光机电在线测控教学创新实验平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于测量控制领域，特别是一种基于光学检测、机械控制、电子信息的在线测控教学创新实验平台。
【背景技术】
[0002]传统锂电池薄膜厚度的测量采用诸如人工测量、射线射法和超声波测量而薄膜表面缺陷检测常采用人工视目检测。由于激光传感器和CCD传感器属于非接触性测量、体积小，便于集成，对安装环境要求低，不需要安全保护措施，测量精度高且可以在线实时测量，已经成为薄膜厚度和表面缺陷检测的主流。光机电在线测控教学创新实验平台基于激光传感器三角测量和CXD数字图像处理原理，应用于在锂电池生产中可以极大的提高行业技术和生产效率，同时也可推动和促进如钢材、布匹、太阳能电池硅片、包装和极片等相关领域的在线测量检测手段。
[0003]近年来，随着光电研宄和光电专业的逐渐兴起，对于光电相关专业课程诸如信号分析与处理、工程光学、误差理论与数据处理、控制工程、传感器原理与应用、机电检测技术、计算机控制技术、测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术、光电显示技术和机器视觉技术等理论的学习，由于理论复杂、实践性强、有限的实践时间和单一的实践平台，使学生缺乏感性认识，难以理解讲授的理论知识，不能从整体上融合上述专业知识。鉴于上述原因，经多年研宄和积累，结合为企业锂电池薄膜生产线所开发的测控设备，开发了在线检测的光机电综合测控实验平台，用于提高教学质量和培养创新型人才。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种光机电在线测控教学创新实验平台，该平台模拟被测物在线生产和在线检测厚度和表面缺陷的工业现场，结合光学检测、机械控制、单片机控制电路、下位机控制和显示、数字信号处理和软件人机界面的实现等知识点，适用学生在实验室条件下模拟被测物静态和动态检测，具有低成本、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举的优点。
[0005]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0006]光机电在线测控教学创新实验平台，包括C型扫描机构和激光传感器部分、三维调节机构和CCD相机部分、被测物检测薄铝板平台部分、下位机控制显示部分；
[0007]所述C型扫描机构和激光传感器部分，外围框架上较高的部分为第二桌面，第一工业机器人固定于第二桌面上，第一工业机器人的一端为步进电机，步进电机连接联轴器和丝杆，另一端由轴承支撑座固定，丝杆上安放滑块，滑块上端设置C型扫描机构，C型扫描机构前端内部分别安装上激光传感器和下激光传感器，上激光传感器由C型扫描机构支撑固定，下激光传感器可实现三维调节，上激光传感器和下激光传感器的一端数据线经C型扫描机构内部延伸至后端，并延伸至外围框架的箱体内侧的驱动电路板，在第一工业机器人前后两侧各安装两个第二限位开关，步进电机带动丝杆转动，滑块在丝杆带动下前后平移，滑块接触到第二限位开关时，停止滑动，并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
[0008]所述三维机械调节机构包括分别沿X轴、Y轴和Z轴方向的X轴调节机构、Y轴调节机构、Z轴调节机构，三组调节机构的构造相同，Z轴调节机构安装在C型扫描机构一侧，Z轴调节机构的上端为步进电机，步进电机连接联轴器，联轴器和支撑座连接丝杆的一端，丝杆的另一端连接轴承支撑座，丝杆上安装滑块，X轴调节机构的支撑座一端连接于Z轴调节机构的滑块位置，Y轴调节机构的支撑座一端连接于X轴调节机构的滑块位置，三维调节机构数据线与控制电路和计算机串口通信连接，自动调焦CCD相机固定于Y轴调节机构的滑块位置，CCD相机数据线和计算机USB 口通信连接；
[0009]所述被测物检测平台部分，外围框架上部较低部分表面为第一桌面，第二工业机器人固定于第一桌面上，第二工业机器人上面固定支撑架，支撑架上面放置平台，平台中央呈十字形孔状，第二工业机器人一侧固定连接板，连接板与光栅尺固定，另一侧安装两个第一限位开关，步进电机带动丝杆转动，滑块在丝杆上带动支撑架、平台、连接板、光栅尺前后平移，滑块接触到第一限位开关时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
