CN108362211A - 一种板材厚度检测工装及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板材厚度检测工装，包括工作台、供板材输送的导向槽和激光位移传感器，所述导向槽和所述激光位移传感器均位于所述工作台上，所述激光位移传感器包括两个，分别设置在所述导向槽的两侧，所述导向槽的两槽壁上分别设有相对应的缺口，所述缺口可以为U型槽结构，所述缺口与所述激光位移传感器对应，所述导向槽的前端设有光电开关，所述导向槽的下端设有自动标定机构；能够实现自动标定，不需要人工频繁进行标定，节省人力；本发明还涉及一种采用上述检测工装的板材厚度的检测方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种零件厚度的检测工装及检测方法，特别涉及一种板材厚度检测工装及检测方法。
背景技术
现有技术中对板材的测量，如图1-图4所示，需要使用两个激光位移传感器S1和S2，O1和O2分别是激光位移传感器S1和激光位移传感器S2的零点，通过激光位移传感器S1测得零件的左侧表面到O1的距离为l1，通过激光位移传感器S2测得零件的右侧表面到O2的距离为l2，O1与O2的距离为L，则零件的厚度值为：δ＝L–l1–l2。
现有的板材厚度测量装置包括工作台、激光位移传感器和导向槽，所述工作台包括工作台板和支柱，所述工作台板支撑在多个所述支柱上，所述导向槽、激光位移传感器及光电开关均安装在所述工作台板上端；所述激光位移传感器通过激光位移传感器支架安装在所述工作台板上；
所述导向槽包括从前到后依次设置的第一导向槽和第二导向槽，所述第一导向槽的槽宽大于所述第二导向槽的槽宽；所述第一导向槽从所述工作台板的前端向前延伸，所述第一导向槽包括两侧的第一导板和第一槽底板，所述第一导板包括形成第一导向槽侧壁的角形板和与所述工作台板连接的第一导板安装板；所述第二导板的外侧还设有固定支撑板，所述固定支撑板呈L型，所述固定支撑板包括与所述第二导板固定连接的竖直板和与所述工作台板固定连接的水平板，所述第二导向槽以所述工作台板为第二槽底板；
板材从图2中右侧进入，从左侧送出，第二导板的作用是使通过它们之间的板材呈竖直姿态，并且有较低的摩擦系数；
所述光电开关包括发射部分和接收部分，所述光电开关的发射部分和接收部分分别用螺钉安装在两个第二导板上，其作用是探测待测板材是否即将到达两个激光位移传感器之间的测量位置，当探测到板材时，启动一次测量过程。
图4是现有板材厚度测量装置的控制系统的结构框图，计算机首先通过数据采集器对光电开关进行采样，当探测到板材到来时，计算机延时一段时间(等待板材到达测量位置)后通过数据采集器对两个激光位移传感器进行采样，计算得到板材的厚度值，并送到显示器显示。
板材厚度测量装置工作于工业现场，一年四季，环境温度变化较大，激光位移传感器存在着较大的温度漂移，两个传感器之间的距离会随着环境温度而改变，零件自身存在热变形，零件表面存在不稳定和不均匀的水膜，这些因素均会影响板材厚度的测量结果，上述测量装置没有考虑环境温度及板材表面水膜带来的测量误差，导致测量结果不够准确；
现有的板材厚度测量装置没有设置针对湿表面板材的自动标定机构，从而，对于环境温度变化和板材表面状态的改变给测量系统带来的误差不能够及时和自动地消除，影响了测量装置的精度；
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种能够自动标定、且测量更加精确的板材厚度检测工装，需要说明的是，本发明中所述的前、后，是相对板材的输送方向而言的，认为板材从前往后输送，对于板材的前边缘和后边缘也是相对板材的输送方向而言的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种板材厚度检测工装，包括工作台、供板材输送的导向槽和激光位移传感器，所述导向槽和所述激光位移传感器均位于所述工作台上，所述激光位移传感器包括两个，分别设置在所述导向槽的两侧，所述导向槽的两槽壁上分别设有相对应的缺口，所述缺口可以为U型槽结构，所述缺口与所述激光位移传感器对应，所述缺口供所述激光位移传感器发射的激光束照射到位于导向槽中的待检测板材的表面上，和供激光反射回激光位移传感器，所述导向槽的前端一侧设有光电开关，所述导向槽的下端设有自动标定机构；
所述自动标定机构包括标定板驱动电机、标定板和连接板，所述连接板的一端与所述标定板驱动电机的输出轴连接，另一端与所述标定板的一端连接；
所述导向槽的底部设有开口，所述标定板和所述板材处于同一竖直平面内，当需要标定时，标定板向上转动，穿过所述开口到达两个激光位移传感器之间的测量位置；
