CN111272058B - 接触式厚度测量装置、使用该装置的系统及其测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及厚度测量技术领域,特别涉及一种接触式厚度测量装置、使用该装置的系统及其测量方法。包括第一卡件、第二卡件、伸缩部、第一导向部、第二导向部、基座部以及位移传感部,伸缩部的其中一个伸缩端用于驱动第一卡件沿第一导向部运动,伸缩部的另一个伸缩端用于驱动第二卡件沿第二导向部运动,第一卡件与第二卡件的相对运动方向平行于伸缩部的伸缩方向,第一卡件与第二卡件之间形成测量口,基座部用于为第一导向部和第二导向部提供支撑,位移传感部用于测量伸缩部的位移量。本方案避免了需要对被测物体位置进行调整的过程,有效的减少了机械设备的投入,降低了测量的难度,提高了测量的精度,降低了生产成本,使得测量过程更为快速高效。

Description

接触式厚度测量装置、使用该装置的系统及其测量方法
技术领域
本发明涉及厚度测量技术领域,特别涉及一种接触式厚度测量装置、使用该装置的系统及其测量方法。
背景技术
目前,工业生产中许多场合需要使用接触式测量方法确定生产来料或成品厚度,特别是一些特殊材料,如玻璃等透明材料,由于材料特点无法使用激光测量等新型测量方式,只能使用接触式测量方法。
当前生产线中常用的连续在线测量装置,都需要被测物件与测量装置之间有固定位置基准且误差较小才能确保测量精度。例如在现有技术中,一般存在下列两种情况:
1、使用两个卡件夹住被测物体,两个卡件均通过气缸等驱动装置进行驱动,并夹持住被测物体,再结合两个卡件的移动行程来计算出被测物体的厚度;气缸的一端一般支撑在一个固定点上,另一端则用于伸缩来带动卡件移动,这样首先会增加气缸的数量,即气缸的数量为两个,会导致机械结构增加;其次由于气缸的一端通过固定点支撑,则气缸所连接的卡件的基准就会被相对固定,若是被测物体与卡件的基准相差较大,则需要调整被测物体的位置以适应已定的基准,因此适用范围会相对较小,且操作也会更加繁琐。
2、将下方卡件的基准固定,即将位于下方的卡件作为支撑面,并将被测物体放置于由下方卡件形成的支撑面上,这样在实际测量时,仅上方卡件通过气缸等驱动装置进行驱动,并夹持住被测物体,再结合上方卡件的移动行程来计算出被测物体的厚度。该方式中,下方卡件的基准完全被固定,因此必须完全令被测物体适应下方卡件的基准才能完成测量,局限性更加明显。
上述两种方式中,都存在需要调整被测物体基准的问题,为了提高测量精度要求,被测物体所在平台机械精度非常高,如果对被测物体的位置进行调整,这无疑增加了测量的难度,使得测量过程更为繁琐,机械设备投入量更大,并在一定程度上影响测量精度。
为此我们提出了一种接触式厚度测量装置、使用该装置的系统及其测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接触式厚度测量装置、使用该装置的系统及其测量方法,以至少解决背景技术中提到的部分技术问题。
为了实现上述目的,本发明采取以下技术方案:
一种接触式厚度测量装置,包括第一卡件、第二卡件、伸缩部、第一导向部、第二导向部、基座部以及位移传感部,伸缩部的其中一个伸缩端用于驱动第一卡件沿第一导向部运动,伸缩部的另一个伸缩端用于驱动第二卡件沿第二导向部运动,第一卡件与第二卡件的相对运动方向平行于伸缩部的伸缩方向,第一卡件与第二卡件之间形成测量口,基座部用于为第一导向部和第二导向部提供支撑,位移传感部用于测量伸缩部的位移量。
可选的,伸缩部沿竖向方向伸缩,第二卡件位于第一卡件的正上方。