[0010]所述下位机控制显示部分，下位机为具有液晶显示的控制电路，用于控制并显示平台的位置、反复运动的速度，具体包括光机电在线测控教学创新实验平台控制面板、扫描机构传动速度控制面板和实时显示面板。
[0011]权利要求1所述光机电在线测控教学创新实验平台的实验方法，包括如下步骤:
[0012]I)首先开启计算机装置，同时接通控制箱的电源，将被测目标物放在平台上；
[0013]2)打开人机界面，在光机电在线测控教学创新实验平台控制面板，选择联机则开始测量，选择停止则停止测量，设置显示背景颜色、测量数据颜色；在扫描机构传动速度控制面板，选择静态或动态扫描，静态扫描选项设定扫描位置，C型扫描机构移动至该位置并开始测量，动态扫描选项设定移动速度，C型扫描机构的移动扫描并测量。
[0014]3)实时显示面板，设定测量值上下限，查看光机电在线测控装置中扫描机构静止或动态扫描时被测物静止或移动时检测实时数据分布和实时厚度显示数值。
[0015]本发明的有益效果如下:
[0016]该平台模拟被测物在线生产和在线检测厚度和表面缺陷的工业现场，结合光学检测、机械控制、单片机控制电路、下位机控制和显示、数字信号处理和软件人机界面的实现等知识点，适用学生在实验室条件下模拟被测物静态和动态检测，具有低成本、模拟性、可扩展、综合性与创新性并举的优点。
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施对本发明进一步说明。
[0018]图1是本发明光机电在线测控教学创新实验平台的正面轴测图；
[0019]图2是本发明中被测物平台的结构示意图；
[0020]图3是本发明光机电在线测控教学创新实验平台的背面轴测图；
[0021]图4是本发明中工业机器人的结构示意图。
[0022]图中:1、C型扫描机构；2、上激光传感器；3、下激光传感器；4、平台；5、第二工业机器人；6、连接板；7、光栅尺；8、下位机9、外围框架；10、箱体内侧；11、第二桌面；12、第一工业机器人；13、坦克链；14、第二限位开关；15、数据线；16、控制电路；17、驱动电路板一；18、驱动电路板二 ；19、电动机和驱动电路的开关电源；20、激光传感器的供电电源；21、第一桌面；22、支撑架；23、X轴调节机构；24、自动调焦CXD相机；25、Y轴调节机构；26、Ζ轴调节机构；27、第一限位开关；28、步进电机；29、支撑座；30、联轴器；31、丝杆；32、滑块；33、轴承支撑座。
【具体实施方式】
[0023]一种光机电在线测控教学创新实验平台，包括:检测平台、C型扫描机构、激光传感器、CCD传感器、工业机器人、被测物平台、下位机测控数显系统、电子测控系统和上位机监控系统等组成。
[0024]步骤1:如图一、图二、图三所示，所述的装置由下列部分构成
[0025]步骤1.1C型扫描机构和激光传感器部分
[0026]外围框架9由铝型材制成。外框架较高部分表面为大理石第二桌面11，第一工业机器人12固定于大理石第二桌面11。第一工业机器人12其一端为步进电机28连接联轴器30和丝杆31，另一端由轴承支撑块33固定。丝杆31上端安放滑块32。滑块32上端为C型扫描机构1，C型扫描机构I前端内部安装上下激光传感器2、3，上激光传感器2由C型扫描机构I支撑固定，下激光传感器3可以实现三维调节，激光传感器2、3的一端数据线15经C型扫描机构I内部到后端通过坦克链13至外围框架箱体内侧10驱动电路板17、18。在第一工业机器人12前后两侧各安装2个第二限位开关14。步进电机28带动丝杆31转动，滑块32在丝杆31带动下前后平移，滑块32接触到第二限位开关14时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动。
[0027]步骤1.2三维调节机构和CXD相机部分
[0028]三维机械调节机构分X轴、Y轴和Z轴方向，三组调节机构构造相同。
[0029]Z轴调节机构26安装在C型扫描机构I 一侧。Z轴调节机构26由步进电机28和型材构成，步进电机28接联轴器30，联轴器30和支撑座29连接丝杆31的一端，丝杆31另一端连接支撑座33。丝杆31上安装滑块32。X轴调节机构2