所述标定板的材料可与待检测板材的材料相同，精度允许的情况下，也可选为表面性质和线膨胀系数相似的耐腐蚀材料；例如，若待测零件材料为普通钢材，则标定板的材料可选为相同的钢材，或选为某种型号的不锈钢；
所述标定板的上端至少设有一个标定区域，该区域的厚度精密加工为在一定温度下的标准厚度值，在标定时，两激光位移传感器发射的激光照射到该区域上。
本发明的有益效果是：设有自动标定机构，能够实现自动标定，不需要人工频繁进行标定，节省人力。
进一步，所述标定板驱动电机为安装有减速装置的步进电机或伺服电机，自动标定机构还包括位于标定板行程两端的标定限位开关和一端的标定零位开关；具体的，所述标定零位开关设置于所述标定板的初始位置。
进一步，所述工作台包括工作台板和支柱，所述工作台板支撑在多个所述支柱上，所述导向槽、激光位移传感器及光电开关均安装在所述工作台板上端；所述标定板驱动电机通过标定板驱动电机安装支架安装在所述工作台板下端。
进一步，所述激光位移传感器通过激光位移传感器支架安装在所述工作台板上。
进一步，还包括安装在所述工作台上的滑动机构，所述滑动机构包括滑板，所述滑板能够打开或封闭所述开口。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：防止圆形板材翻滚至开口时，卡死，而不能继续后移，耽误测量，开口在标定时打开，在不标定时封闭，对板材起到支撑作用，使板材顺利通过导向槽，完成厚度测量。
进一步，所述滑动机构还包括电动滑台，所述电动滑台固定在所述工作台上，所述电动滑台包括滑台电机、滑台底座和滑动块，所述滑台底座包括滑台底座顶板和滑台底座底板，所述滑台电机的输出轴为丝杠，所述滑动块上设有与所述丝杠相适配的螺母，滑台底座底板上设有供所述滑动块在其上滑动的导轨，所述滑动块的上端设有滑动平台；所述滑动平台包括滑动平台上板和滑动平台下板，所述滑台底座顶板设置在所述滑动平台上板和滑动平台下板之间。
进一步，所述滑台电机为步进电机或伺服电机，所述电动滑台还包括行程两端的滑台限位开关和一端的滑台零位开关，所述滑台限位开关可用于限位滑动块或滑动平台两个极限位置，所述滑台零位开关检测滑动块或滑动平台是否复位。
进一步，所述滑板包括滑板顶板、滑板底板和连接竖板，所述滑板顶板固定在所述滑动平台上板上，所述滑板底板与所述开口相适配，能够在所述开口内滑动。
进一步，所述导向槽包括从前到后依次设置的第一导向槽和第二导向槽，所述第一导向槽的槽宽大于所述第二导向槽的槽宽，所述第二导向槽的槽宽略大于所述板材的厚度；所述第一导向槽从所述工作台板的前端向前延伸，所述第一导向槽包括两侧的第一导板和第一槽底板，所述第一导向槽的前端以第一槽底板为底板，后端以工作台板为底板；第二导向槽的前端与所述第一导向槽的后端相衔接，所述第二导向槽包括两侧的第二导板，所述第二导向槽以所述工作台板为第二槽底板。
进一步，两个所述第二导板的材料为摩擦系数较小的聚四氟乙烯(又称特氟龙)。
板材输送的动力来自于外部，譬如前端的加工机床，当板材被输送到第一导向槽的入口时，板材会在自身重力作用下沿倾斜的第一导向槽滑下，并继续沿着第二导向槽输送。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：第一导向槽的宽度较大，方便板材输入，第二导向槽的宽度较小，防止板材在进行厚度测量时倾斜度过大，从而减少测量误差。
进一步，所述第二导向槽还包括两个分别设置在所述第二导板外侧的固定支撑板，所述固定支撑板呈L型，所述固定支撑板包括与所述第二导板固定连接的竖直板和与所述工作台板连接的水平板；所述缺口包括第一缺口和第二缺口，所述第二导板上设有第一缺口，所述竖直板设有与所述第一缺口相对应的第二缺口。
进一步，所述开口设置在所述第二槽底板上，且所述开口的位置与所述激光位移传感器相对应，所述开口的下方设有水膜形成装置，所述水膜形成装置包括上方开口的容器，所述容器内装有与待检测板材表面水膜相同的液体，所述标定板在不需要标定时，没入所述液体内。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：使标定板上形成与板材表面一样的湿度或水膜，减少板材表面湿度或水膜对其厚度测量值的影响。
进一步，所述光电开关包括发射部分和接收部分，所述发射部分和接收部分分别设置在导向槽的两侧，具体的，发射部分和接收部分分别通过螺钉安装在两个所述第二导板上，所述第二导板上设有供所述光电开关的光穿过的孔。
进一步，还包括红外温度探头，所述红外温度探头通过红外温度探头支架安装在所述工作台板上，且所述红外温度探头设置在所述激光位移传感器的前方，所述第一导板上设有与所述红外温度探头相对应的圆孔；