可选的,第一卡件通过伸缩部的上伸缩端驱动,第二卡件通过伸缩部的下伸缩端驱动。
可选的,第一导向部包括第一活动部和第一固定部,第一活动部与第一固定部活动卡接以带动第一卡件相对于第一固定部竖向运动,第二导向部包括第二活动部与第二固定部,第二活动部与第二固定部活动卡接以带动第二卡件相对于第二固定部竖向运动。
可选的,第一固定部为设置在基座部上的导向杆,第一活动部为与第一卡件连接的连接块,连接块上开设有与导向杆匹配的第一导向孔,第二活动部为与第二卡件连接的连接杆,第二固定部为开设在连接块上且与连接杆相匹配的第二导向孔。
可选的,伸缩部为气缸,气缸的上伸缩端与第一卡件连接,气缸的下伸缩端与连接杆连接。
可选的,位移传感部为磁致伸缩位移传感器,包括本体和可在本体上滑动的磁环,本体通过第一连接件与连接杆连接,磁环通过第二连接件与连接块连接。
可选的,第二卡件和第一卡件上均连接有可与被测物体接触的滚轮。
一种接触式厚度测量系统,包括横梁、水平驱动部、支撑底座以及多个接触式厚度测量装置,多个接触式厚度测量装置通过基座部均布在横梁上,横梁通过水平驱动部在支撑底座上沿水平方向运动。
一种接触式厚度测量装置的测量方法,包括以下步骤:
A、在第一卡件和第二卡件之间形成的测量口距离最小时,记录位移传感器对伸缩部的测量数值L1;
B、第一卡件和第二卡件之间形成的测量口距离最大时,记录位移传感器对伸缩部的测量数值L2;
C、当第一卡件和第二卡件之间形成的测量口夹住被测物体时,记录位移传感器对伸缩部的测量数值L3;
D、被测物体的厚度符合以下公式:
L=|L2-L1|-|L3-L1|。
有益效果:在本方案中,有效的利用伸缩部的两端对第一卡件和第二卡件进行驱动,从而有效的实现了测量装置结构的简化以及优化,由于伸缩部与第一卡件和第二卡件组成了一个组合体,因此伸缩部无需固定在其他固定点上,使得该组合体具有更大的自由度,能够根据被测物体的位置进行调整,从而避免了需要对被测物体位置进行调整的过程,有效的减少了机械设备的投入,降低了测量的难度,提高了测量的精度,降低了生产成本,使得测量过程更为快速高效。
附图说明
图1是本发明的后视结构图。
图2是本发明的正视结构图。
图3是本发明的应用结构示意图。
附图标记:
1、第一卡件;2、第二卡件;3、伸缩部;4、测量口;5、基座部;6、位移传感部;7、第二导向孔;8、导向杆;9、连接块;10、连接杆;11、本体;12、磁环;13、第一连接件;14、第二连接件;15、滚轮;16、横梁;17、水平驱动部;18、支撑底座;19、限位部;20、销轴;21、U型件。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
一种接触式厚度测量装置,包括第一卡件1、第二卡件2、伸缩部3、第一导向部、第二导向部、基座部5以及位移传感部6,伸缩部3的其中一个伸缩端用于驱动第一卡件1沿第一导向部运动,伸缩部3的另一个伸缩端用于驱动第二卡件2沿第二导向部运动,第一卡件1与第二卡件2的相对运动方向平行于伸缩部3的伸缩方向,第一卡件1与第二卡件2之间形成测量口4,基座部5用于为第一导向部和第二导向部提供支撑,位移传感部6用于测量伸缩部3的位移量。
本方案中,通过设置伸缩部3可对第一卡件1和第二卡件2施以外力,由于第一卡件1可沿第一导向部移动,而第二卡件2可沿第二导向部移动,且第一卡件1和第二卡件2的相对移动方向与伸缩部3的伸缩方向一致,因此在伸缩部3的驱动下,第一卡件1则沿第一导向部移动,而第二卡件2则沿第二导向部移动,从而实现测量口4的开合。
