专利名称：有机玻璃在线双面自动测厚装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机板生产线测试仪器，具体说是一种用于有机玻璃生产线实时 测量板厚的双面自动测厚装置。
背景技术：
很多板材对板面平整度、厚度有很高的要求，对于尺寸较小的板材，常用厚度千分 尺等测量工具手工测量，但对于尺寸规格大的板材来说，利用测量工具人工测量，误差较 大，而且须在生产完成后另外单独完成测量程序，搬运不便，费时费力，不利于提高生产、检 测效率，因此能够在生产同时实时测量显得尤为重要。现有技术中，一部分精密测量仪器都是采用激光等光电测量，其测量精度能达到1 微米，如专利号为96118912. 6公开的纸厚动态测量技术，采用光纤传感原理对纸表面扫描 感应厚度变化，其结构烦琐，技术复杂，制作和使用成本高，大都适用于科研使用，无法在实 际生产中普及应用。激光和超声波等对环境及介质要求极高的测量方式，易受外界环境影 响，测量误差大，步骤繁琐。尤其其对有机板在线测量无计可施，已多次与激光研究所和检 测设备研发单位试验论证。除上述非接触式测量方法外，常见的测量仪器还有使用机械接 触式测量板材厚度的，如专利号为210721189904. 9公开的触辊式板材厚度分布测量装置， 其固定于机架下部的托辊上方对应固定触辊，触辊向上连接触座和导杆，导杆与固定于机 架上部的读取仪连接，由托辊实时牵引进板材，由触辊接触板材上表面测量板材厚度，由读 取仪采集数据信号，分析板材厚度、平整度等参数，该测量装置的不足之处是在触辊测量 板材时，随着板材表面各处情况的不同，以及触辊与板材之间的浮动接触，在板材厚度测量 精度范围内，触辊测量数据不准确，精确度低；另外板材背面支撑在托辊上，随着板材背面 各处情况的不同，托辊与板材间或多或少存在间隙，触辊即便测量出板材上表面至托辊距 离，其中亦存在较大误差，严重影响了测量精度，实用性差；板材进入触辊下方时，板材厚度 突变对触辊的板材行进方向冲击力直接由固定结构承受，减少机器使用寿命，又产生振动， 使测量无法进行，板材厚度方向冲击力向上经导杆作用于读取仪，冲击力无缓冲，易损坏读 取仪，影响测量精度和缩短使用寿命；由电动机传动托辊牵引板材进行测量，电动机工作振 动大，托辊支撑板材振动导致板材测量不准确；触辊上的配重不可靠，如配重过重，不利于 板材进入触辊与托辊间，易损伤板材表面，如配重过轻，在高速生产线上配重易被弹开，无 法正常测量。
发明内容
为了解决现有技术中接触式测量板材厚度结构设计不合理，使用寿命短，测量精 度低，误差较大，测量数据不准确，无法准确测量板材实际厚度、平整度等不足，本发明的目 的是提供一种结构紧凑、设计合理、使用寿命长、测量精度高、误差小、数据准确，能准确测 量板材厚度、平整度的有机玻璃在线双面自动测厚装置。本发明采用的技术方案是一种有机玻璃在线双面自动测厚装置，主要有控制系统、机架、支撑架、检测框架、横梁、横梁调节装置、进给距离测量装置和多个厚度测量装置， 机架上端固定连接检测框架，横梁经横梁调节装置连接于检测框架的上边框上，检测框架 内固定连接支撑架，支撑架上设有多根支撑导向轴，其技术特征是所述进给距离测量装置 采用旋转位移传感器，旋转位移传感器设置于任一支撑导向轴的一端；所述多个厚度测试 装置均包括上、下厚度测量单元，所述多个上厚度测量单元均勻设置于横梁上，上厚度测量 