CN1641313A - 易拉罐开启口压痕残余厚度测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种易拉罐开启口压痕残余厚度测量装置，它包括分别位于被测罐盖两侧的两个同轴相向安装的具有自动调焦功能的激光测量单元，每个单元由依次构成光路的激光器、分光板、调焦物镜和调焦定位光电组件组成；各测量单元通过信号线与计算机相连。本发明还提供了一种上述测量装置测量易拉罐开启口压痕残余厚度的测量方法。该装置制造成本相对较低，长期工作稳定性好，测量效率高，安装调试方便，使用和维护方便。该测量装置可应用于其它不透明薄板等自动化检测领域。

Description

易拉罐开启口压痕残余厚度测量装置及其测量方法

                            技术领域

本发明属于几何量测量设备技术领域，具体是指一种易拉罐开启口压痕残余厚度测量装置及其测量方法。

                            背景技术

为便于易拉罐开启，生产时须在罐盖上冲压出开启口痕迹，该痕迹的工作面是一个异形型面，其中开启口压痕的残余厚度是易拉罐生产控制的一项重要指标。

目前易拉罐开启口压痕残余厚度的测量方法主要有两种：一种是相对测量法，即利用带有调焦读数机构的显微镜，分别对罐盖表面和压痕两次调焦后测得压痕深度，再用罐盖厚度减去压痕深度，即可得到罐盖残余厚度，其中罐盖厚度是事先测定的。另一种是直接测量法，该方法在对应易拉罐罐盖压痕的另一面放置一硬质材料制作的支撑点，用读数调焦显微镜先对支撑点表面标定零位，再将易拉罐罐盖测量部位置于该支撑点上，调焦读数显微镜可直接测量出易拉罐开启口压痕残余厚度。还有使用具有自动调焦功能的激光探测头进行测量的，其工作原理与上述第一种测量法相同。

现有技术在实际应用中存在以下问题：

采用相对测量法时，由于易拉罐罐盖成形时受冲压力作用，厚度往往是不均匀的，事先测量的罐盖厚度只是一个平均值，与压痕附近的实际厚度存在一定差异，该差异直接影响残余厚度的计算结果；采用直接测量法时，在一定程度上克服了罐盖或薄板厚度不均引起的误差，但是测量时支撑点的定位比较麻烦；当需要对多点进行测量时，工作量大，工作效率低；上述方法均存在重复精度低的问题。

                         发明内容

为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的是提供一种高效、精确的易拉罐开启口压痕残余厚度测量装置。

本发明的另一目的是提供上述测量装置测量易拉罐开启口压痕残余厚度的测量方法。

本发明的首要目的通过下述技术方案实现：该易拉罐开启口压痕残余厚度的测量装置，包括分别位于被测罐盖两侧的两个同轴相向安装的具有自动调焦功能的激光测量单元，每个单元由依次构成光路的激光器、分光板、调焦物镜和调焦定位光电组件组成；各测量单元通过信号线与计算机相连。

为了更好地实现本发明，所述测量装置还可包括可放置被测罐盖的一维或两维调整的承物台；所述承物台手动或自动调整。

所述两激光测量单元相对于罐盖平面可以对称也可以不对称；所述的两调焦物镜的焦距可以相同也可以不同。

利用本发明的测量装置测量易拉罐开启口压痕残余厚度的方法，包括下述步骤：在两个激光测量单元中，激光器发出的光经分光板和调焦物镜后在被测罐盖表面形成一个光斑，光斑处反射光经调焦物镜和分光板后投射在调焦定位光电组件上，根据调焦定位光电组件输出的调焦信号输入驱动电路并驱动调焦物镜移动，使焦点位于被测罐盖表面，计算机接收并处理两驱动电压值或电流值，得到调焦后两调焦物镜的位移量x₁、x₂，根据易拉罐开启口压痕残余厚度的测量公式δ＝t₀-x₁-x₂，计算其残余厚度δ；式中，t₀为一个标准厚度。

所述调焦定位光电组件是否输出调焦信号取决于焦点是否在被测罐盖表面，当焦点在被测罐盖表面时，调焦定位光电组件无调焦信号输出；当离焦时，调焦定位光电组件的调焦信号输入驱动电路并驱动调焦物镜移动，其中驱动电路电压与调焦物镜位移量满足关系式 $\left\{\begin{array}{c}{x}_1=f\left(u_1\right)\\ x_2=f\left(u_2\right)\end{array}\right.,$ 上述关系式可通过标定的方法拟合得出，u₁和u₂分别为两调焦驱动电路的电压值。

所述标准厚度t₀采用塞规或其它基准标定，标准厚度t₀数值选取尽可能与罐盖厚度接近或等于罐盖厚度。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、采用浮动测量基准，测量结果与罐盖厚度无直接关系，有效地消除了系统误差(或定位粗大误差)，可以达到微米级的测量精度，因此测量结果可靠。

2、实现完全意义上的光学非接触测量，便于实现测量自动化，压痕形状检测并显示记录，误差可使用计算机补偿。

3、将已成熟的光电定位方式用于压痕检测，制造成本相对较低，长期工作稳定性好，使用和维护方便。

4、使用机算机实时测量时，测量效率高，安装调试方便。

5、便于推广应用于其他不透明薄板、压痕深度、微细形状等的自动化检测领域。

                        附图说明

图1是本发明的装置原理图。

图2是相对测量法的系统原理图。

图3是直接测量法的系统原理图。

                        具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

图2是相对测量法的系统原理图。d₀为易拉罐盖平均厚度，其值预先通过多点平均测定；Δd为易拉罐开启口压痕的深度，其值由调焦读数显微镜测得；易拉罐开启口压痕的残余厚度δ由下式计算得出：

