一种厚度检测装置的制作方法

本发明属于纺织机械技术领域，特别是一种厚度检测装置。

背景技术：

三维机织预制体制造是一种新型机织技术，它是纱束在三维空间中沿着经向和纬向相互垂直的两个方向分布并相互交织在一起形成的整体结构，做为高性能复合材料增强体制成的复合材料构件具有质量轻、高强度、力学性能优异等诸多优点，目前已经在航空航天、国防军工、交通运输、能源等众多领域得到广泛的应用，并向民用领域不断扩展。

三维机织预制在机厚度是预制体成型制造中重要影响因素，直接关系到预制体成型尺寸、力学性能及功能要求，尤其是大尺寸回转体变型面三维机织预制体，其厚度难以直接测量，需要设计一种大尺寸厚度检测装置。而现有技术，对大尺寸回转体变型面的三维机织预制体在线制造中难以准确测量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种厚度检测装置，以对变型面的三维机织预制体在线制造中进行测量。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种厚度检测装置，包括固定支撑架、x轴直线位移机构、z轴直线位移机构、直线位移传感器、压头、plc控制器、上位机；

所述x轴直线位移机构安装在固定架上，可沿固定架水平直线运动；所述z轴直线位移机构与x轴直线位移机构相连，可沿x轴直线位移机构上下直线运动；所述直线位移传感器连接在z轴直线位移机构上；

所述直线位移传感器下端连接有压头；所述plc控制器用于控制x轴直线位移机构、z轴直线位移机构、直线位移传感器的运动，并将测试数据传输给上位机，上位机对直线位移传感器的测试数据进行计算，根据模具测量点与特制压头初始位置差、织物测量点与特制压头初始位置差进行求差，得到织物的当前在线厚度。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)本发明可实现对大尺寸回转体变型面三维机织预制体的在线厚度检测，能有效满足测量装置精度要求。

(2)所述传感器特制压头测量接触面为圆弧，能够有效的降低对织物表面质量影响，并可以有效定位回转体测量点，且压头具体尺寸参数，可根据所测位置的型面确定，具有专一性，同时压头可以替换，可检测变型面任意位置。

(3)所述x轴直线位移机构与z轴直线位移机构采用步进电机驱动，能够检测大尺寸回转体变型面三维机织预制体多点的厚度，根据编码器反馈，可使其准确的回到之前的测量点；z轴直线位移机构实现位移传感器上下平直移动，扩展了位移传感器量程，还能够留出员工在机操作空间。

(4)检测装置扩展了位移传感器的量程，能适用于厚度变化很大的预制体的织造。

附图说明

图1为实施例中提供的线厚度检测装置的主视图。

图2为实施例中提供的线厚度检测装置的俯视图。

图3(a-b)分别为直线位移传感器测试模具与模具上织物测试过程图。

图4(a-b)分别为压头与织物凸面与凹面测试过程图。

图5为x轴直线位移机构正视图。

图6为x轴直线位移机构俯视图。

图7为z轴直线位移机构正视图。

图8为z轴直线位移机构后视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1、图2，本实施例的一种厚度检测装置包括固定支撑架1、x轴直线位移机构30、z轴直线位移机构10、直线位移传感器50、特制压头60、plc控制器、上位机；

所述x轴直线位移机构30安装在固定架1上，可沿固定架1水平直线运动；所述z轴直线位移机构10与x轴直线位移机构30相连，可沿x轴直线位移机构30上下直线运动；所述直线位移传感器50通过安装件51连接在z轴直线位移机构10上；所述直线位移传感器50下端连接有特制压头60；所述特质压头60下端截面为三角形，三角形底部为圆弧，圆弧半径为r；所述直线位移传感器50采用接触电阻式位移传感器，用于将测试数据传输给plc控制器，plc控制器用于控制x轴直线位移机构30、z轴直线位移机构10、直线位移传感器50的运动，并将测试数据传输给上位机，上位机对测试数据进行计算，得到织物3的当前在线厚度。

厚度测量过程如图3(a-b)所示，测量开始之前，控制系统根据程序发送信号，控制x轴直线位移机构到指定测量点与控制z轴直线位移机构移动到的指定初始高度，然后控制直线位移传感器50开始工作，伸出滑杆直到特制压头60与模具2接触，检测出模具2在测量点时距特制压头60初始高度的距离，记为x1，传输结果给plc控制器，并传输至上位机。测量织物3厚度时，重复上述过程，特制压头60与模具2上的织物3接触时，检测出织物3在测量点时特制压头60初始高度的距离，记为x2，传输结果给上位机储存，上位机计算x1-x2，即为织物3当前在线厚度。本发明上的x轴直线位移机构在检测完一个点后，控制系统会控制其移向另一检测点，直至这一次测量的所有检测点检测完成回到初始位置，而z轴直线位移机构在所有检测点检测完后也会复位升起，以给员工操作预留空间，直线传感器50则在每一次检测完成后就会复位。

