底座；2、罐体；3、通气管；4、支架；5、承纸面；61、超声波发射探头；62、超声波接收探头；63、活塞；64、左圆柱管；65、管套；66、右圆柱管；67、连接销；68、锁定销；69、弹簧；610、电磁铁；611、固定销；612、测量端面；613、连接销孔；614、锁定销孔；615、滑槽；211、第一活塞孔；213、第三活塞孔；第五活塞孔215、；第七活塞孔217、；第九活塞孔219、；第二活塞孔212、；第四活塞孔214、；第六活塞孔216、；第八活塞孔218、)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种阵列式超声波纸张厚度测量装置(参见图1-4，简称装置)，其特征在于该装置包括底座1、罐体2、通气管3、支架4、承纸面5和N²个测量机构，N取大于等于2的正整数；所述每个测量机构的结构相同，安装完成后呈矩形阵列式布置，阵列行数和列数均为N，各个水平或者竖直相邻的测量机构之间的距离相同；本实施例中N＝3；每个测量机构均包括超声波发射探头61、超声波接收探头62、活塞63、左圆柱管64、管套65、右圆柱管66、连接销67、锁定销68、弹簧69、电磁铁610、固定销611和测量端面612；

所述罐体2固定在底座1上，罐体2内部装有液体；所述罐体2的上表面开有两个通气孔22，其中一个通气孔22与通气管3连接，另一个通气孔22用于在加液体时排出罐体2内的空气；所述罐体2的右侧面开有N²个活塞孔21；活塞孔的数量与测量机构的数量相同；所述支架4固定在底座1上；所述承纸面5固定在底座1上，在测量时承纸面5和测量端面612一起将纸张压紧，同时承纸面5也是测量的基准平面；所述超声波发射探头61固定在罐体2内部的左侧面上，与超声波接收探头62正对；所述超声波接收探头62与活塞63的一端连接；所述左圆柱管64的一端与活塞63的另一端连接；活塞63的外表面与活塞孔21的内壁接触，沿内壁移动；所述左圆柱管64的另一端通过套管65与右圆柱管66的一端连接；所述右圆柱管66的另一端与测量端面612连接；所述右圆柱管66上开有连接销孔613、锁定销孔614和滑槽615；所述固定销611穿过右圆柱管66上的滑槽615与支架4连接固定；所述锁定销68穿过右圆柱管66上的锁定销孔614与右圆柱管66连接；所述连接销67穿过右圆柱管66上的连接销孔613与右圆柱管66连接；所述弹簧69置于右圆柱管66内，一端与固定销611连接，另一端与锁定销68连接；所述电磁铁610的一端与固定销611连接，另一端与连接销67连接。

所述电磁铁610为推拉式电磁铁，在通电时产生拉力，带动自由端做收缩运动。

所述液体是水。

本发明阵列式超声波纸张厚度测量装置的工作原理和工作流程是：该装置组装完成后，通过通气管3向罐体内加液体，待加满液体之后用塞子将两个通气孔22密封。

在非工作状态，电磁铁610断电，固定销611与锁定销68之间的弹簧69处于略压缩状态，测量端面612与承纸面5相距一段距离。

开始工作时，分为两个阶段。第一阶段，承纸面5上未放纸张时，控制电磁铁610通电，由于固定销611的作用，使得右圆柱管66沿着滑槽615向靠近承纸面5方向移动，从而使测量端面612与承纸面5紧密接触。此时，超声波发射探头61发射一定数量的脉冲(5个)，经超声波接收探头62接收，取第三个脉冲作为测量脉冲，测得距离测量值。完成测量后将数据存储，控制电磁铁610断电，在弹簧69的反作用力的作用下，右圆柱管66回到原位，测量端面612与承纸面5分离。为避免超声波之间相互干扰，首先控制与第一活塞孔211、第三活塞孔213、第五活塞孔215、第七活塞孔217和第九活塞孔219相对应的测量机构完成上述动作，待完成后，再控制与第二活塞孔212、第四活塞孔214、第六活塞孔216和第八活塞孔218相对应的测量机构完成上述动作。因为超声波探头虽然可以认为是点声源，但其发出的是球面波。超声波探头有一个重要的参数就是波束角，波束角指的是以传感器中轴线的延长线为轴线，由此向外，至能量强度减少一半(-3dB)处，这个角度被称为波束角。在波束角内的超声波可以作为有效波进行测量，但在波束角范围外同样存在具有一定能量的超声波，如果两束超声波相距较近的话，可能会彼此产生干扰。因此在装置整体尺寸不增加的前提下，同时在保证测量效率的情况下，尽可能大的增加相邻两束超声波之间的距离，以减小相互干扰。九个测量机构的测量值分别记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9。

