多點(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)

李家成 劉魯偉 李茂源 孫 超 杜祥美

(山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院 山東 青島 266590)

多點(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)

李家成 劉魯偉 李茂源 孫 超 杜祥美

(山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院 山東 青島 266590)

提供一種基于電容式傳感器的多點(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)薄膜的厚度進(jìn)行檢測(cè)，具有較高的測(cè)量精度并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。

塑膜厚度；電容傳感器；多點(diǎn)掃描式測(cè)量

一、引言

隨著印刷、包裝、絕緣材料和感光等行業(yè)對(duì)質(zhì)量高的薄膜產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，薄膜行業(yè)近幾年來(lái)取得了較為迅速的發(fā)展。目前，在國(guó)內(nèi)的薄膜生產(chǎn)線已經(jīng)可多至數(shù)千條，但對(duì)于薄膜厚度的測(cè)量及薄膜厚度均勻性的檢測(cè)的一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，目前還沒(méi)有良好的解決辦法，因此研究薄膜厚度的準(zhǔn)確測(cè)量方法以及測(cè)量結(jié)果的完整評(píng)定具有深遠(yuǎn)的意義。

二、測(cè)量系統(tǒng)原理

電機(jī)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)、計(jì)算機(jī)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)等各個(gè)部分組成了整個(gè)塑膜厚度測(cè)量系統(tǒng)。利用位移傳感器對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量的是檢測(cè)環(huán)節(jié)部分。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)準(zhǔn)確的控制，需要利用單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行一定的處理。基本組成框圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量系統(tǒng)基本原理框圖

在測(cè)量中，電機(jī)接口卡連通計(jì)算機(jī)來(lái)給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)送指令，使電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)以帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠副轉(zhuǎn)動(dòng)。在滾珠絲杠副的絲母上用夾具將電容傳感器固定住，使傳感器同絲母能夠一起作水平方向上的移動(dòng)，通過(guò)直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直方向上的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X,Y兩個(gè)方向上同步的多點(diǎn)測(cè)量。電容式傳感器的電信號(hào)很微弱，需要電容測(cè)微儀放大信號(hào)，經(jīng)濾波后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)計(jì)算后，在數(shù)字顯示器可以顯示塑膜的厚度。

三、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在電機(jī)上作用從而達(dá)到帶動(dòng)滾動(dòng)絲杠副轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。在滾珠絲杠副的絲母上用夾具將電容傳感器固定住，使傳感器同絲母能夠一起作水平方向上的移動(dòng)，通過(guò)直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直方向上的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X,Y兩個(gè)方向上同步的多點(diǎn)測(cè)量，基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的機(jī)械部分。電容傳感器在Z方向上的移動(dòng)可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)固定傳感器的螺釘即可。底座運(yùn)用了燕尾導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)，與它連接處設(shè)計(jì)了移動(dòng)滑塊，保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

機(jī)械系統(tǒng)裝配圖如圖2所示：

圖2 機(jī)械系統(tǒng)裝配圖

四、電路與控制系統(tǒng)

多點(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測(cè)的電路系統(tǒng)是整個(gè)控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，負(fù)責(zé)在信息采集后進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換，需要應(yīng)用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，通過(guò)對(duì)單片機(jī)功能的分析，選取AT89S51芯片作為本次測(cè)試系統(tǒng)的單片機(jī)，采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，需將單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，來(lái)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)高效精確的轉(zhuǎn)動(dòng)。該檢測(cè)系統(tǒng)選用的是電容式傳感器。電容式傳感器收集到的是模擬信號(hào)，需要A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與計(jì)算。經(jīng)過(guò)對(duì)比相關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器的功能，最終選取TLC549作為該檢測(cè)系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器。

整體電路如圖3所示:

圖3 整體電路

五、結(jié)論

運(yùn)用多點(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)可以對(duì)塑料薄膜的厚度進(jìn)行比較精確的測(cè)量。在機(jī)械系統(tǒng)方面，設(shè)計(jì)了兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)電路控制電機(jī)啟動(dòng)，在滾珠絲桿的帶動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)電容傳感器測(cè)頭的X,Y方向移動(dòng),還可以手動(dòng)調(diào)節(jié)螺釘來(lái)調(diào)節(jié)測(cè)頭在Z方向的位置，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)塑膜進(jìn)行掃描式的檢測(cè)?；陔娙菔絺鞲衅鞯亩帱c(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測(cè)系統(tǒng)，有效消除了其它方法的缺陷，能夠得到大量推廣。

[1]賈治國(guó)，盧治功，在線厚度檢測(cè)技術(shù)[J].儀表技術(shù)，2009,2:19-22

[2]范超毅，范巍，步進(jìn)電機(jī)的選型與計(jì)算[J].機(jī)床與液壓，2008,36(5)：310-313

[3]黃育全，滾珠絲杠副的選型計(jì)算與應(yīng)用[J].金屬加工，2011，(19)：46-48

[4]張白莉，電容式傳感器的應(yīng)用和發(fā)展，沂州師范學(xué)院學(xué)報(bào)[J]2005,21(2)：24-26

[5]Li XJ,Gerard C M,An accurate interface for capacitive sensors[J]Vol.51，No5，2002,935-939.

李家成，男，漢族，山東濟(jì)南人，碩士，山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院，機(jī)械工程專業(yè)。