CN114166155A - 一种板材表面形貌测定装置及其测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于木材加工领域，具体涉及一种板材表面形貌测定装置，包括输送模块、第一感应模块、控制模块及测距模块，所述输送模块用以对板材进行水平输送，所述控制模块分别与第一感应模块和测距模块电连接，所述第一感应模块用以感应检测板材的到来并向控制模块传输信息，测距模块包括至少一排测距传感器，其用以对板材表面进行测距，生成板材表面距离矩阵，所述控制模块根据第一感应模块传输来的信息控制测距模块的工作。通过本发明来测定板材表面形貌，能够全面、快速判断是否有翘曲变形、表面孔洞凹坑等缺陷，为自动化分选提供关键信息。
Description
技术领域
本发明属于木材加工领域，具体涉及一种板材表面形貌测定装置及其测定方法。
背景技术
在实木地板生产中，首先需要对地板坯料进行分选，将翘曲变形、表面漏结、凹坑等缺陷的地板坯料分选出来另行处理，目前主要依靠检测人员感官评定或结合塞尺等简单工具测定，劳动强度大，检测精度低，影响了生产效率的提高以及产品的质量。表面形貌定量测量可采用表面粗糙度测定仪测定，根据GB/T12472-2003探针测定范围小，取样范围在0.8-25mm，对于木材特别是管孔较大结构不均匀的材料，测量速度慢、数据变异大；此外还有价格昂贵的三维表面轮廓仪之类的设备可以实现非接触式测量，但测量范围仍然很小，一般单次采样范围仅1mm×1mm，而且速度较慢。而生产实际对于板坯精度也不用那么高，一般到毫米级即可，对于在线测量速度要求则比较高；而对成品的表面测量，采样范围太小代表性不足。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提出一种板材表面形貌测定装置及其测定方法来测定板材表面形貌，全面、快速判断是否有翘曲变形、表面孔洞凹坑等缺陷，为自动化分选提供关键信息。
本发明提供一种板材表面形貌测定装置，包括输送模块、第一感应模块、控制模块及测距模块，所述输送模块用以对板材进行水平输送，所述控制模块分别与第一感应模块和测距模块电连接，所述第一感应模块用以感应检测板材的到来并向控制模块传输信息，测距模块包括至少一排测距传感器，其用以对板材表面进行测距，生成板材表面距离矩阵，所述控制模块根据第一感应模块传输来的信息控制测距模块的工作。
进一步地，所述测距模块包括若干按阵列排布的测距传感器，测距传感器的排布与板材的上表面相对应。
进一步地，所述测定装置还包括第二感应模块，第二感应模块位于第一感应模块的后端，当第一感应模块感应到板材时，测距模块开始测距，当第二感应模块感应到板材时，测距模块停止测距。
进一步地，所述测距模块包括一排测距传感器，测距传感器的排布与板材的宽度相对应。
进一步地，所述输送模块上设置基板，所述基板用以支撑板材。
本发明还提供一种板材表面形貌测定方法，包括：
S100通过测距模块测量其与板材表面点阵列的距离，得到板材表面矩阵；
S200根据板材表面矩阵评估板材表面形貌。
进一步地，所述S100中，将板材固定在基板上，先通过测距模块测量其与基板表面点阵列的距离，以矩阵B存储，然后再通过测距模块测量其与板材表面点阵列的距离，以矩阵H存储，得到板材表面矩阵S＝B–H-tI，其中t为板材厚度，I为全1矩阵。
进一步地，所述S200的操作包括：计算表面性状的高宽比Str、峰顶点密度Spd、界面扩展面积比Sdr中的一种或多种参数，通过标准差、极差、不平度系数中的一种或多种指标来评估板材表面形貌。
进一步地，所述S200中，按照ISO25178计算表面性状的高宽比Str、峰顶点密度Spd、界面扩展面积比Sdr中的一种或多种参数。
进一步地，所述S200的操作包括根据板材表面矩阵建立板材的数字化三维表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过本发明来测定板材表面形貌，能够全面、快速判断是否有翘曲变形、表面孔洞凹坑等缺陷，为自动化分选提供关键信息。全面主要通过对整张板材或大面积采样实现，快速则是通过测距传感器的快速测量和数据程序化快速处理来实现，这是表面粗糙度测量仪或表面轮廓仪等类似仪器难以实现的，而且，本发明的成本要低得多，因此，对于生产应用具有实用价值。显然，该方法也可用于其他对精度要求不是特别高的材料或产品的表面形貌的定量测量。