所述水膜形成装置还包括温度传感器、加热器及温控器，所述温度传感器用于测量所述容器内液体的实际温度，所述加热器用于加热所述液体，所述温控器用于控制所述液体的加热温度。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：能够使标定板与板材的实际温度相同，解决了环境温度、板材表面湿度对板材厚度测量产生的影响。
进一步，所述圆孔的中心的高度与板材的中心的高度相同或相近，沿板材输送方向，即本发明所述的前后方向，圆孔中心离光电开关中心的距离小于板材前后方向上尺寸的一半，当光电开关探测到板材的后边缘时，板材的中心还未到达所述圆孔的中心位置。
进一步，所述标定板上设有三个标定区域，在某一特定温度下(如25℃)，三个不同标准厚度的区域，记为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，三个区域的厚度分别记为δ1、δ2和δ3，通过控制所述标定板的旋转角度，可以使激光位移传感器分别照射这三个区域上不同的标定点记为A、B和C。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：在标定板上设置三个标准厚度区域，实现两个传感器参数的精确标定。
进一步，还包括控制系统，所述控制系统包括计算机、数据采集器、运动控制器、驱动器、转换器和显示器，所述转换器为USB/RS485转换器，所述计算机通过数据采集器采集标定信号、光电开关的信号、两个所述激光位移传感器的信号和红外温度探头的信号，并通过运动控制器和驱动器对标定板驱动电机和滑台电机进行控制，且通过USB/RS485转换器设置温控器的温度设定值，完成标定，且计算机还与显示器连接，板材厚度的测量结果用显示器进行显示。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过控制系统控制实现自动标定，自动测温、加温等功能，测量更准确高效。
进一步，还包括吸水装置，所述吸水装置包括两组，每组吸水装置包括对称设置的两个吸水部件，第一组吸水装置设置在所述第一导向槽的前方，第二组吸水装置设置在标定板的转动平面的两侧；
所述吸水部件包括吸水辊驱动电机、刚性联轴器、吸水辊轴和吸水辊，吸水辊轴通过刚性联轴器与吸水辊驱动电机的输出轴相连，所述吸水辊套装在所述吸水辊轴上，所述吸水辊驱动电机带动所述吸水辊轴转动，进而带动所述吸水辊转动，还包括吸水部件承载板，所述吸水辊驱动电机通过吸水辊电机安装支架安装在所述吸水部件承载板上，所述吸水辊的一侧设有挤水片，所述挤水片的一端压靠在所述吸水辊上，用于将吸水辊中的水挤出，另一端安装在所述吸水部件承载板上，挤水片也可以可安装在所述吸水辊的任意一侧；吸水辊的材料可以是海绵、布或其它可以吸水的材料；
所述第一组吸水装置的两个吸水辊之间形成板材的初期通道，所述初期通道与所述第一导向槽对齐；
所述第二组吸水装置的两个吸水辊分别设置在标定板转动平面的两侧，两个所述吸水辊之间的间隙小于所述标定板的厚度。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：采用吸水装置去除标定板和板材表面多余的、不稳定的液体，使标定板和板材表面形成稳定且均匀的水膜，减少了板材表面不均匀、不稳定的水膜对其厚度测量的影响。
进一步，所述第一组吸水装置还包括两个初期导板，所述初期导板设置在两个吸水辊之间，两个所述初期导板和两个所述吸水辊之间的间隙共同形成所述初期通道，所述初期导板上设有U型槽，所述U型槽与所述吸水辊相适配。
进一步，第一组吸水装置还包括第一吸水装置支架，所述第一吸水装置支架包括放置板和支腿，所述第一吸水装置的吸水部件安装在所述放置板上，所述放置板通过所述支腿安装在工作场所。
进一步，所述第二组吸水装置还包括第二吸水装置支架，所述第二组吸水装置的吸水部件通过所述第二吸水装置支架安装在所述工作台板的下端面上。
进一步，所述第一槽底板为倾斜板，与所述工作台板的夹角在15-60°之间。
进一步，还包括壳体，所述壳体设置在所述工作台板上，且所述壳体覆盖所述激光位移传感器、光电开关和红外温度探头。
采用上述进一步技术方案的有益效果是：避免环境光的影响。
本发明还涉及一种板材厚度检测方法，采用上述板材厚度检测工装进行测量。
附图说明
图1为板材厚度测量原理图；
图2为现有技术中板材厚度测量装置的俯视图；
图3为现有技术中板材厚度测量装置的三维结构示意图；
图4为现有技术中板材厚度测量装置的控制系统示意图；
图5为本发明中实施例1的三维结构示意图；
图6为本发明中自动标定机构的结构示意图；
