CN215676850U - 基于电容测距的器件检测与切割系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电容测距的器件检测与切割系统，其特征在于，包括控制器、滑槽、滑动连接在所述滑槽上的电容下极板、通过连接杆驱动所述电容下极板沿滑槽滑行的伺服电缸以及通过立柱设置在所述电容下极板上方的平行电容上极板；所述控制器分别与所述伺服电缸以及所述平行电容上极板相连接；所述控制器通过与伺服电缸相连接控制所述电容下极板滑行的速度、方向以及距离；所述平行电容下极板的上表面用于放置待测工件；所述控制器通过与所述平行电容上极板相连接获取电容量，并根据所述电容量计算得到待测工件的厚度；当所述待测工件的厚度超出预设定的阈值范围时，所述控制器控制所述伺服电缸停止运动以停止待测工件。

Description

基于电容测距的器件检测与切割系统

技术领域

本实用新型属于工件检测技术领域，具体涉及一种基于电容测距的器件检测与切割系统。

背景技术

在工业制造过程中，对于生产的器件，需要进行质量的检测，对不合格的工件需要进行二次加工。对大多数工件质量的检测，首先需要从外观开始。而机器加工出的工件用肉眼不足以进行精确的识别，而且一旦检测到工件不合格，往往很难有针对性地对工件有缺陷的部分完成高精度的加工。

申请号为202110323006.2的专利提出了在激光器发射口一侧连接电容距离传感器，通过电容传感器不断检测激光头部和工件表面形成的平行电容，由于激光头部面积较小，在面积较小的情况下，电容计算误差较大，从而会导致距离计算误差较大，而且此方法不适用于工件材料本身难以构成电容器一个极板(如材料电极化率小)的情况。其次这种根据双阈段闭环控制结构所设计的控制方法，检测得到的位置变化量，反馈给伺服电缸，用于调节激光器的纵向位移，即在纵向对工件进行加工，而未明确指出调节工件横向位移的方法。

有部分方法提到了采用工业相机对需要激光切割的部位进行定位的方法，如申请号201922443237.8的专利，但由于工业相机难以分辨出工件厚度的细小差别，因此对于工件质量检测无法提供帮助。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于电容测距的器件检测与切割系统，用于精确检测器件尺寸大小。

为达到上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：

一种基于电容测距的器件检测与切割系统，包括控制器、滑槽、滑动连接在所述滑槽上的电容下极板、通过连接杆驱动所述电容下极板沿滑槽滑行的伺服电缸以及通过立柱设置在所述电容下极板上方的平行电容上极板；

所述控制器分别与所述伺服电缸以及所述平行电容上极板相连接；所述控制器通过与伺服电缸相连接控制所述电容下极板滑行的速度、方向以及距离；

所述平行电容下极板的上表面用于放置待测工件；所述控制器通过与所述平行电容上极板相连接获取电容量，并根据所述电容量计算得到待测工件的厚度；

当所述待测工件的厚度超出预设定的阈值范围时，所述控制器控制所述伺服电缸停止运动以停止待测工件。

本实用新型采用伺服电缸推动电容器下极板移动，可以根据器件尺寸以及精度要求较为方便的控制电容下极板的移动速度，精度高。电容下极板上放置待测工件，电容上极板与电容下极板相配合，检测上下极板之间的待测工件的厚度，通过电容发现误差，精度较高；当发现误差超过阈值时，能主动停止移动，有效检测厚度缺陷，为后面的处理厚度缺陷提供大概位置，方便快捷。

