CN111156894A

CN111156894A - 一种粗糙度测量装置及方法

Info

Publication number: CN111156894A
Application number: CN202010114910.8A
Authority: CN
Inventors: 罗坚义; 胡佳佳; 陆勇; 陈宥彬; 劳科特; 黄景诚
Original assignee: Wuyi University
Current assignee: Wuyi University
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2020-05-15

Abstract

本发明公开了一种粗糙度测量装置及方法，其中装置包括载物台、施压模块、第一移动模块和数据处理模块，通过施压模块使粗糙度传感器以恒定压力与待测物接触，通过第一移动模块使粗糙度传感器以恒定速度沿第一方向往复运动，通过数据处理模块拟合粗糙度传感器在往复运动过程中的信号曲线，通过信号曲线反映出待测物的表面粗糙度。对于物体粗糙度测量实现数据化与图像化具备优异的转换能力，并能够真实还原物体表面中的较微小粗糙程度差异，精准度高。

Description

一种粗糙度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是一种粗糙度测量装置及方法。

背景技术

在仿生机器人方面，通过机器人能够模仿人类触摸的感觉。当机器人的手指与物体相接触，机器人可以通过传感器测量出力、振动、温度等数据，进而对物体有一个更加全面的了解，能够做到人类远程对物体的感知，实现更加优异的人机交互。这其中，物体的粗糙度也是一项重要的指标。

在粗糙度的测量中，光学测量的方法往往因为外界或其他因素的干扰，而对被测试物体有所限制。因为较为光滑物体表面发生的光的镜面反射多于漫反射，导致其无法测量一些较为光滑物体的表面形态特征；部分物体因具有吸光性，导致光学测量的方法无法准确接收其光反射，从而导致无法实现精准地测量，同时光学测量的方法往往伴随着较高的成本。

使用物理接触式的测量方法同样有着诸多因素限制。物理探针法虽然测量精度较高，但有可能对物体表面造成伤害，因而无法应用于柔软或脆弱物体的表面。

因此，因此，能快速测量不同物质的粗糙度的测量装置，是工业生产中对数据化、简便化、轻量化发展的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种粗糙度测量装置及方法。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

本发明的第一方面，一种粗糙度测量装置，包括：

载物台，用于放置待测物；

施压模块，所述施压模块朝向待测物的一端安装有粗糙度传感器，用于使所述粗糙度传感器以恒定压力与待测物接触；

第一移动模块，所述施压模块通过所述第一移动模块安装在所述载物台上，所述第一移动模块用于驱动所述施压模块以恒定速度沿第一方向往复运动；

数据处理模块，所述数据处理模块与所述粗糙度传感器连接，用于拟合所述粗糙度传感器的信号曲线。

根据本发明的第一方面，一种粗糙度测量装置，还包括显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接，所述显示模块用于显示所述信号曲线。

根据本发明的第一方面，所述施压模块包括固定部、第二移动模块和移动部，所述固定部与所述第一移动模块连接，所述粗糙度传感器安装在所述移动部，所述移动部通过所述第二移动模块滑动连接在所述固定部上，所述第二移动模块驱动所述移动部沿第二方向往复运动。

根据本发明的第一方面，所述第一方向位于所述载物台的表面所在的平面内，所述第二方向垂直于所述第一方向。

根据本发明的第一方面，所述施压模块沿第一方向往复运动的恒定速度的大小范围为1mm/min至1000mm/min。

根据本发明的第一方面，所述粗糙度传感器与待测物间的所述恒定压力的大小范围为0.01mN至2N。

根据本发明的第一方面，所述粗糙度传感器受到挤压时，电阻变化。

根据本发明的第一方面，所述粗糙度传感器受到挤压时，压缩形变量与电阻成反比关系。

根据本发明的第一方面，所述粗糙度传感器由柔性材料制成。

本发明的第二方面，一种粗糙度测量方法，应用如本发明第一方面所述的一种粗糙度测量装置，包括以下步骤：

使粗糙度传感器以恒定压力与待测物接触；

使粗糙度传感器以恒定速度沿第一方向往复运动；

拟合粗糙度传感器在往复运动过程中的信号曲线。

上述技术方案至少具有以下的有益效果：对于物体粗糙度测量实现数据化与图像化具备优异的转换能力，并能够真实还原物体表面中的较微小粗糙程度差异，精准度高。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一种粗糙度测量装置的结构图；

图2是本发明实施例一种粗糙度测量方法的流程图；

图3是采用本发明实施例一种粗糙度测量装置测量具有6个凸起的待测物得到的波形图；

图4是采用本发明实施例一种粗糙度测量装置测量具有25个凸起的待测物得到的波形图；

图5是采用本发明实施例一种粗糙度测量装置测量具有50个凸起的待测物得到的波形图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1，本发明的一个实施例，提供了一种粗糙度测量装置，包括：

载物台10，用于放置待测物；

施压模块20，施压模块20朝向待测物的一端安装有粗糙度传感器24，用于使粗糙度传感器24以恒定压力与待测物接触；

第一移动模块30，施压模块20通过第一移动模块30安装在载物台10上，第一移动模块30用于驱动施压模块20以恒定速度沿第一方向往复运动；

数据处理模块40，数据处理模块40与粗糙度传感器24连接，用于拟合粗糙度传感器24的信号曲线。

在该实施例中，只需将待测物放置到载物台10上，然后启动施压模块20。施压模块20使粗糙度传感器24与待测物接触，此时粗糙度传感器24与待测物相互间存在一个压力，会使粗糙度传感器24产生压缩形变量。然后第一移动模块30驱动施压模块20沿第一方向往复运动，此过程中粗糙度传感器24将扫过待测物的表面。待测物凹凸不平的表面将使粗糙度传感器24产生形变，从而产生信号。数据处理模块40接收粗糙度传感器24的信号，拟合出信号曲线，信号曲线将反映出与待测物凹凸不平的表面相同的形状，从而客观直接地表现出待测物的表面的粗糙度。