在本方案中,伸缩部3的两个伸缩端分别用于驱动第一卡件1和第二卡件2,而第一卡件1和第二卡件2又相对于第一导向部和第二导向部相对自由,因此伸缩部3本身也具有良好的自由度,即在外力的情况下,伸缩部3本身也可在伸缩方向上移动。这就会使伸缩部3、第一卡件1以及第二卡件2之间形成一个组合体,该组合体在外力的干预下,可沿着伸缩方向移动,这样的话,第一卡件1或第二卡件2相对于被测物体的基准则可根据被测物体进行调整。
需要注意的是,在本方案中,伸缩部3实际上只设有一个,但是其两个伸缩端均能发挥作用,这区别于现有技术。在现有技术中,伸缩部3的一端一般支撑在一个固定点上,另一端则用于伸缩来带动卡件移动,这样首先会增加伸缩部3的数量,即伸缩部3的数量为两个,其次由于伸缩部3的一端通过固定点支撑,则伸缩部3所连接的卡件的基准就会被确定,若是被测物体与卡件的基准不一致,则需要调整被测物体的位置以适应已定的基准,因此适用范围会相对较小,且操作也会更加繁琐,设备的机械结构投入量也会加大。
本装置在具体使用时,首先可根据被测物体的位置确定一个大致基准,即通过人工或其他外力移动由伸缩部3、第一卡件1以及第二卡件2形成的组合体,使得第一卡件1和第二卡件2之间形成的测量口4大致正对于被测物体,上面已经提到,第一卡件1和第二卡件2有一定的自由度,因此该移动过程较为简易,不需要繁琐的操作,相比与对被测物体进行移动所带来的机械设备投入量加大以及测量过程的繁琐化的问题,本装置具有结构简单、设计精巧且使用效果显著的特点。
当测量口4位置大致确定后,伸缩部3开始工作,逐渐伸长或者缩短,第一卡件1和第二卡件2则也相对应的移动,使得测量口4逐渐缩小。在不考虑其它外力例如第一导向部和第二导向部所受阻力的情况下,第一卡件1和第二卡件2会同步移动,在受到阻力的情况下,则会出现第一卡件1和第二卡件2不同步的情况,但这都不会影响实际测量。由于被测物体不可能完全位于测量口4的正中位置,且存在第一卡件1和第二卡件2运动不同步的情况,因此会出现第一卡件1或第二卡件2中有一个优先接触到被测物体的情况,接触先后则取决于被测物体与第一卡件1和第二卡件2之间的距离。
下面以被测物体优先与第一卡件1接触的情形举例,当第一卡件1与被测物体接触后,第一卡件1在被测物体的限位下则无法继续移动,此时伸缩部3还在继续工作,从而继续带动第二卡件2移动,最终使得第一卡件1和第二卡件2得以夹住被测物体,此时伸缩部3则停止工作,在位移传感部6的作用下,伸缩部3的实际位移量得以测出,再经过计算则可得出被测物体的实际厚度,具体的计算方法可见下文,暂不赘述。
通过上述描述可见,在本方案中,有效的利用伸缩部3的两端对第一卡件1和第二卡件2进行驱动,从而有效的实现了测量装置结构的简化以及优化,由于伸缩部3与第一卡件1和第二卡件2组成了一个组合体,因此伸缩部3无需固定在其他固定点上,使得该组合体具有更大的自由度,能够根据被测物体的位置进行调整,从而避免了需要对被测物体位置进行调整的过程,有效的减少了机械设备的投入,降低了测量的难度,提高了测量的精度,降低了生产成本,使得测量过程更为快速高效。
需要注意的是,为了避免伸缩部3的功率过大而对被测物体造成挤压破坏,工作人员可根据被测物体的实际材料选择适合功率大小的伸缩部3,伸缩部3可采用常规的气缸、液压缸、电动推杆等均可,伸缩部3的功率可以恰好等于第一卡件1和第二卡件2移动所需要克服的阻力或者略大于该阻力即可。
在本方案中第一导向部和第二导向部均可采用常规的导向机构,例如通过相配合的柱体和筒体进行导向或者具有卡接结构的滑块和滑槽进行导向均可,而第一卡件1和第二卡件2均可连接在导向结构的活动端,非活动端则可通过基座部5进行支撑。