图7为本发明中滑动机构安装在工作台上的局部示意图；
图8为本发明中实施例1的另一个角度的三维结构局部示意图；
图9为本发明中的温控系统图；
图10为本发明的控制系统图；
图11为本发明中标定板上设有三个标定区域时的示意图；
图12为本发明实施例1中加上壳体时的结构示意图；
图13为本发明中吸水部件的结构示意图；
图14为本发明中图13的俯视图；
图15为本发明中实施例2的结构示意图；
图16为本发明中图15的左视图；
图17为本发明中第一吸水装置安装的局部放大示意图；
图18为本发明中电动滑台的结构示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：1、第一导向槽，1-1、第一导板，1-11、圆孔，1-12、角形板，1-13、第一导板安装板，1-2、第一槽底板，2、光电开关，3、第二导向槽，3-1、第二导板，3-2、固定支撑板，3-3、缺口，4、激光位移传感器，5、激光位移传感器支架，6、工作台，6-1、工作台板，6-11、开口，6-2、支柱，7、红外温度探头，8、红外温度探头支架，9、滑动机构，9-1、滑台电机，9-11、丝杠，9-2、滑台底座，9-21、滑台底座底板，9-22、滑台底座顶板，9-3、导轨，9-4、滑板，9-41、滑板顶板，9-42、滑板底板，9-43、连接竖板，9-5、滑动块，9-6、螺母，9-7、滑动平台下板，9-8、滑动平台上板，10、容器，11、自动标定机构，11-1、标定板驱动电机，11-2、标定板驱动电机安装支架，11-3、连接板，11-4、标定板，11-41、标定区域，12、温度传感器，13、加热器，14、温控器，15、壳体，16、吸水部件，16-1、吸水辊驱动电机，16-2、吸水辊驱动电机安装支架，16-3、刚性联轴器，16-4、吸水辊轴，16-5、吸水辊，16-6、挤水片，16-7、吸水部件承载板，17、支撑连接板，18、放置板，19、支腿，20、初期导板，21、第二吸水装置支架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图5-图14所示，一种板材厚度检测工装，包括工作台6、供板材输送的导向槽和激光位移传感器4，所述导向槽和所述激光位移传感器均位于所述工作台6上，所述激光位移传感器4包括两个，分别设置在所述导向槽的两侧，所述导向槽的两槽壁上分别设有相对应的缺口3-3，所述缺口3-3可以为U型槽结构，所述缺口3-3与所述激光位移传感器4对应，所述导向槽的前端一侧设有光电开关2，所述导向槽的下端设有自动标定机构11；
所述自动标定机构11包括标定板驱动电机11-1、标定板11-4和连接板11-3，所述连接板11-3的一端与所述标定板驱动电机11-1的输出轴连接，另一端与所述标定板11-4的一端连接；
所述导向槽的底部设有开口6-11，所述标定板11-4和所述板材处于同一竖直平面内，当需要标定时，标定板11-4向上转动，穿过所述开口6-11，到达两个所述激光位移传感器4之间的测量位置；
所述标定板11-4的材料可与待检测板材的材料相同，精度允许的情况下，也可选为表面性质和线膨胀系数相似的耐腐蚀材料；例如，若待测零件材料为普通钢材，则标定板的材料可选为相同的钢材，或选为某种型号的不锈钢；
所述标定板11-4的上端至少设有一个标定区域，该区域的厚度精密加工为在一定温度下的标准厚度值，在标定时，两激光位移传感器4发射的激光照射到该区域上。
所述工作台6包括工作台板6-1和支柱6-2，所述工作台板6-1支撑在多个所述支柱6-2上，所述导向槽、激光位移传感器4及光电开关2均安装在所述工作台板6-1上端；所述标定板驱动电机11-1通过标定板驱动电机安装支架11-2安装在所述工作台板6-1下端。
所述激光位移传感器2通过激光位移传感器支架5安装在所述工作台板6-1上。
还包括安装在所述工作台6-1上的滑动机构9，所述滑动机构9包括滑板9-4，所述滑板9-4能够打开或封闭所述开口6-11。
所述滑动机构9还包括电动滑台，如图18所示，所述电动滑台固定在所述工作台6上，所述电动滑台包括滑台电机9-1、滑台底座9-2和滑动块9-5，所述滑台底座9-2包括滑台底座底板9-21和滑台底座顶板9-22，所述滑台电机9-1的输出轴为丝杠9-11，所述滑动块9-5上设有与所述丝杠9-11相适配的螺母9-6，滑台底座底板9-21上设有供所述滑动块9-5在其上滑动的导轨9-3，所述滑动块9-5的上端设有滑动平台；所述滑动平台包括滑动平台上板9-8和滑动平台下板9-7，所述滑台底座顶板设置在所述滑动平台上板9-8和滑动平台下板9-7之间；
