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系統(tǒng)，對薄膜的厚度進(jìn)行檢測，具有較高的測量精度并且結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。

塑膜厚度；電容傳感器；多點(diǎn)掃描式測量

一、引言

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

二、測量系統(tǒng)原理

電機(jī)驅(qū)動環(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)塑膜厚度測量系統(tǒng)。利用位移傳感器對被測物體進(jìn)行測量的是檢測環(huán)節(jié)部分。要想實(shí)現(xiàn)對微機(jī)準(zhǔn)確的控制，需要利用單片機(jī)對信號進(jìn)行一定的處理?；窘M成框圖如圖1所示。

圖1 測量系統(tǒng)基本原理框圖

在測量中，電機(jī)接口卡連通計(jì)算機(jī)來給步進(jìn)電動機(jī)發(fā)送指令，使電動機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動電機(jī)以帶動滾動絲杠副轉(zhuǎn)動。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，通過直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直方向上的移動，從而實(shí)現(xiàn)X,Y兩個(gè)方向上同步的多點(diǎn)測量。電容式傳感器的電信號很微弱，需要電容測微儀放大信號，經(jīng)濾波后再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，通過計(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)

電動機(jī)驅(qū)動器通過在電機(jī)上作用從而達(dá)到帶動滾動絲杠副轉(zhuǎn)動的目的。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，通過直線導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)垂直方向上的移動，從而實(shí)現(xiàn)X,Y兩個(gè)方向上同步的多點(diǎn)測量，基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的機(jī)械部分。電容傳感器在Z方向上的移動可通過手動調(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)行信號的轉(zhuǎn)換，需要應(yīng)用單片機(jī)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，通過對單片機(jī)功能的分析，選取AT89S51芯片作為本次測試系統(tǒng)的單片機(jī)，采用步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，需將單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，來控制步進(jìn)電動機(jī)高效精確的轉(zhuǎn)動。該檢測系統(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，需要A/D轉(zhuǎn)換器對信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與計(jì)算。經(jīng)過對比相關(guān)A/D轉(zhuǎn)換器的功能，最終選取TLC549作為該檢測系統(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系統(tǒng)可以對塑料薄膜的厚度進(jìn)行比較精確的測量。在機(jī)械系統(tǒng)方面，設(shè)計(jì)了兩個(gè)電動機(jī)，通過電路控制電機(jī)啟動，在滾珠絲桿的帶動下，實(shí)現(xiàn)電容傳感器測頭的X,Y方向移動,還可以手動調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)測頭在Z方向的位置，由此來實(shí)現(xiàn)對塑膜進(jìn)行掃描式的檢測。基于電容式傳感器的多點(diǎn)掃描式塑膜厚度檢測系統(tǒng)，有效消除了其它方法的缺陷，能夠得到大量推廣。

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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)。