位移传感部6则可选用常规的位移传感器即可,位移传感器的两端可分别对应伸缩部3的两端进行直接或者间接的连接。
伸缩部3沿竖向方向伸缩,第二卡件2位于第一卡件1的正上方。
在本方案中,则对伸缩部3、第一卡件1以及第二卡件2的位置进行了优化,即第一卡件1和第二卡件2在竖向上移动,在重力的作用下,第一卡件1会位于第一导向部行程范围内的最底端,并且保持这个平衡,从而会使得测量口4的位置相对固定,从而也可使得待测物体的位置得以大致上确定,这样可以便于后期大批量同类物品的测量。
当伸缩部3工作时,在重力的作用下,第二卡件2会先下降并与被测物体接触,之后第二卡件2再相应的上升,从而夹持住待测物体。
第一卡件1通过伸缩部3的上伸缩端驱动,第二卡件2通过伸缩部3的下伸缩端驱动。
本方案则是对伸缩部3伸缩端与第一卡件1和第二卡件2之间的驱动位置关系进行优化,当伸缩部3处在未伸缩状态时,第一卡件1和第二卡件2可为相互远离状态,当伸缩部3伸长时,伸缩部3的上伸缩端带动第一卡件1向上运动,伸缩部3的下伸缩端带动第二卡件2向下运动,从而使得第一卡件1和第二卡件2相靠近,进而对待测物体进行夹持。这样设置会使得伸缩部3在未工作状态时,第一卡件1和第二卡件2处于待工作的最优状态,即伸缩部3处在收缩状态时,第一卡件1和第二卡件2形成的测量口4位于最大,从而便于待测物体的放入,进而有效的优化了工作效率。
第一导向部包括第一活动部和第一固定部,第一活动部与第一固定部活动卡接以带动第一卡件1相对于第一固定部竖向运动,第二导向部包括第二活动部与第二固定部,第二活动部与第二固定部活动卡接以带动第二卡件2相对于第二固定部竖向运动。
本方案则是对第一导向部和第二导向部的进一步公开,通过上述设置则可使得第一卡件1通过第一活动部相对于第一固定部竖向运动,使得第二卡件2通过第二活动部相对于第二固定部竖向运动,其中第一固定部和第二固定部也均可设置在基座部5上,从而为第一活动部和第二活动部的运动提供受力面。
第一固定部为设置在基座部5上的导向杆8,第一活动部为与第一卡件1连接的连接块9,连接块9上开设有与导向杆8匹配的第一导向孔,第二活动部为与第二卡件2连接的连接杆10,第二固定部为开设在连接块9上且与连接杆10相匹配的第二导向孔7。
本方案则是对第一导向部和第二导向部的结构进行了具体的公开,由于第一卡件1和第二卡件2为竖向设置,且由伸缩部3、第一卡件1以及第二卡件2形成的组合体具有较大的自由度,因此需承受较大的重力,为此,可设置连接块9,在伸缩部3处在未工作状态下,第一连接块9在重力的作用下会通过基座部5支撑,从而为整个组合体提供支撑,这样可以有效避免所有重量都由第一卡件1来承担,从而减少对第一卡件1的损伤。
连接块9开设有第一导向孔则可与基座部5上的导向杆8配合,实现了连接块9与导向杆8之间的滑动连接,从而为第一卡件1竖向运动提供了轨道。本方案还对第二导向部的位置进行了优化,即第二固定部设置在第一固定部上,首先通过连接杆10在第二导向孔7内运动可实现这二者之间的相对滑动,为第二卡件2竖向运动提供运动轨道,其次连接块9还会对连接杆10形成限位,从而有效保证第一卡件1和第二卡件2之间的相对位置的稳定,进而提供结构整体的测量精度。
优选地,导向杆8上可设置限位部19,并通过限位部19限制连接块9在导向杆8上的行程,该限位部19可设置在导向杆8的下方,起到对第一卡件1最下方位置的确定,从而便于调节第一卡件1的高度,即调整组合体的高度,该限位部19可滑动卡接在导向杆8上,例如限位部19包括一个限位块,该限位块套设在导向杆8上,限位块与导向杆8之间通过顶丝调节固定。该限位部19也可设置在导向杆8的顶端,起到防止连接块9从导向杆8上滑脱的效果。