所述滑板9-4包括滑板顶板9-41、滑板底板9-42和连接竖板9-43，所述滑板顶板9-41固定在所述滑动平台上板9-8上，所述滑板底板9-42与所述开口6-11相适配，能够在所述开口内滑动。
所述导向槽包括从前到后依次设置的第一导向槽1和第二导向槽3，所述第一导向槽1的槽宽大于所述第二导向槽3的槽宽，所述第二导向槽3的槽宽略大于所述板材的厚度，譬如说槽宽比板材的厚度大0.5mm-1mm；所述第一导向槽1从所述工作台板6-1的前端向前延伸，所述第一导向槽1包括两侧的第一导板1-1和第一槽底板1-2，所述第一导向槽的前端以第一槽底板为底板，后端以工作台板为底板；第二导向槽3的前端与所述第一导向槽1的后端相衔接，所述第二导向槽3包括两侧的第二导板3-1，所述第二导向槽3以所述工作台板6-1为第二槽底板。
所述第一导板1-1包括形成第一导向槽侧壁的角形板1-12和与所述工作台板连接的第一导板安装板1-13。
所述第二导向槽3还包括两个分别设置在所述第二导板3-1外侧的固定支撑板3-2，所述固定支撑板3-2呈L型，所述固定支撑板3-2包括与所述第二导板3-1固定连接的竖直板和与所述工作台板6-1连接的水平板；所述缺口3-3包括第一缺口和第二缺口，所述第二导板3-1上设有第一缺口，所述竖直板设有与所述第一缺口相对应的第二缺口。
两个所述第二导板3-1的材料为摩擦系数较小的聚四氟乙烯(又称特氟龙)。
所述开口6-11设置在所述第二槽底板上，且所述开口6-11的位置与所述激光位移传感器4相对应，所述开口6-11的下方设有水膜形成装置，所述水膜形成装置包括上方开口的容器10，所述容器10内装有与待检测板材表面水膜相同的液体，所述标定板11-4在不需要标定时，没入所述液体内。
所述光电开关2包括发射部分和接收部分，所述发射部分和接收部分分别设置在导向槽的两侧，具体的，发射部分和接收部分分别通过螺钉安装在两个所述第二导板3-1上。
还包括红外温度探头7，所述红外温度探头7通过红外温度探头支架8安装在所述工作台板6-1上，且所述红外温度探头7设置在所述激光位移传感器4的前方，所述第一导板1-1上设有与所述红外温度探头7相对应的圆孔1-11；
所述水膜形成装置上还包括温度传感器12、加热器13及温控器14，所述温度传感器12用于测量所述容器10内液体的实际温度，所述加热器13用于加热所述液体，所述温控器14用于控制所述液体的加热温度。
所述标定板上设有三个标定区域，在某一特定温度下(如25℃)，三个不同标准厚度的区域，记为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，三个区域的厚度分别记为δ1、δ2和δ3，通过控制所述标定板的旋转角度，可以使激光位移传感器分别照射这三个区域上不同的标定点记为A、B和C。
还包括控制系统，所述控制系统包括计算机、数据采集器、运动控制器驱动器、转换器和显示器，所述转换器为USB/RS485转换器，所述计算机通过数据采集器采集标定信号、光电开关的信号、两个所述激光位移传感器的信号和红外温度探头的信号，并通过运动控制器和驱动器对标定板驱动电机和滑台电机进行控制，且通过USB/RS485转换器设置温控器的温度设定值，完成标定，且计算机还与显示器连接，板材厚度的测量结果用显示器进行显示。
所述第一槽底板1-2为倾斜板，与所述工作台板的夹角在15-60°之间。
还包括壳体15，所述壳体15设置在所述工作台板6-1上，且所述壳体15覆盖所述激光位移传感器4、光电开关2和红外温度探头7。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：如图15-16所示，还包括吸水装置，所述吸水装置包括两组，每组吸水装置包括对称设置的两个吸水部件16，第一组吸水装置设置在所述第一导向槽1的前方，第二组吸水装置设置在标定板11-4的转动平面的两侧；
所述吸水部件16包括吸水辊驱动电机16-1、刚性联轴器16-3、吸水辊轴16-4和吸水辊16-5，所述吸水辊16-5套装在所述吸水辊轴16-4上，所述吸水辊驱动电机16-1的输出轴通过刚性联轴器16-3与所述吸水辊轴16-4连接，进而带动所述吸水辊轴16-4转动，进而带动所述吸水辊16-5转动，还包括吸水部件承载板16-7，所述吸水辊驱动电机16-1通过吸水辊电机安装支架16-2安装在所述吸水部件承载板16-7上，所述吸水辊16-5的一侧设有挤水片，所述挤水片16-6的一端压靠在所述吸水辊16-5上，用于将吸水辊16-5中的水挤出，另一端安装在所述吸水部件承载板16-7上，挤水片16-6也可以可安装在所述吸水辊16-5的任意一侧；吸水辊16-5的材料可以是海绵、布或其它可以吸水的材料；