单元均包括直线位移传感器、弹簧、心轴、杠杆、定位销和两只导轮，直线位移传感器和心轴 均固定于横梁上，杠杆经轴承连接于心轴上，杠杆两端分别连接两只导轮，两只导轮均经两 个轴承连接在杠杆的两端，杠杆任意一端连接弹簧的一端，安装弹簧的杠杆一端上方的横 梁上固定有定位销，弹簧的另一端固定在横梁上，直线位移传感器的测试探头与杠杆任意 一端的导轮呈垂直方向的活动接触状态；所述下厚度测量单元结构与上厚度测量单元相 同，多个下厚度测量单元均勻固定于检测框架的下边框上且与横梁上的多个上厚度测试单 元对称设置，下厚度测量单元的直线位移传感器、弹簧、心轴和定位销均固定于检测框架的 下边框上；旋转位移传感器和上、下厚度测量单元的直线位移传感器均连接控制系统。生产 线上有机玻璃板进入检测框架内，在支撑架的支撑导向辊上前进并由支撑导向轴一端的进 给速度测量装置将板材进给速度数据测量并输至控制系统，进给速度测量装置采用旋转位 移传感器、光电编码器或霍尔元件等数字传感器，亦可采用里程轮等计数器。旋转位移传感 器设置于支撑导向轴一端，实时探测支撑导向轴的旋转角度从而计算支撑导向轴上板材进 给距离，旋转位移传感器采用光电编码器，精度高，数字信号易传输、易运算且抗干扰；同时 板材进入上、下厚度测量单元之间，板材顶开上、下厚度测量单元上分别靠近有机玻璃板的 两只导轮，导轮在垂直方向的位移即为板材该点位置信息，杠杆另一端的导轮绕心轴旋转 在垂直方向下降的位移标量等于与板材接触的导轮垂直方向上升的位移标量，板材采样点 位置信息经两只导轮传递，直线位移传感器采用数显式数字指示表或差动变压器等精密测 量仪器，标定时比较灵活，精度高，直线位移传感器的测试探头与杠杆不接触板材的导轮呈 垂直方向的活动接触状态，板材在上、下厚度测量单元之间行进，直线位移传感器实时将板 材上下表面采样点位置数据向控制系统输出，由其计算板厚，板材宽度方向上分布的多个 厚度测量单元测量出板材宽度方向上多点位置数据并输入控制系统，控制系统结合进给距 离数据和板材各点位置数据，全面采集企业规定板材单位面积内各点的厚度信息，经计算、 比对和拟合确定该规格各批次产品的尺寸质量；每只导轮经两只轴承连接在杠杆上，确保 导轮在杠杆上无侧摆，导轮传递位置信息更准确；杠杆上连接有弹簧，在杠杆发生旋转时， 与板材接触的导轮受弹簧作用力始终顶紧板材，防止其在板材行进过程中跳动而影响测量 精度，导轮与板材接触紧密，板材厚度测量及传递精确；定位销与弹簧配合使用可确保杠杆 的复位准确，确保测试元件不会超量程；杠杆和导轮的配合使用可确保冲击的强度减弱，方 向改变，对结构和测量元件不产生影响，最大程度避免了振动的产生，确保精度和仪器结构 及测量元件不损坏； 所述横梁调节装置包括升降丝杠和减速电机，减速电机连接控制系统，升降丝杠 底端固定连接横梁，横梁两端固定位置传感器，升降丝杠中部经丝杠螺母连接在检测框架 的上边框上，减速电机固定于检测框架，并经齿轮副连接丝杠螺母。控制系统控制减速电机 经齿轮副带动丝杠螺母旋转，丝杠螺母带动升降丝杠滑动从而实现横梁上、下位置调节，横 梁位置实时反馈保证调整精度，同时提供板厚基准；