附图说明
图1为本发明提供的一种板材表面形貌测定装置结构示意图；
图2为本发明提供的一种板材表面形貌测定装置电路原理图；
图3为本发明提供的一种板材表面形貌测定方法流程图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”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。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
请参阅图1和图2，一种板材表面形貌测定装置，包括输送模块1、第一感应模块2、控制模块3及测距模块4，所述输送模块1用以对板材5进行水平输送，所述控制模块3分别与第一感应模块2和测距模块3电连接，所述第一感应模块2用以感应检测板材5的到来并向控制模块3传输信息，测距模块4包括至少一排测距传感器，其用以对板材5表面进行测距，生成板材表面距离矩阵，所述控制模块3根据第一感应模块2传输来的信息控制测距模块4的工作。
参阅图1所述输送模块1上设置基板7，所述基板7用以支撑板材5。
在一些实施例中，所述测距模块4包括一排测距传感器，测距传感器的排布与板材5的宽度相对应，所述测定装置还包括第二感应模块6，第二感应模块6位于第一感应模块2的后端，当第一感应模块2感应到板材5时，测距模块4开始测距，并且每隔一小段时间测定一次，当第二感应模块6感应到板材5时，测距模块4停止测距，这样同样能够获得板材表面矩阵，并且所用的测距传感器更少，成本更低。
工作过程包括：待测板材5随着运输模块1前进，必要时(如板材很薄)待测板材5固定在基板7上，当到达第一感应模块2时，测距模块4阵列开始连续测定距离板材5表面的距离，当板材5到达第二感应模块6时，测距模块4停止测量并将数据发送到控制模块3进行处理，控制模块3将数据按矩阵进行处理后决定是否有缺陷后发出相应动作信号给后续设备以实现板材自动化分选。
为保证测距结果可用，运输模块1运行应平稳，尤其应避免上下跳动；考虑到完全水平难以做到，可以在测距模块4到板材5上表面的距离时先测量到基板7的距离，以矩阵B存储，板材5厚度为t，然后再测量测距模块4到板材5上表面的距离以矩阵H存储，由此可以得到表面高度矩阵S＝B–H-tI，其中I为全1矩阵。
其中，控制模块3优选为计算机，第一感应模块2和第二感应模块6优选为光电开关。测距模块4除一排测距传感器外，还包括电源、通信单元、上位机程序。其中一排测距传感器均为同一型号的激光测距传感器，精度为0.06μm～1mm，根据板材不平度、粗糙度范围选择合适的传感器，精度越高，一般量程也越小，测量时距离板材的距离(工作距离)也越小，如一种精度为0.01mm的传感器量程只有10mm，距离板材需在25-35mm范围；精度为0.06μm的传感器测量范围仅4mm，工作距离为20-24mm；测距传感器的采样频率与板材移动速度协调，以保证测量可重复性。通信单元有有线和无线两种，一般优选无线通信模块，减少布线工程，提高调整自由度。电源用于给测距传感器、通信单元供电；上位机程序安装于计算机中，用于控制测距传感器、接收测量数据。
当测量板材翘曲度时，如果是板坯，传感器精度1mm基本够用；如果是成品，则需提高精度，如达到0.1mm；如果测量的是板材表面粗糙度，精度测应达到μm级；如果测量的是皱缩及类似情况，则视皱缩产生的高度差范围确定精度并与测量范围相协调。
在一些实施例中，所述测距模块4包括若干按阵列排布的测距传感器，测距传感器的排布与板材5的上表面相对应。也就说，测距模块4中测距传感器的个数和排布与板材5的上表面完全对应，测距模块4只要对板材5上表面探测一次就能够获得板材表面矩阵。
请参阅图3，一种板材表面形貌测定方法，采用上述测定装置实现，包括：
S100通过测距模块4测量其与板材5表面点阵列的距离，得到板材表面矩阵；
S200根据板材表面矩阵评估板材表面形貌。