所述第一组吸水装置的两个吸水辊16-5之间形成板材的初期通道，所述初期通道与所述第一导向槽1对齐；
所述第二组吸水装置的两个吸水辊16-5分别设置在标定板11-4转动平面的两侧，两个所述吸水辊16-5之间的间隙小于所述标定板11-4的厚度。
所述第一组吸水装置还包括两个初期导板20，所述初期导板20设在两个吸水辊16-5之间，两个所述初期导板20和两个所述吸水辊16-5之间的间隙共同形成所述初期通道，所述初期导板20上设有U型槽，所述U型槽与所述吸水辊16-5相适配，以使吸水辊16-5与板材接触。
第一组吸水装置还包括第一吸水装置支架，所述第一吸水装置支架包括放置板18和支腿19，所述第一吸水装置的吸水部件16通过支撑连接板17安装在所述放置板18上，所述放置板18通过所述支腿19安装在工作场所。
所述第二组吸水装置还包括第二吸水装置支架21，所述第二组吸水装置的吸水部件16通过所述第二吸水装置支架21安装在所述工作台板6-1的下端面上。
本发明中板材厚度检测工装的工作原理如下：
以圆形板材为例进行说明，在未进行板材厚度检测之前，根据以往的经验，用一个缺省的温度值设置温控器14的温度设定值，并通过温控器14对容器10中的液体进行温度控制；
从加工机床直接输送出的板材从第一组吸水装置形成的初期通道内通过，加工机床可以提供板材的输送动力，由吸水辊16-5去除板材上不稳定的液体，形成稳定且均匀的水膜，然后进入第一导向槽1内，由于第一导向槽1上的第一槽底板1-2为倾斜板，圆形板材可靠重力下滑至第二导向槽3内；
温度控制过程如下：首先由光电开关检测到板材，计算机通过数据采集器采集到该信号，然后计算机再通过数据采集器采集到红外温度探头7输出的信号，并以所测的实际温度值设置温控器的温度设定值；通过温度传感器12测量容器10中液体的实际温度，并通过加热器13对液体的温度进行控制。温度传感器12可以是半导体温度传感器(如DS18B20)、负温度系数热敏电阻、铂电阻、铜电阻或热电偶等；加热器通常为带护套的电阻式加热器。
标定信号来自于外部，譬如说待检测板材来自一台加工机床，在该加工机床的零件入口安装有光电开关，当检测到有零件开始送入，并且之前有较长时间(譬如说一分钟)没有零件送入时，自动发出一个标定信号，控制系统可以通过数据采集器采集该标定信号。
标定过程如下：控制系统接到标定信号后，通过运动控制器和驱动器控制滑台电机9-1旋转，螺母9-6将滑台电机9-1的输出轴的旋转运动转变为滑动块9-5沿着导轨9-3的直线运动，滑动块9-5通过滑动平台下板9-7带动滑动平台上板9-8和滑板9-4后退，滑板底板9-42后退打开开口6-11；同时，控制标定板驱动电机11-1带动标定板11-4穿过所述开口向位于两个激光位移传感器4之间的测量位置转动，标定板11-4在不工作时，一直浸没在容器10内的溶液中，标定板11-4向上旋转时，首先经过第二吸水装置中的两个吸水辊16-5，去除标定板11-4上的不稳定液体，在标定板11-4表面形成稳定且均匀的水膜；同时，需要特别说明的是，在标定板驱动电机11-1带动标定板11-4向位于两个激光位移传感器4之间的测量位置转动之前，温度控制已经完成，此时标定板11-4的温度应与板材的实际温度相同；当标定板11-4前端的标定区域11-41到达测量位置时，控制系统通过数据采集器采集两个激光位移传感器4的信号，进行标定计算以获得标定参数；标定完成后，控制系统控制标定板驱动电机11-1带动标定板11-4向容器10的方向转动，直到标定板11-4完全浸没于容器10所盛放的液体中，同时，控制滑台电机9-1旋转，带动滑动块9-5前移，并通过滑动平台下板9-7带动滑动平台上板9-8和滑板9-4前移，滑板底板9-42前移封闭所述开口6-11，待圆形板材翻滚至此处时，给予支撑，不至于使板材卡在所述开口6-11内。
激光位移传感器4的数学模型可表达为：式中l＝k·x+b，l为板材表面离开传感器零点的位移，x为激光位移传感器的输出结果；假设上述表达式中k是准确的，或在一定精确度范围内其误差可忽略不计，并且k＝1，只存在随环境因素而改变的偏差b，则可进行简单标定。
如图1所示，假设激光位移传感器S1、S2分别对应着本发明中的两个激光位移传感器，激光位移传感器S1的数学模型为：l1＝x1+b1，激光位移传感器S2的数学模型为：l2＝x2+b2，两个激光位移传感器的零点之间的距离为L，则被测零件的厚度为：
δ＝L–l1–l2.＝(L–b1–b2)–x1–x2＝L'–x1–x2 (1)
L'＝L–b1–b2
上式中，x1和x2分别为两个激光位移传感器4的输出，因此，只要确定了L'，就可以计算出被测零件的厚度.