进一步的，所述电容下极板长度大于所述电容上极板的长度。

上述设置达到的效果：电容下极板长度大于电容上极板的长度有利于提高检测精度，同时节约材料，方便维修。

进一步的，所述滑槽设置有滚珠，所述电容下极板通过所述滚珠与所述滑槽滑动连接。

上述设置达到的效果：电容下极板在滑槽中运动，与滚珠接触，减小了摩擦力，提高了移动的速度、精度以及电容下极板的使用寿命。

进一步的，所述滑槽包括分设在滑槽两边的多组滚珠排，且多组滚珠排之间设置有容许所述连接杆穿过的空隙，所述连接杆通过法兰螺丝与所述电容下极板固定连接。

上述设置达到的效果：连接杆通过法兰螺丝固定在下极板靠近伺服电缸一侧的下方或侧面，固定牢固且方便快捷，并且连接杆可穿过多组滚珠排之间的空隙与电容下极板下表面连接，有力驱动电容下极板。

进一步的，所述系统还包括激光切割装置，所述激光切割装置包括均与所述控制器相连接的滑台、激光切割器以及红外摄像头；

所述红外摄像头设置在所述立柱上，用于在待测工件停止时，采集待测工件的厚度缺陷位置的坐标点并传输至所述控制器；

所述滑台用于实现所述激光切割器垂直于所述电容下极板运动方向的移动；

所述激光切割器的头部设置在所述滑台上，所述激光切割器的激光焦点落点的位置位于平行电容上下极板对应的区域的待测工件的高度处；

所述控制器根据待测工件正对所述平行电容上极板的部分中有厚度缺陷的坐标点控制所述滑台移动，控制所述激光切割器切割待测工件的厚度缺陷位置。

上述设置达到的效果：当伺服电缸停止运动时，信号传输到控制滑台的控制器中，由红外摄像头成像实现对工件正对上极板的部分中有厚度缺陷的点的确定，即可确定在二维平面需要切割的点的坐标，计算需要移动的位移量，并控制滑台带动支撑杆即激光切割机头部沿滑台在左右方向直线移动相应长度的位移，到达需要切割的点，并由外部连接的激光切割机提供能量进行切割，完成对工件的二次加工，进行器件局部的切割。

进一步的，所述激光切割器的头部通过支撑杆安装在所述滑台上，所述支撑杆具有高度调节机构。

上述设置达到的效果：通过高度调节机构在使用之前可以优先调整好支撑杆的高度，实际是在前后方向调整好激光焦点落点的位置，使之在待测工件的高度处，可适配于各种高度的待测工件，从而使得在操作过程中，只需要在左右方向移动激光切割器头部即可，提高了本装置的适用性和操作性。

进一步的，所述激光切割器的头部设置有用于进行左右方向调整的微调调节旋钮。

上述设置达到的效果：通过微调调节旋钮即可在左右方向调整激光切割器头部，通过旋钮调节，有利于提高调节的精度也有利于调整激光切割器的位置；使在切割开始前，激光焦点的落点位于被测工件的右边缘，用于改善在操作过程中由于环境因素造成的微小位移。

进一步的，所述控制器的电路包括检测电路和切割电路以及跳转开关；

所述检测电路包括串联的伺服电缸控制器、电压接入端、非门、电容极板接入端；

所述切割电路包括串联的滑台控制器以及红外摄像头连接端；

所述跳转开关用于在电容值未超过阈值时接通检测电路，在电容值未超过阈值时跳转接通切割电路。

上述设置达到的效果：电容未超过阈值时，输出低电平，经过非门变为高电平，伺服电缸控制器工作，跳转开关连通检测电路；电容超过阈值，输出高电平，经非门变为低电平，伺服电缸停止工作，跳转开关连接切割电路。红外摄像头连接控制器，识别需要激光切割点的二维坐标，并将之转化为位移量，控制滑台控制器驱动滑台运动。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果：

本实用新型通过采用伺服电缸推动电容器下极板移动，可以根据器件尺寸以及精度要求较为方便的控制电容下极板的移动速度，精度高，并通过上下电容极板相作用，计算误差小，当发现误差超过阈值时，能主动停止移动，并通过滑台实现对激光器方位的控制，进行器件局部的切割。并且本实用新型适用于工件材料本身难以构成电容器的情况，拓展了待测工件的范围；另外，本装置可以调节激光器的横向位移，加工更精确，红外摄像机也可以克服工业相机的缺点，精度更高。