所述升降丝杠为滚珠丝杠，丝杠螺母内部自动消隙，消除了升降丝杠与丝杠螺母 间的间隙，防止横梁抖动，同时滚珠丝杠精度高，响应快，寿命长，进一步提高了测试仪器精 确度和在线检测的实时性，可靠性；所述减速电机采用带电磁刹车的专用仪表电机，故可实 现横梁任意位置平稳定位，并采用横梁位置反馈，精确度高。所述支撑架首先定位在检测框架内，支撑架周边再经可调节螺栓固定在机架上， 支撑架双重固定，定位准确、精度高、整体结构刚性好；所述测试探头与不接触板材的导轮接触的端部为平面，确保真实反映板材与导轮 的接触情况，使板厚传递无误，有利于提高测量精度，并方便位移传感器调整，同时导轮与 探头平面滚动接触耐用抗磨损，延长了敏感元件寿命，提高整机性能；所述检测框架的左、右边框上均设有位置位移传感器。控制系统调节横梁升降，两 只位移传感器分别测量横梁两端高度位置并将测得位置信息输送至控制系统，控制系统按 算法计算横梁两端高度平均值，反馈给电机调整横梁及上厚度测量单元位置，并作为计算 厚度的基准信息进入计算机，无须人工调节，适应各种规格的板材测量要求，适用范围广。采用以上技术方案，本发明的有益效果是1、支撑架嵌装固定在支架上的检测框架内且支撑架周边经可调节螺栓固定在机 架上，支撑架双重固定，支撑架刚性好，位置精度高，适合在线板材测量使用。可电控调节横 梁在检测框架内的位置无级可调，横梁带动上厚度测量单元在检测框架检测空间内升降， 满足一定范围内不同规格测量，由检测框架两边的位移传感器反馈横梁位置给控制系统， 控制上、下厚度测量单元的预留测量间隙，避免了预留间隙过大而无法测量板材厚度或预 留间隙过小板材对导轮冲击过大，并将预留间隙直接作为计算初始数据，能得到有效保证 测量精度；2、采用上、下厚度测量单元分别测量板材正面和背面点阵位置信息，经控制系统 运算出板厚，避免了传统单边测量忽视另一面平整度对测量结果的影响，同时厚度测量单 元的导轮与板材、导轮与直线位移传感器接触紧密，厚度信息传递精度高，测量精度可达 0. 05mm;在高速流水生产线上，板材在进入上、下厚度测量单元时对上、下厚度测量单元具 有一定冲击力，冲击力经导轮、杠杆、弹簧消减和反向后，对直线位移传感器无任何影响，在 杠杆复位时定位销对杠杆起限位作用，直线位移传感器也不受冲击力，仪器使用精度高、寿 命长；3、采用支撑导向轴一端的进给距离测量位移传感器探测板材进给过程中支撑导 向轴旋转角度位移，从而精确测量出每块板材在厚度测量仪内进给位置信息，同时角度的 测量还确保了位移测量无需清零，增量式计算位移，更适合生产线上的无上限累加计量，进 给位置信息结合板材宽度方向多点的位置信息，由控制系统自动计算各点板厚并存储、显 示及不合格报警，且可配备自动输出设备在板材表面实时喷码并可将数据输入ERP系统， 实现板材生产在线检测、记录和质量控制。4、采用差值计算板厚，利用闭合尺寸链，使板厚尺寸只与测量元件精度及采样频 率有关，能实现0. 05mm的测量精度，无差别适用于各种板材的在线检测。本发明采用上、下厚度测量单元测量板材多点位置正面、背面的厚度信息，配合进 给距离测量装置测量板材进给距离，由控制系统实时处理、计算出板材实体空间三维点阵 的位置信息以确认板材的尺寸质量，其结构简单、紧凑，可直接安装在板材生产线中实时测量，除更换规格需人工输入外无需人为介入，使用方便，测量精度高、误差小，测量结果准 确、全面，可广泛应用于各类板材厚度测量。