标定时，将特定温度(如25℃)下具有标准厚度δ0的标定板的标定区域置于两个激光位移传感器之间，设这时两个激光位移传感器4的输出分别为x10和x20，则标定参数L'为
L'＝δ0+x10+x20
若要进行精确标定，假设激光位移传感器S1的数学模型为：l1＝k1·x1+b1，激光位移传感器S2的数学模型为：l2＝k2·x2+b2，两个激光位移传感器的零点之间的距离为L，则被测零件的厚度为：
δδ＝L–l1–l2.＝(L–b1–b2)–k1·x1–k2·x2＝L'–k1·x1–k2·x2 (2)
L'＝L–b1–b2
上式中，x1和x2分别为两个激光位移传感器4的输出，因此，需要确定三个参数L'、k1和k2，就可以计算出被测零件的厚度δ。
因此，精确标定需要标定板具有三个标准厚度值，如图11所示，标定板端部精密加工出三个特定温度(如25℃)下具有不同标准厚度的区域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ，三个区域的厚度分别为δ1、δ2和δ3，这三个区域上各设置一个标定点A、B和C，标定时，首先转动标定板使区域Ⅰ的A点位于两个激光位移传感器的激光照射点上，采集此时两个激光位移传感器的输出，分别记为x11和x21，成立
δ1＝L'–k1·x11–k2·x21 (3)
其次，转动标定板使区域Ⅱ的B点位于两个激光位移传感器的激光照射点上，采集此时两个激光位移传感器的输出，分别记为x12和x22，成立
δ2＝L'–k1·x12–k2·x22 (4)
最后，转动标定板11-4使区域Ⅲ的C点位于两个激光位移传感器4的激光照射点上，采集此时两个激光位移传感器4的输出，分别记为x13和x23，成立
δ3＝L'–k1·x13–k2·x23 (5)
解由式(3)、(4)和(5)组成的方程组，即可得到三个标定参数的值。
测量过程如下，当光电开关2探测到板材前缘到来时，延时一段时间以等待板材运动到两个激光位移传感器4之间的测量位置，然后，采样两个激光位移传感器4的输出x1和x2，并通过式(1)(简单标定的测量装置)或式(2)(精确标定的测量装置)计算出零件的厚度δ。
本发明还涉及一种板材厚度检测方法，采用上述板材厚度检测工装进行测量；具体包括以下步骤：
步骤1、控制系统中的计算机通过数据采集器对光电开关和标定信号进行采样；
步骤2、当探测到有效的标定信号时，启动一次标定过程；
步骤3、当探测到板材到来(光电开关输出有效信号)时，计算机通过数据采集器采集红外温度探头7输出的信号，并以所测的实际温度值设置温控器的温度设定值；计算机延时一段时间，以等待板材运动到两个激光位移传感器之间的测量位置，然后，计算机采样两个激光位移传感器的输出，并通过式(1)(简单标定的测量装置)或式(2)(精确标定的测量装置)计算出板材的厚度，并送到显示器显示。
标定过程如下：通过运动控制器和驱动器控制滑台电机9-1旋转，螺母9-6将滑台电机9-1的输出轴的旋转运动转变为滑动块9-5沿着导轨9-3的直线运动，滑动块9-5通过滑动平台下板9-7带动滑动平台上板9-8和滑板9-4后退，滑板底板9-42后退打开开口6-11；同时，控制标定板驱动电机11-1带动标定板11-4穿过所述开口向位于两个激光位移传感器4之间的测量位置转动，标定板11-4在不工作时，一直浸没在容器10内的溶液中，标定板11-4向上旋转时，首先经过第二吸水装置中的两个吸水辊16-5，去除标定板11-4上的不稳定液体，在标定板11-4表面形成稳定且均匀的水膜；同时，需要特别说明的是，在标定板驱动电机11-1带动标定板11-4向位于两个激光位移传感器4之间的测量位置转动之前，温度控制已经完成，此时标定板11-4的温度应与板材的实际温度相同；当标定板11-4前端的标定区域11-41到达测量位置时，控制系统通过数据采集器采集两个激光位移传感器4的信号，进行标定计算以获得标定参数；标定完成后，控制系统控制标定板驱动电机11-1带动标定板11-4向容器10的方向转动，直到标定板11-4完全浸没于容器10所盛放的液体中，同时，控制滑台电机9-1旋转，带动滑动块9-5前移，并通过滑动平台下板9-7带动滑动平台上板9-8和滑板9-4前移，滑板底板9-42前移封闭所述开口6-11。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种板材厚度检测工装，其特征在于，包括工作台、供板材输送的导向槽和激光位移传感器，所述导向槽和所述激光位移传感器均位于所述工作台上，所述激光位移传感器包括两个，分别设置在所述导向槽的两侧，所述导向槽的两槽壁上分别设有相对应的缺口，所述缺口与所述激光位移传感器对应，所述导向槽的前端一侧设有光电开关，所述导向槽的下端设有自动标定机构；