附图说明

图1为该实用新型外观主视图；

图2为激光切割器头部内部结构示意图；

图3为带滚珠的凹槽结构示意图；

图4为控制电路结构示意图。

图中：

1、伺服电缸；2、连接杆；3、红外摄像头；4、滑槽；41、滚珠；51、电容上极板；52、电容下极板；6、滑台；A、激光切割器；7、待测工件；8、激光束；9、气体入口；10、透镜；11、喷嘴；12、电压接入端；13、跳转开关；14、非门；15、电容极板接入端；16、滑台控制器；17、红外摄像头接入端；18、伺服电缸控制器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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实施例和简化描述，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实施例的限制。

实施例一：

本实施例提供一种基于电容测距的器件检测与切割系统，包括控制器、滑槽4、滑动连接在所述滑槽4上的电容下极板52、通过连接杆2驱动所述电容下极板52沿滑槽4滑行的伺服电缸1以及通过立柱设置在所述电容下极板52上方的平行电容上极板51；控制器分别与所述伺服电缸1以及所述平行电容上极板51相连接；所述控制器通过与伺服电缸1相连接控制所述电容下极板52滑行的速度、方向以及距离；平行电容下极板52的上表面用于放置待测工件7；所述控制器通过与所述平行电容上极板51相连接获取电容量，并根据所述电容量计算得到待测工件7的厚度。

当所述待测工件7的厚度超出预设定的阈值范围时，所述控制器控制所述伺服电缸1停止运动以停止待测工件7。本系统采用伺服电缸推动电容器下极板移动，可以根据器件尺寸以及精度要求较为方便的控制电容下极板52的移动速度，精度高。电容下极板52上放置待测工件7，电容上极板51与电容下极板52相配合，检测上下极板之间的待测工件7的厚度，通过电容发现误差，精度较高；当发现误差超过阈值时，能主动停止移动，有效检测厚度缺陷，为后面的处理厚度缺陷提供大概位置，方便快捷。

实施原理：待测物体放置在电容下极板52，当待测工件7经过电容两个极板相对的位置时，由于极板间介电常数的变化，引起电容发生改变，由电路反馈到控制器中。根据电容计算公式，在极板正对面积和相对距离不变的情况下，根据工件材料的介电常数计算出工件厚度，并与所设定的阈值范围进行比对，一旦超过这一范围，便由电路反馈到伺服电缸，使其停止运动。

实施例二：

本实施例提供一种基于电容测距的器件检测与切割系统，如图1所示，包括：用于推动待测工件7以及下极板运动的横向运动部分，测量工件是否合格的检测电容部分，以及用于激光切割的激光切割装置，以及电路连接四个部分组成。

横向运动部分包括：伺服电缸1、连接杆2、滑槽4。

伺服电缸1，根据工件大小以及精度要求调整横向运动速度，通过连接杆2带动电容器下极板运动。连接杆2通过法兰螺丝固定在下极板靠近伺服电缸1一侧的下方。运动过程中，电容器下极板在滑槽4中运动，由于与滚珠41接触，减小了摩擦力。图1中，位于最左侧的伺服电缸1，由于伺服电缸1相较于气缸等精度较高并利于数控，通过电容阈值变化以及非门14即可控制伺服电缸的运动；连接杆2一端连接伺服电缸1，另一端通过法兰螺丝固定在电容下极板52的下方（若电容下极板52厚度足够，可以直接连接在下极板的侧面而不需要固定在下方），实现电容下极板52的水平稳定运动。