优选地,第二导向孔7内安装有石墨铜套。
伸缩部3为气缸,气缸的上伸缩端与第一卡件1连接,气缸的的下伸缩端与连接杆10连接。
本方案则是对伸缩部3的具体结构以及其连接关系进行了公开。优选地,气缸包括位于底部的外缸以及位于顶部的内缸,内缸则可相对于外缸升降,从而上伸缩端可理解为内缸,而下伸缩端可理解为外缸,外缸的外壁可与连接杆10之间通过常规手段进行固定,而内缸的顶部则可直接作用于第一卡件1。
位移传感部6为磁致伸缩位移传感器,包括本体11和可在本体11上滑动的磁环12,本体11通过第一连接件13与连接杆10连接,磁环12通过第二连接件14与连接块9连接。
本方案则是对位移传感部6的具体结构以及连接关系进行了公开,通过上述结构可有效实现对伸缩部3的位移量的测量。优选地,还可对第一连接件13进行优化,第一连接件13上开设有用于连接杆10贯穿的通孔,该通孔与连接杆10之间可通过顶丝进行固定限位,而本体11与第一连接件13则可通过卡接的方式进行连接,现有技术中,本体11沿长度方向的两侧均开设有卡槽,第一连接件13则对应该卡槽设有卡块,通过卡槽和卡块的卡合实现本体11与第一连接件13的固定,从而实现了第一连接件13对本体11和连接杆10之间的固定。通过第一连接件13上设置卡块以及通孔,可有效解决杆状的连接杆10与块状的本体11之间的连接,且符合二者本身的结构特点,从而使得连接杆10与本体11之间的安装方便快捷。
第二卡件2和第一卡件1上均转动连接有可与被测物体接触的滚轮15。
当第一卡件1和第二卡件2对被测物体进行夹持时,通过设置滚轮15,可使得滚轮15与被测物体进行接触,即通过滚轮15对被测物品进行夹持,这样设置的好处是可以允许被测物体产生一定的位移量,从而减少对被测物体的磨损或破坏。
优选地,第一卡件1的滚轮15通过销轴20固定,该销轴20的两端可延伸出滚轮15的外部,销轴20的两端可通过U型件21的两臂固定,而U型件21的底部则可与气缸的顶端相连接,从而使得气缸得以稳定的对第一卡件1进行支撑。
一种接触式厚度测量系统,包括横梁16、水平驱动部17、支撑底座18以及多个接触式厚度测量装置,多个接触式厚度测量装置通过基座部5均布在横梁上,横梁16通过水平驱动部17在支撑底座18上沿水平方向运动。
本方案则是对测量装置的具体应用进行优化,通过设置横梁16可同时安装多个测量装置,从而便于进行高效快速的测量,设置支撑底座18可为横梁16提供支撑,通过设置水平驱动部17则便于推动横梁16水平运动,从而将测量口4推至待测物体,提高工作效率,水平驱动部17可采用常规装置,例如气缸、液压缸等。
一种接触式厚度测量装置的测量方法,包括以下步骤:
A、在第一卡件1和第二卡件2之间形成的测量口4距离最小时,记录位移传感器对伸缩部3的测量数值L1;
B、第一卡件1和第二卡件2之间形成的测量口4距离最大时,记录位移传感器对伸缩部3的测量数值L2;
C、当第一卡件1和第二卡件2之间形成的测量口4夹住被测物体时,记录位移传感器对伸缩部3的测量数值L3;
D、被测物体的厚度符合以下公式:
L=|L2-L1|-|L3-L1|。
本方案则是对应本装置的测量方法,在使用时:
标零:在测量装置进行第一次厚度测量前进行标零,控制伸缩部3伸出,带动第一卡件1和第二卡件2相对运动并紧贴。同时读出位移传感部6的值L1。标零只在厚度测量装置首次使用、机械检修、位移传感部6维护后进行一次。
测量前准备:控制伸缩部3缩回,带动第一卡件1和第二卡件2向相反方向运动到最大打开状态,为厚度测量作准备。