其中，将板材5固定在基板7上，先通过测距模块4测量其与基板表面点阵列的距离，以矩阵B存储，然后再通过测距模块4测量其与板材表面点阵列的距离，以矩阵H存储，得到板材表面矩阵S＝B–H-tI，其中t为板材厚度，I为全1矩阵。
其中，所述S200的操作包括：按照ISO25178计算表面性状的高宽比Str、峰顶点密度Spd、界面扩展面积比Sdr中的一种或多种参数，通过标准差、极差、不平度系数中的一种或多种指标来评估板材表面形貌。
此外，所述S200的操作还可以包括根据板材表面矩阵建立板材的数字化三维表面。
其中，计算机处理表面矩阵S的方法有多种，如按照ISO 25178计算Str、Spd、Sdr等参数，可采用标准差、极差、不平度系数等指标来评估板材表面形貌，这些计算方法可以通过程序固定下来自动、快速执行。
其中，标准差的计算与数学中样本标准差的计算方法一致，极差为矩阵中最大值与最小值的差：max{sij}-min{sij}，sij为S矩阵第i行第j列的数据。当评估板材波纹状表面、皱缩等缺陷时可以采用ISO 25178有关参数或标准差评估，标准差越大缺陷越严重；评估板材翘曲度、凹坑等缺陷时可采用极差这个指标，极差越大，翘曲越严重、凹坑越深。
表面矩阵S也可实现板材表面形貌的可视化，重建数字化三维表面，必要时采用插值法平滑连接各测量点数据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (10)
1.一种板材表面形貌测定装置，其特征在于，包括输送模块(1)、第一感应模块(2)、控制模块(3)及测距模块(4)，所述输送模块(1)用以对板材(5)进行水平输送，所述控制模块(3)分别与第一感应模块(2)和测距模块(3)电连接，所述第一感应模块(2)用以感应检测板材(5)的到来并向控制模块(3)传输信息，测距模块(4)包括至少一排测距传感器，其用以对板材(5)表面进行测距，生成板材表面距离矩阵，所述控制模块(3)根据第一感应模块(2)传输来的信息控制测距模块(4)的工作。
2.根据权利要求1所述的一种板材表面形貌测定装置，其特征在于，所述测距模块(4)包括若干按阵列排布的测距传感器，测距传感器的排布与板材(5)的上表面相对应。
3.根据权利要求1所述的一种板材表面形貌测定装置，其特征在于，所述测定装置还包括第二感应模块(6)，第二感应模块(6)位于第一感应模块(2)的后端，当第一感应模块(2)感应到板材(5)时，测距模块(4)开始测距，当第二感应模块(6)感应到板材(5)时，测距模块(4)停止测距。
4.根据权利要求3所述的一种板材表面形貌测定装置，其特征在于，所述测距模块(4)包括一排测距传感器，测距传感器的排布与板材(5)的宽度相对应。
5.根据权利要求1所述的一种板材表面形貌测定装置，其特征在于，所述输送模块(1)上设置基板(7)，所述基板(7)用以支撑板材(5)。
6.一种板材表面形貌测定方法，其特征在于，包括：
S100通过测距模块测量其与板材表面点阵列的距离，得到板材表面矩阵；
S200根据板材表面矩阵评估板材表面形貌。
7.根据权利要求6所述的一种板材表面形貌测定方法，其特征在于，所述S100中，将板材固定在基板上，先通过测距模块测量其与基板表面点阵列的距离，以矩阵B存储，然后再通过测距模块测量其与板材表面点阵列的距离，以矩阵H存储，得到板材表面矩阵S＝B–H-tI，其中t为板材厚度，I为全1矩阵。
8.根据权利要求6所述的一种板材表面形貌测定方法，其特征在于，所述S200的操作包括：计算表面性状的高宽比Str、峰顶点密度Spd、界面扩展面积比Sdr中的一种或多种参数，通过标准差、极差、不平度系数中的一种或多种指标来评估板材表面形貌。
9.根据权利要求8所述的一种板材表面形貌测定方法，其特征在于，所述S200中，按照ISO25178计算表面性状的高宽比Str、峰顶点密度Spd、界面扩展面积比Sdr中的一种或多种参数。
10.根据权利要求6所述的一种板材表面形貌测定方法，其特征在于，所述S200的操作包括根据板材表面矩阵建立板材的数字化三维表面。
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