第二阶段，承纸面5上放置纸张后，控制电磁铁610通电，由于固定销611的作用，使得右圆柱管66沿着滑槽615向靠近承纸面5方向移动，从而使测量端面612与纸张接触并使纸张与承纸面5贴紧。此时，超声波发射探头61发射一定数量的脉冲(5个)，经超声波接收探头62接收，取第三个脉冲作为测量脉冲，测得距离测量值。完成测量后将数据存储，控制电磁铁610断电，在弹簧69的反作用力的作用下，右圆柱管66回到原位，测量端面612与承纸面5分离。为避免超声波之间相互干扰，首先控制与第一活塞孔211、第三活塞孔213、第五活塞孔215、第七活塞孔217和第九活塞孔219相对应的测量机构完成上述动作，待完成后，再控制与第二活塞孔212、第四活塞孔214、第六活塞孔216和第八活塞孔218相对应的测量机构完成上述动作。九个测量机构的测量值分别记为S1’、S2’、S3’、S4’、S5’、S6’、S7’、S8’和S9’。

最终将九个测量机构测得的平均值作为纸张厚度值S，即S＝((S1-S1’)+(S2-S2’)+(S3-S3’)+(S4-S4’)+(S5-S5’)+(S6-S6’)+(S7-S7’)+(S8-S8’)+(S9-S9’))/9。

本发明装置虽然纸张厚度测量而设计，但其同样适用于布匹、塑料薄膜等类似产品的厚度测量，测量范围一般为0-2mm。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于该装置包括底座、罐体、通气管、支架、承纸面和N²个测量机构；所述每个测量机构的结构相同，安装完成后呈矩形阵列式布置，阵列行数和列数均为N，各个水平或者竖直相邻的测量机构之间的距离相同；每个测量机构均包括超声波发射探头、超声波接收探头、活塞、左圆柱管、管套、右圆柱管、连接销、锁定销、弹簧、电磁铁、固定销和测量端面；

所述罐体固定在底座上，罐体内部装有液体；所述罐体的上表面开有两个通气孔，一个通气孔与通气管连接，另一个通气孔用于在加液体时排出罐体内的空气；所述罐体的右侧面开有N²个活塞孔；活塞孔的数量与测量机构的数量相同；所述支架固定在底座上；所述承纸面固定在底座上；所述超声波发射探头固定在罐体内部的左侧面上，与超声波接收探头正对；所述超声波接收探头与活塞的一端连接；所述左圆柱管的一端与活塞的另一端连接；活塞的外表面与活塞孔的内壁接触；所述左圆柱管的另一端通过套管与右圆柱管的一端连接；所述右圆柱管的另一端与测量端面连接；所述右圆柱管上开有连接销孔、锁定销孔和滑槽；所述固定销穿过右圆柱管上的滑槽与支架连接固定；所述锁定销穿过右圆柱管上的锁定销孔与右圆柱管连接；所述连接销穿过右圆柱管上的连接销孔与右圆柱管连接；所述弹簧置于右圆柱管内，一端与固定销连接，另一端与锁定销连接；所述电磁铁的一端与固定销连接，另一端与连接销连接；所述N取大于等于2的正整数。

2.根据权利要求1所述的阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述电磁铁是推拉式电磁铁。

3.根据权利要求1所述的阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述液体是水。

4.权利要求1-3任一项所述的阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于该装置用于塑料薄膜或布匹的厚度测量。

5.权利要求1-3任一项所述的阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于该装置的测厚范围是0-2mm。

6.根据权利要求1所述的阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述测量机构的个数是九个。

7.根据权利要求6所述的阵列式超声波纸张厚度测量装置，其特征在于所述装置的使用方法是：

第一阶段，承纸面上未放纸张时，控制电磁铁通电，由于固定销的作用，使得右圆柱管沿着滑槽向靠近承纸面方向移动，从而使测量端面与承纸面紧密接触；此时，超声波发射探头发射脉冲，经超声波接收探头接收，测得距离测量值；完成测量后将数据存储，控制电磁铁断电，在弹簧的反作用力的作用下，右圆柱管回到原位，测量端面与承纸面分离；为避免超声波之间相互干扰，首先控制与第一活塞孔、第三活塞孔、第五活塞孔、第七活塞孔和第九活塞孔相对应的测量机构完成上述动作，待完成后，再控制与第二活塞孔、第四活塞孔、第六活塞孔和第八活塞孔相对应的测量机构完成上述动作；九个测量机构的测量值分别记为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8和S9；

第二阶段，承纸面上放置纸张后，控制电磁铁通电，由于固定销的作用，使得右圆柱管沿着滑槽向靠近承纸面方向移动，从而使测量端面与纸张接触并使纸张与承纸面贴紧；此时，超声波发射探头发射脉冲，经超声波接收探头接收，测得距离测量值；完成测量后将数据存储，控制电磁铁断电，在弹簧的反作用力的作用下，右圆柱管回到原位，测量端面与承纸面分离；为避免超声波之间相互干扰，首先控制与第一活塞孔、第三活塞孔、第五活塞孔、第七活塞孔和第九活塞孔相对应的测量机构完成上述动作，待完成后，再控制与第二活塞孔、第四活塞孔、第六活塞孔和第八活塞孔相对应的测量机构完成上述动作；九个测量机构的测量值分别记为S1’、S2’、S3’、S4’、S5’、S6’、S7’、S8’和S9’；

最终将九个测量机构测得的平均值作为纸张厚度值S，即S＝((S1-S1’)+(S2-S2’)+(S3-S3’)+(S4-S4’)+(S5-S5’)+(S6-S6’)+(S7-S7’)+(S8-S8’)+(S9-S9’))/9。