测量:当被测物体进入第一卡件1和第二卡件2的测量口4后,读出位移传感部6当前值L2。控制伸缩部3伸长,带动第一卡件1和第二卡件2相对运动并与被测物体上下表面紧贴后,读出位移传感部6的值L3。
测量完成回位:当测量完成后,控制伸缩部3缩回,带动第一卡件1和第二卡件2相反运动至最大打开位置,为下次测量作准备。
厚度计算。根据上述步骤读取的位移传感部6不同状态值L1、L2、L3,进行如下计算:
(1)求厚度测量前第一卡件1和第二卡件2间之间开口值L4,L4=|L2-L1|。
(2)求与被测物体接触过程中第一卡件1和第二卡件2所移动的位移L5,L5=|L3-L1|。
(3)求被测物体厚度L6,L6=L4-L5。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种接触式厚度测量装置,其特征在于,包括第一卡件、第二卡件、伸缩部、第一导向部、第二导向部、基座部以及位移传感部,所述伸缩部的其中一个伸缩端用于驱动所述第一卡件沿所述第一导向部运动,所述伸缩部的另一个伸缩端用于驱动所述第二卡件沿所述第二导向部运动,所述第一卡件与所述第二卡件的相对运动方向平行于所述伸缩部的伸缩方向,所述第一卡件与所述第二卡件之间形成测量口,所述基座部用于为所述第一导向部和所述第二导向部提供支撑,所述位移传感部用于测量所述伸缩部的位移量;
所述第一导向部包括第一活动部和第一固定部,所述第一活动部与第一固定部活动卡接以带动所述第一卡件相对于所述第一固定部竖向运动,所述第二导向部包括第二活动部与第二固定部,所述第二活动部与所述第二固定部活动卡接以带动所述第二卡件相对于所述第二固定部竖向运动;
所述第一固定部为设置在所述基座部上的导向杆,所述第一活动部为与所述第一卡件连接的连接块,所述连接块上开设有与所述导向杆匹配的第一导向孔,所述第二活动部为与所述第二卡件连接的连接杆,所述第二固定部为开设在所述连接块上且与所述连接杆相匹配的第二导向孔;
所述伸缩部为气缸,所述气缸的上伸缩端与第一卡件连接,所述气缸的下伸缩端与所述连接杆连接;
所述位移传感部为磁致伸缩位移传感器,包括本体和可在本体上滑动的磁环,所述本体通过第一连接件与所述连接杆连接,所述磁环通过第二连接件与所述连接块连接。
2.根据权利要求1所述的接触式厚度测量装置,其特征在于,所述伸缩部沿竖向方向伸缩,所述第二卡件位于所述第一卡件的正上方。
3.根据权利要求2所述的接触式厚度测量装置,其特征在于,所述第一卡件通过所述伸缩部的上伸缩端驱动,所述第二卡件通过所述伸缩部的下伸缩端驱动。
4.根据权利要求1所述的接触式厚度测量装置,其特征在于,所述第二卡件和第一卡件上均连接有可与被测物体接触的滚轮。
5.一种接触式厚度测量系统,其特征在于,包括横梁、水平驱动部、支撑底座以及多个如权利要求1至4任意一项所述的接触式厚度测量装置,多个所述接触式厚度测量装置通过基座部均布在所述横梁上,所述横梁通过水平驱动部在所述支撑底座上沿水平方向运动。
6.一种采用权利要求1至4中任一项所述的接触式厚度测量装置的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、在第一卡件和第二卡件之间形成的测量口距离最小时,记录位移传感器对伸缩部的测量数值L1;
B、第一卡件和第二卡件之间形成的测量口距离最大时,记录位移传感器对伸缩部的测量数值L2;
C、当第一卡件和第二卡件之间形成的测量口夹住被测物体时,记录位移传感器对伸缩部的测量数值L3;
D、被测物体的厚度符合以下公式:
L=|L2-L1|-|L3-L1|。
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