测量装置中的直线位移传感器配置了特制压头60，该压头与直线位移传感器通过螺纹连接，特制压头60整体呈直线形，位于模具2的顶点的水平切线方向，由于直线位移传感器50的滑杆转动方向进行了限位，保证压头60能够完全沿y轴不晃动，使设备整体不必在y向精确定位，就能确保测量点始终位于回转体顶点处。保证压头60下端截面近似等腰三角形，如图4(a-b)所示，三角形两边与异形织物夹角分别为θ1与θ2，压头三角形底部测量接触面为半径为r的圆弧，保证与预制体表面形成点或线接触，测量结果更精确，且保证不损伤织物3表面纱线。由于织物3表面呈凹凸纹理型，测量点需要保证测量在凸面上，才能得到较为精确的值，在织物经纬向由于存在直线误差(如纬向上同一直线基本保持一个厚度，径向上以θ为倾角厚度逐渐增大)，同一点测量定位时可能会产生接触凹面情形，如图4(b)所示，假设需要满足测量精度ε的要求，则需具有以下要求：1.为了接触点定位准确，定位x轴需反向补偿rsin(θ)的距离；2.压头半径大小r需满足：其中w为织物3凹面弦长。

x轴直线位移机构30运动方向平行于模具2的轴线方向，在每一次开始前，需要校核测量基准的定位，方法是控制电机回到理论基准点，判断压头圆弧面最低点是否与基准重合。任意测量点定位均是按照其与基准的x轴向间距计算出电机旋转角度及电机编码器脉冲数，通过plc向电机驱动器通讯该数据实现的电机的精确定位，使测量探头能够到达准确的测量位置，定位精度非常高。由于所测量型面为变型面，测量织物时假设测量点所在区域的倾角为θ，而压头底部为半径为r的圆弧，因此压头的接触点非压头圆弧面的最低点，接触点为压头弧面与织物的切点，相比压头圆弧面最低点，x轴向位置上多出rsin(θ)的距离，所以在计算机编码器脉冲数时，需要将测量点与基准点间距-rsin(θ)，方能使定位更准确。

如图5、图6所示，为厚度检测装置的x轴直线位移机构30示意图，主要包括第一步进电机31、换向减速器32、第一千分尺33、减速器安装板34、第一齿轮35与第一齿条36、第一精密直线导轨37与第一滑块38、固定安装板39、第一移动滑台40、第一行程限位板41、第一外设安装平台42；

所述固定安装板39竖直放置，并通过螺纹连接固定在固定支撑架1上，减速器安装板34固定在固定安装板39上；固定安装板39上固定有第一滑块38；第一移动滑台40上固定有第一精密直线导轨37和第一齿条36；第一滑块38和第一精密直线导轨37配合，可在滑块35中滑动；换向减速器32与第一千分尺33固定在减速器安装板34上，换向减速器32输入侧与第一步进电机31相连，输出侧与第一齿轮35通过键相连；第一齿轮35与第一齿条36啮合；所述第一移动滑台40两端均设有第一行程限位板41，防止装置直线移动超过最大行程，起到机械保护作用。移动滑台外侧连接第一外设安装平台42；在减速器安装板34上侧并排连接着减速器32与第一千分尺33。在安装板39的前面中心附近固定分布着2组共4个导轨第一滑块38，两条第一精密直线导轨37，整个装置原理为：第一步进电机31与换向减速器32驱动，第一齿轮35与第一齿条36传动，第一精密直线导轨37与第一滑块38导向，使第一移动滑台40与第一外设安装平台42直线移动。其中利用第一千分尺33微动机构负责校正调整位置。该装置可以实现x轴方向精确直线移动。

如图7、图8所示，为厚度检测装置的z轴直线位移机构10示意图，主要包括第二步进电机11、减速器12、换向器13、第二千分尺14、固定安装板15、第二齿轮16与第二齿条17、第二精密直线导轨18与第二滑块19、第二行程限位板20、第二移动滑台21、第二外设安装平台22、扩展平台23；

所述固定安装板15竖直放置，并固定在x轴直线位移机构30的第一外设安装平台42上；换向器13侧面固定在固定安装板15上，输出侧与第二齿轮16相连，输入侧方位为输出侧的逆时针变换90°，输入侧与减速器12的输出侧相连，减速器12输入侧则第二步进电机11相连，第二千分尺14位于减速器12后侧，与固定安装板15上直角凸起相连，第二千分尺14轴向与减速器12输出轴向一致，在安装板15上固定分布着2组共4个导轨第二滑块19，两条第二精密直线导轨18在其中竖直滑动；每条第二精密直线导轨18分别与两个第二滑块19配合，直线导轨18可在第二滑块19中滑动，第二齿条17安装在第二移动滑台21面向第二齿轮16的一侧，第二齿轮16与第二齿条17啮合，第二移动滑台21两端安装第二行程限位板20，确保滑台不会超出行程；移动滑台21外侧连接第二外设安装平台22，用于与其他零件相连，第二外设安装平台22连接扩展平台23用于安装直线位移传感器50；直线位移传感器50，其通过传感器安装件51固定到z轴直线位移机构的扩展平台23上，在传感器头部安装位移传感器特制压头60进行接触测量。所述的安装件51通过三面包裹的方式，将直线位移传感器50与z轴直线位移机构的扩展平台23相连，该安装件51左右两面通过紧定螺丝来调整直线位移传感器50处于竖直位置。z轴直线位移机构10可以实现z轴方向精确直线移动。

本发明的x轴直线位移机构30可实现位移传感器左右平直移动，能够检测大尺寸回转体变型面三维机织预制体多点的厚度，能够计算出不同截面高度差。z轴直线位移机构10实现位移传感器50上下平直移动，扩展了位移传感器量程，还能够留出员工在机操作空间。x轴直线位移机构30与z轴直线位移机构10均设有第二千分尺14，能校正调整直线运动的水平与竖直，满足测量装置精度要求，根据编码器反馈，可使直线位移机构准确的回到之前的测量点。