图1所示为本发明结构示意图；图2为图1的左视图；图3为本发明的上、下厚度测量单元的结构示意图。图中机架1，支撑架2，支撑导向轴3，进给速度测量装置4，检测框架5，横梁6，减 速电机7，升降丝杠8，丝杠螺母9，左位置位移传感器10，右位置位移传感器11，上厚度测量 单元12，下厚度测量单元13，直线位移传感器14，测试探头141，心轴15，杠杆16，导轮17、 18，弹簧19，定位销20，控制系统21，有机玻璃22。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1、2所示，有机玻璃在线双面自动测厚装置主要包括机架1、支撑架2、进给距离 测量装置4、检测框架5、横梁6、减速电机7、升降丝杠8、厚度测量装置和控制系统21。机 架1上设有检测框架5，检测框架5内固定连接支撑架2，支撑架2的周边经可调节螺栓固 定在机架1上，支撑架2上水平设有多根支撑导向轴3，任一支撑导向轴3的一端设有进给 速度测量装置4，进给速度测量装置4采用旋转位移传感器探测支撑导向轴旋转角度，进给 速度测量装置4连接控制系统21 ；检测框架5的左、右边框上分别设有左位置位移传感器 10和右位置位移传感器11，检测框架5的上边框上经丝杠螺母9连接升降丝杠8，丝杠螺母 9经齿轮副连接减速电机7，升降丝杠8底端固定横梁6，左位置位移传感器10和右位置位 移传感器11检测横梁6的位置，横梁6上均勻固定连接若干上厚度测量单元12，检测框架 5的下边框上均勻固定连接若干下厚度测量单元13，上、下厚度测量单元对称设置，减速电 机7、左、右位置位移传感器10、11和上、下厚度测量单元12、13均连接控制系统21。图3所示上厚度测量单元12和下厚度测量单元13对称设置于有机玻璃板22的 上下两边，上厚度测量单元12主要包括直线位移传感器14、心轴15、杠杆16、导轮17、18和 弹簧19。直线位移传感器14和心轴15均固定在横梁6上，直线位移传感器14连接控制系 统21，心轴15经轴承连接杠杆16，杠杆16的两端分别经轴承连接导轮17、18，导轮17与 直线位移传感器14的测试探头141接触，导轮18与待测板材22接触，连接导轮17的杠杆 16 一端上连接弹簧19 一端，弹簧19另一端固定在横梁6上，连接弹簧19的杠杆一端上方 设有固定于横梁6上的定位销20 ；下厚度测量单元13的结构与上厚度测量单元12相同且 呈上、下对称设置，下厚度测量单元13的位移传感器、心轴、弹簧均固定在检测框架5的下 边框上。本有机玻璃在线双面自动测厚装置的工作过程为1、安装、调试在有机玻璃生产线上安装测厚装置，根据生产线高度调整测厚装置 机架1高度，使支撑导向轴3与生产线对应便于送入有机玻璃22 ；按生产线生产板材厚度 调整横梁6高度，选择板材厚度测量预留间隙；2、板材进给生产线上的有机玻璃板送入测厚装置支撑导向轴3上，同时支撑导向轴3 —端的旋转位移传感器探测支撑导向轴3旋转角度，由控制系统21记录有机玻璃板 进给速度信息；3、厚度测量有机玻璃板进入检测框架5内的上、下厚度测量单元12、13之间，有 机玻璃板正面顶住上厚度测量单元12的导轮18并经杠杆16、导轮17、测试探头141将板 材上表面点的位置信息由直线位移传感器14输至控制系统21 ；同时下厚度测量单元13将 有机玻璃板下表面点的位置信息输至控制系统21，由控制系统21计算并显示出板材宽度 方向上多点的厚度、平整度等信息，且输入ERP系统；4、测量结果由控制系统21综合有机玻璃板进给速度信息和板材宽度方向上多 点的厚度信息，外接输出装置输出有机玻璃板平面有限点阵的厚度信息、记录其变化曲线 等，达到在线检测的快速、准确、精密。