δ＝d₀-Δd                               (1)

图3是直接测量法的系统原理图。测量时，先由调焦读数显微镜对支撑基准校对零点，再将易拉罐罐盖放置于支撑基准上，则可直接从调焦读数显微镜获得易拉罐开启口压痕的残余厚度值δ。

如图1所示，易拉罐开启口压痕残余厚度测量装置由激光测量单元A和激光测量单元B构成，激光测量单元A由激光器1、分光板2、调焦物镜3、调焦定位光电组件4组成；激光测量单元B由激光器9、分光板7、调焦物镜6、调焦定位光电组件8组成，两个激光测量单元还分别通过信号线与计算机相连接，被测罐盖5放置于承物台10上。激光测量单元A和激光测量单元B结构上相对独立，两调焦物镜相向并同光轴安装。

该测量装置测量易拉罐开启口压痕残余厚度的测量方法：激光测量单元A在测量过程按下述方法进行测量，激光器1发出的光经分光板2和调焦物镜3后在被测罐盖5表面形成一个光斑，光斑处反射光经调焦物镜3和分光板2后投射在调焦定位光电组件4上，当焦点在被测罐盖5表面时，调焦定位光电组件4无调焦信号输出，但当离焦时，调焦定位光电组件4调焦信号输入现有技术中的特定的驱动电路并驱动调焦物镜3移动，此时将驱动电压(电流)值u₁传送至计算机，计算机在接收到来自激光测量单元A的测量信号后进行处理，由公式(6)可得到调焦后调焦物镜3位移量x₁。激光测量单元B的测量方法与上述相同，计算机在接收到来自激光测量单元B的测量信号后进行处理，同样由公式(6)可得到调焦后调焦物镜6位移量x₂。最后，根据公式(5)可计算出易拉罐开启口压痕残余厚度δ。

本发明的测量原理是：在对应易拉罐盖两表面，分别安装一套激光测量单元，两调焦物镜相向并同光轴，假定两单元调焦物镜的相对初始距离(位置)

l₀＝f₁+f₂+t₀                                    (2)

式中：f₁为调焦物镜3的焦距，f₂为调焦物镜6的焦距，t₀为一个标准厚度，可由塞规或其它基准确定，数值选取尽可能与罐盖厚度接近。例如，t₀等于罐盖厚度。

当测量被测易拉罐开启口压痕厚度，即当使用压痕的残余厚度δ代替t₀时，此时两单元调焦物镜的相对距离(位置)为

l＝f₁+f₂+δ                                       (3)

式(2)-(3)，则有：

l₀-l＝t₀-δ                                       (4)

式中l₀-l＝x₁+x₂，x₁，x₂分别为调焦后调焦物镜3、调焦物镜6相对初始位置的位移量。

于是可得出测量式：

δ＝t₀-x₁-x₂                                     (5)

式中，

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=f\left(u_1\right)\\ x_2=f\left(u_2\right)\end{array}\right.----\left(6\right)$

(6)式表明，x₁和x₂分别是u₁和u₂的函数，关系式可在特定的读数校准台上，事先通过标定的方法拟合得出，u₁和u₂为调焦驱动电路的电压值。

如上所述，即可较好的实现本发明。

Claims (9)

1、一种易拉罐开启口压痕残余厚度的测量装置，其特征在于，它包括分别位于被测罐盖两侧的两个同轴相向安装的具有自动调焦功能的激光测量单元，每个单元由依次构成光路的激光器、分光板、调焦物镜和调焦定位光电组件组成；各测量单元通过信号线与计算机相连。

2、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括可放置被测罐盖的一维或两维调整的承物台。

3、根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述承物台手动或自动调整。

4、根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述两激光测量单元相对于罐盖平面对称或不对称。

5、根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述两调焦物镜的焦距相同或不同。

6、权利要求1所述的测量装置测量易拉罐开启口压痕残余厚度的方法，其特征在于，该测量方法包括下述步骤：在两个激光测量单元中，激光器发出的光经分光板和调焦物镜后在被测罐盖表面形成一个光斑，光斑处反射光经调焦物镜和分光板后投射在调焦定位光电组件上，根据调焦定位光电组件输出的调焦信号输入驱动电路并驱动调焦物镜移动，使焦点位于被测罐盖表面，计算机接收并处理两驱动电压值或电流值，得到调焦后两调焦物镜的位移量x₁、x₂，根据易拉罐开启口压痕残余厚度的测量公式δ＝t₀-x₁-x₂，计算其残余厚度δ；式中，t₀为一个标准厚度。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述x₁和x₂分别是u₁和u₂的函数， $\left\{\begin{array}{c}{x}_1=f\left(u_1\right)\\ x_2=f\left(u_2\right)\end{array}\right.,$ u₁和u₂分别为两调焦驱动电路的电压值。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述标准厚度t₀采用塞规或厚度已知的薄板作为基准标定。

9、根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，所述标准厚度t₀为罐盖厚度。

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