如图3所示，滑槽4设置有滚珠41，所述电容下极板52通过所述滚珠41与所述滑槽4滑动连接。电容下极板52在滑槽4中运动，与滚珠41接触，减小了摩擦力，提高了移动的速度、精度以及电容下极板52的使用寿命。滑槽4包括分设在滑槽4两边的多组滚珠，且多组滚珠之间设置有容许所述连接杆2穿过的空隙，所述连接杆2通过法兰螺丝与所述电容下极板52固定连接。连接杆2通过法兰螺丝固定在下极板靠近伺服电缸1一侧的下方或侧面，固定牢固且方便快捷，并且连接杆2可穿过多组滚珠41之间的空隙与电容下极板52下表面连接，有力驱动电容下极板52。

检测电容部分包括：平行电容下极板52、平行电容上极板51。电容上极板51的宽度需要做到足够窄，待测工件7放置在电容下极板52，当待测工件7经过电容两个极板相对的位置时，由于极板间介电常数的变化，引起电容发生改变，由电路反馈到控制器中。在极板正对面积S和相对距离d不变的情况下，根据工件材料的介电常数计算出待测工件7厚度，并与所设定的阈值范围进行比对，一旦超过这一范围，便由电路反馈到伺服电缸，使其停止运动。

激光切割装置包括：滑台6、激光切割器A以及红外摄像头3。

红外摄像头3设置在所述立柱上，具体用于在待测工件7停止时，采集待测工件7的厚度缺陷位置的坐标点并传输至所述控制器；待测工件7停止运动时，由红外摄像头3成像实现对待测工件7正对上极板的部分中有厚度缺陷的点的确定，即确定在二维平面需要切割的点的坐标，红外信号传输到控制滑台6的控制器中，计算需要移动的位移量，并控制滑台6带动支撑杆即激光切割机头部沿滑台6在左右方向直线移动相应长度的位移，到达需要切割的点，并由外部连接的激光切割机提供能量进行切割，完成对工件的二次加工，进行器件局部的切割。红外摄像机也可以克服工业相机的缺点，精度更高。红外摄像头3尽量与电容上极板51安装在一起，方便红外摄像头3找到待测工件7正对上极板的部分中有厚度缺陷的点。

滑台6用于实现激光切割器A垂直于所述电容下极板52运动方向的移动；

激光切割器A的头部设置在所述滑台6上，所述激光切割器A的激光焦点落点的位置位于平行电容上下极板对应的区域的待测工件7的高度处；在实际批量生产过程中，被测工件往往具有固定的大小和高度，因此在使用之前可以优先调整好支撑杆的高度，实际是在前后方向调整好激光焦点落点的位置，使之在被测工件的高度处，刚好位于电容器上下极板对应的区域。从而使得在操作过程中，只需要在左右方向移动激光切割器A头部。

图2为激光切割器A头部内部结构示意图，图中可以看出激光切割器A的头部包括入射激光束8、气体入口9、透镜10和喷嘴11。利用激光束8的能量进行切割, 必须把激光器射出的激光束8经过透镜10聚焦, 才能形成高能量密度的光斑。激光切割器A还设置有用于引入保护气体的气体喷嘴11，用于提高切割质量。

激光切割器A的头部通过支撑杆安装在所述滑台6上，所述支撑杆具有高度调节机构。通过高度调节机构在使用之前可以优先调整好支撑杆的高度，实际是在前后方向调整好激光焦点落点的位置，使之在待测工件7的高度处，可适配于各种高度的待测工件7，从而使得在操作过程中，只需要在左右方向移动激光切割器A头部即可，提高了本装置的适用性和操作性。

激光切割器A的头部设置有用于进行左右方向调整的微调调节旋钮。通过微调调节旋钮即可在左右方向调整激光切割器A头部，通过旋钮调节，有利于提高调节的精度也有利于调整激光切割器A的位置；使在切割开始前，激光焦点的落点位于被测工件的右边缘，用于改善在操作过程中由于环境因素造成的微小位移，保证在切割开始前，激光焦点的落点位于被测工件的右边缘，用于改善在操作过程中由于环境因素造成的微小位移。同时，工件的摆放需要紧贴右侧滑动凹槽，也是为了保证开始前激光落点刚好位于工件的上表面靠近右侧边缘。