权利要求
一种有机玻璃在线双面自动测厚装置，主要包括控制系统(21)、机架(1)、支撑架(2)、检测框架(5)、横梁(6)、横梁调节装置、进给距离测量装置(4)和多个厚度测量装置，机架上端固定连接检测框架，横梁经横梁调节装置连接于检测框架的上边框上，检测框架内固定连接支撑架，支撑架上设有多根支撑导向轴(3)，其特征在于所述进给距离测量装置(4)为旋转位移传感器，旋转位移传感器设置于任一支撑导向轴(3)的一端；所述多个厚度测量装置均包括上、下厚度测量单元(12，13)，所述多个上厚度测量单元(12)均匀设置于横梁(6)上，上厚度测量单元包括直线位移传感器(14)、弹簧(19)、心轴(15)、杠杆(16)、定位销(20)和两只导轮(18，19)，直线位移传感器和心轴均固定于横梁上，杠杆经轴承连接于心轴上，杠杆两端分别连接两只导轮，每只导轮均经两个轴承连接于杠杆上，杠杆任意一端连接弹簧的一端，安装弹簧的杠杆一端上方的横梁上固定有定位销，弹簧的另一端固定在横梁上，直线位移传感器的测试探头(141)与杠杆任意一端的导轮呈垂直方向的活动接触状态；所述下厚度测量单元(13)结构与上厚度测量单元相同，多个下厚度测量单元均匀固定于检测框架(5)的下边框上且与横梁上的多个上厚度测试单元对称设置，下厚度测量单元的直线位移传感器、弹簧、心轴和定位销均固定于检测框架的下边框上；旋转位移传感器和上、下厚度测量单元的直线位移传感器均连接控制系统(21)。
2.根据权利要求1所述的有机玻璃在线双面自动测厚装置，其特征是所述横梁调节 装置包括升降丝杠(8)和减速电机(7)，升降丝杠底端固定连接横梁(6)，升降丝杠中部经 丝杠螺母(9)浮动固定在检测框架(5)的上边框上，减速电机经齿轮副连接丝杠螺母。
3.根据权利要求2所述的有机玻璃在线双面自动测厚装置，其特征是所述升降丝杠 (8)为滚珠丝杠；所述减速电机(7)为带电磁刹车的专用仪表电机。
4.根据权利要求1所述的有机玻璃在线双面自动测厚装置，其特征是所述支撑架(2) 由检测框架(5)定位，支撑架周边经调节螺栓固定在机架(1)上。
5.根据权利要求1所述的有机玻璃在线双面自动测厚装置，其特征是所述直线位移 传感器(14)的测试探头(141)与导轮接触的端部为平面。
6.根据权利要求1所述的有机玻璃在线双面自动测厚装置，其特征是所述检测框架 (5)的左、右两边框上均设有位置位移传感器(10，11)。
全文摘要
本发明涉及一种有机玻璃在线双面自动测厚装置，主要包括控制系统、机架、支撑架、检测框架、横梁、横梁调节装置、进给距离测量装置和多个厚度测量装置，机架上端固定连接检测框架，横梁经横梁调节装置连接于检测框架的上边框上，检测框架内固定连接支撑架，支撑架上设有多根支撑导向轴，所述进给速度测量装置设置于任一支撑导向轴的一端测量有机玻璃板进给距离；所述厚度测量装置包括上、下厚度测量单元，多个上下厚度测量单元分别对称设于横梁和检测框架上测量有机玻璃板多点位置正面、背面的厚度信息；由控制系统实时处理、计算出有机玻璃板实体空间三维点阵的位置信息以确认板材的尺寸质量，其结构简单、紧凑，可直接安装在生产线中实时测量。
文档编号G01B21/08GK101806592SQ20101016432
公开日2010年8月18日 申请日期2010年5月6日 优先权日2010年5月6日
发明者季一岷, 季铮越, 汤月生 申请人:泰兴汤臣压克力有限公司