另外，载物台10设有待测物固定座，用于固定待测物。待测物固定座可以通过机械结构将待测物夹持，也可以通过气缸和吸嘴将待测物吸住。

进一步，一种粗糙度测量装置，还包括显示模块，显示模块与数据处理模块40连接，显示模块用于显示信号曲线。具体地，显示模块可以是各种输出设备，例如手机端显示屏或计算机显示屏等。能直观地表现信号曲线。

进一步，施压模块20包括固定部21、第二移动模块22和移动部23，固定部21与第一移动模块30连接，粗糙度传感器24安装在移动部23，移动部23通过第二移动模块22滑动连接在固定部21上，第二移动模块22驱动移动部23沿第二方向往复运动。

在该实施例中，施压模块20通过第二移动模块22驱动移动部23及移动部23上的粗糙度传感器24下降至与粗糙度传感器24与待测物接触的位置，且此时粗糙度传感器24压向待测物的压力与设定的恒定压力相等。测试完成后，施压模块20通过第二移动模块22驱动上升，使粗糙度传感器24不再接触待测物。

具体地，第一方向位于载物台10的表面所在的平面内，第二方向垂直于第一方向。

另外，第一移动模块30和第二移动模块22可以是丝杆滑台、气缸推杆或其他驱动设备。

具体地，在该实施例中，施压模块20沿第一方向往复运动的恒定速度的大小范围为1mm/min至1000mm/min。粗糙度传感器24与待测物间的恒定压力的大小范围为0.01mN至2N。当然在其他实施例中，根据实际需求，恒定速度和恒定压力的值可以取其他数值。

进一步，粗糙度传感器24受到挤压时，电阻变化。具体地，粗糙度传感器24受到挤压时，压缩形变量与电阻成反比关系。即待测物的表面的一处越凸，压缩形变量越大，则电阻越小；待测物的表面的一处越凹，压缩形变量越小，则电阻越大。

具体地，粗糙度传感器24由柔性材料制成。

参照图2，本发明的另一个实施例，提供了一种粗糙度测量方法，应用如上所述的一种粗糙度测量装置，包括以下步骤：

步骤S100、使粗糙度传感器24以恒定压力与待测物接触；

步骤S200、使粗糙度传感器24以恒定速度沿第一方向往复运动；

步骤S300、拟合粗糙度传感器24在往复运动过程中的信号曲线。

另外，还可以将信号曲线输出至显示模块进行直观显示。

在该实施例中，对于物体粗糙度测量实现数据化与图像化具备优异的转换能力，并能够真实还原物体表面中的较微小粗糙程度差异，精准度高。

具体地，通过该粗糙度测量装置对三种待测物进行粗糙度测量。该三种待测物具有相同的材质，但表面粗糙度不同，分别具有6个凸起、25个凸起和50个凸起。另外每个凸起的高度相同。该粗糙度测量装置以相同的起始位置、起始高度、恒定速度和恒定压力对三种待测物进行粗糙度测量，得到如图3至图5所示的波形图，波形图的横坐标代表的是距离，是指粗糙度传感器移动距离，单位是毫米；波形图的中坐标代表的是粗糙度传感器的电导信号，单位是西。

对图3至图5的波形图分析可得，发现每一组关系曲线的波峰数量正好对应每种待测物的表面的凸起的数量。每一组关系曲线的每一个波峰的高度基本相同，对应每个凸起的高度相同。通过移动速度对路程进行计算，每一组的每一个波峰的位置对应于待测物表面凸起的位置。从上可以很好地说明，该粗糙度测量装置能够很好地反映物体表面实际起伏情况，而且不存在着波形缺失，或者在对实物与测试数据得到的波形图进行比对时相差大的情况。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种粗糙度测量装置，其特征在于，包括：

载物台，用于放置待测物；

2.根据权利要求1所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述数据处理模块连接，所述显示模块用于显示所述信号曲线。

3.根据权利要求1所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述施压模块包括固定部、第二移动模块和移动部，所述固定部与所述第一移动模块连接，所述粗糙度传感器安装在所述移动部，所述移动部通过所述第二移动模块滑动连接在所述固定部上，所述第二移动模块驱动所述移动部沿第二方向往复运动。

4.根据权利要求3所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述第一方向位于所述载物台的表面所在的平面内，所述第二方向垂直于所述第一方向。

5.根据权利要求1所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述施压模块沿第一方向往复运动的恒定速度的大小范围为1mm/min至1000mm/min。

6.根据权利要求5所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述粗糙度传感器与待测物间的所述恒定压力的大小范围为0.01mN至2N。

7.根据权利要求1所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述粗糙度传感器受到挤压时，电阻变化。

8.根据权利要求7所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述粗糙度传感器受到挤压时，压缩形变量与电阻成反比关系。

9.根据权利要求8所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，所述粗糙度传感器由柔性材料制成。

10.一种粗糙度测量方法，应用如权利要求1至9任一项所述的一种粗糙度测量装置，其特征在于，包括以下步骤：

使粗糙度传感器以恒定压力与待测物接触；

使粗糙度传感器以恒定速度沿第一方向往复运动；

拟合粗糙度传感器在往复运动过程中的信号曲线。