所述自动标定机构包括标定板驱动电机、标定板和连接板，所述连接板的一端与所述标定板驱动电机的输出轴连接，另一端与所述标定板的一端连接；
所述导向槽的底部设有开口，所述标定板和所述板材处于同一竖直平面内，当需要标定时，标定板向上转动，穿过所述开口到达两个激光位移传感器之间的测量位置。
2.根据权利要求1所述的板材厚度检测工装，其特征在于，所述工作台包括工作台板和支柱，所述工作台板支撑在多个所述支柱上，所述导向槽、激光位移传感器及光电开关均安装在所述工作台板上端；所述标定板驱动电机通过标定板驱动电机安装支架安装在所述工作台板下端。
3.根据权利要求2所述的板材厚度检测工装，其特征在于，还包括安装在所述工作台上的滑动机构，所述滑动机构包括滑板，所述滑板能够打开或封闭所述开口。
4.根据权利要求3所述的板材厚度检测工装，其特征在于，所述标定板上设有三个标定区域，通过控制所述标定板的旋转角度，可以使激光位移传感器分别照射这三个区域上不同的标定点上。
5.根据权利要求4所述的板材厚度检测工装，其特征在于，所述导向槽包括从前到后依次设置的第一导向槽和第二导向槽，所述第一导向槽的槽宽大于所述第二导向槽的槽宽；所述第一导向槽从所述工作台板的前端向前延伸，所述第一导向槽包括两侧的第一导板和第一槽底板，第二导向槽的前端与所述第一导向槽的后端相衔接，所述第二导向槽包括两侧的第二导板，所述第二导向槽以所述工作台板为第二槽底板。
6.根据权利要求5所述的板材厚度检测工装，其特征在于，所述开口设置在所述第二槽底板上，且所述开口的位置与所述激光位移传感器相对应，所述开口的下方设有水膜形成装置，所述水膜形成装置包括上方开口的容器，所述容器内装有与待检测板材表面水膜相同的液体，所述标定板在不需要标定时，没入所述液体内。
7.根据权利要求1-6任一项所述的板材厚度检测工装，其特征在于，还包括红外温度探头，所述红外温度探头通过红外温度探头支架安装在所述工作台板上，且所述红外温度探头设置在所述激光位移传感器的前方，所述第一导板上设有与所述红外温度探头相对应的圆孔；
所述水膜形成装置还包括温度传感器、加热器及温控器，所述温度传感器用于测量所述容器内液体的实际温度，所述加热器用于加热所述液体，所述温控器用于控制所述液体的加热温度。
8.根据权利要求7所述的板材厚度检测工装，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括计算机、数据采集器、运动控制器、驱动器、转换器和显示器，所述计算机通过数据采集器采集标定信号、光电开关的信号、两个所述激光位移传感器的信号和红外温度探头的信号，并通过运动控制器和驱动器对标定板驱动电机和滑台电机进行控制，且通过转换器设置温控器的温度设定值，完成标定，以及对板材进行厚度测量，且计算机还与显示器连接，板材厚度的测量结果用显示器进行显示。
9.根据权利要求8所述的板材厚度检测工装，其特征在于，还包括吸水装置，所述吸水装置包括两组，每组吸水装置包括对称设置的两个吸水部件，第一组吸水装置设置在所述第一导向槽的前方，第二组吸水装置设置在标定板的转动平面的两侧；
所述吸水部件包括吸水辊驱动电机、刚性联轴器、吸水辊轴和吸水辊，吸水辊轴通过刚性联轴器与吸水辊驱动电机的输出轴相连，所述吸水辊套装在所述吸水辊轴上，所述吸水辊驱动电机带动所述吸水辊轴转动，进而带动所述吸水辊转动，还包括吸水部件承载板，所述吸水辊驱动电机通过吸水辊电机安装支架安装在所述吸水部件承载板上，所述吸水辊的一侧设有挤水片，所述挤水片的一端压靠在所述吸水辊上，另一端安装在所述吸水部件承载板上。
10.一种板材厚度的检测方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述检测工装。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20191210 |
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