控制器根据待测工件7正对所述平行电容上极板51的部分中有厚度缺陷的坐标点控制所述滑台6移动，控制所述激光切割器A切割待测工件7的厚度缺陷位置。

如图4所示，控制器的电路包括检测电路和切割电路以及跳转开关13；

所述检测电路包括串联的伺服电缸控制器18、电压接入端12、非门14、电容极板接入端15；

所述切割电路包括串联的滑台控制器16以及红外摄像头接入端17；

所述跳转开关13用于在电容值未超过阈值时接通检测电路，在电容值未超过阈值时跳转接通切割电路。

电容未超过阈值时，输出低电平，经过非门14变为高电平，伺服电缸控制器18工作，跳转开关连通检测电路；电容超过阈值，输出高电平，经非门14变为低电平，伺服电缸1停止工作，跳转开关连接切割电路。红外摄像头3连接控制器，识别需要激光切割点的二维坐标，并将之转化为位移量，控制滑台控制器16驱动滑台6运动。

电容未超过阈值时，输出低电平，经过非门14变为高电平，伺服电缸1工作，电路开关连接电路；电容超过阈值，输出高电平，经非门14变为低电平，伺服电缸1停止工作，电路开关连接电路。

红外摄像头3连接控制器，识别需要激光切割点的二维坐标，并将之转化为位移量，控制滑台6运动。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种基于电容测距的器件检测与切割系统，其特征在于，包括控制器、滑槽、滑动连接在所述滑槽上的电容下极板、通过连接杆驱动所述电容下极板沿滑槽滑行的伺服电缸以及通过立柱设置在所述电容下极板上方的平行电容上极板；

所述控制器分别与所述伺服电缸以及所述平行电容上极板相连接；所述控制器通过与伺服电缸相连接控制所述电容下极板滑行的速度、方向以及距离；

所述平行电容下极板的上表面用于放置待测工件；所述控制器通过与所述平行电容上极板相连接获取电容量，并根据所述电容量计算得到待测工件的厚度；

当所述待测工件的厚度超出预设定的阈值范围时，所述控制器控制所述伺服电缸停止运动以停止待测工件。

2.根据权利要求1所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述电容下极板长度大于所述电容上极板的长度。

3.根据权利要求1所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述滑槽设置有滚珠，所述电容下极板通过所述滚珠与所述滑槽滑动连接。

4.根据权利要求3所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述连接杆通过法兰螺丝与所述电容下极板固定连接。

5.根据权利要求1所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述系统还包括激光切割装置，所述激光切割装置包括均与所述控制器相连接的滑台、激光切割器以及红外摄像头；

所述红外摄像头设置在所述立柱上，用于在待测工件停止时，采集待测工件的厚度缺陷位置的坐标点并传输至所述控制器；

所述滑台用于实现所述激光切割器垂直于所述电容下极板运动方向的移动；

所述激光切割器的头部设置在所述滑台上，所述激光切割器的激光焦点落点的位置位于平行电容上下极板对应的区域的待测工件的高度处；

所述控制器根据待测工件正对所述平行电容上极板的部分中有厚度缺陷的坐标点控制所述滑台移动，控制所述激光切割器切割待测工件的厚度缺陷位置。

6.根据权利要求5所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述激光切割器的头部通过支撑杆安装在所述滑台上，所述支撑杆具有高度调节机构。

7.根据权利要求5所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述激光切割器的头部设置有用于进行左右方向调整的微调调节旋钮。

8.根据权利要求5所述的器件检测与切割系统，其特征在于，所述控制器的电路包括检测电路和切割电路以及跳转开关；

所述检测电路包括串联的伺服电缸控制器、电压接入端、非门、电容极板接入端；

所述切割电路包括串联的滑台控制器以及红外摄像头连接端；

所述跳转开关用于在电容值未超过阈值时接通检测电路，在电容值未超过阈值时跳转接通切割电路。

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