一种在线非接触测厚设备及其测量方法与流程

本发明涉及锂电池极片、铜箔、铝箔等非磁性薄膜类材料检测技术领域，尤其是指一种在线非接触测厚设备及其测量方法。

背景技术：

随着人类社会生产生活和科学实践活动的不断深入，锂电池极片、铜箔、铝箔等非磁性薄膜类材料的应用越来越广，已成为电力、电子、信息、军工、核、航 空、航天等产业不可缺少的关键材料之一。对于生产出来的非磁性薄膜类材料，在其诸多性能要求中，非磁性薄膜类材料的厚度、均匀度是最较为关键的参数，直接影响生产成本和应用效果，也会影响其它很多问题，因此，监测、控制薄膜的厚度、均匀度已成为非磁性薄膜类材料生产中重要的、不可或缺的环节。

然而在生产过程中，需要对非磁性薄膜类材料进行检测；有些是直接通过手持测量表或卡尺在停机后对非磁性薄膜类材料的厚度进行检测，操作麻烦，效率低，而且由于为接触性测量，易对材料表面造成损伤；也有些采用激光三角测量法，其的测厚模块由两个激光位移传感器上下对射的方式组成的，上下的两个传感器分别测量被测体上表面的位置和下表面的位置，通过计算得到被测体的厚度，由于被测薄片不是绝对的平面，当激光如果从非平面反射时，就会造成测量误差，且激光最小光斑为2μm，所以测量误差最少大于2μm。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的问题提供一种结构简单、紧凑和运作稳定可靠，并且测量精度能够达到±0.5μm的在线非接触测厚设备及其测量方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种在线非接触测厚设备，包括中心控制台和设置于中心控制台一旁的设备机架，所述设备机架上设置有导料组件、测量组件以及用于支撑测量组件的横梁顶块，所述测量组件滑动设于横梁顶块，所述测量组件包括磁场传感器、光发射器及CCD传感器；所述导料组件包括设置于测量组件下方的主动辊轮和从动辊轮；所述磁场传感器设于主动辊轮的正上方；所述光发射器和CCD传感器分别位于主动辊轮的两侧。

其中的，所述主动辊轮为磁性背轮。

其中的，所述横梁顶块设置有用于驱动测量组件沿着横梁顶块往复移动的位移驱动机构。

作为优选的，所述测量组件还包括移动座和测量仪安装架；所述磁场传感器设置在所述测量仪安装架的中部；所述移动座设有第一滑块和与第一滑块配合使用的第一导轨，所述第一滑轨固定连接于横梁顶块；所述移动座的两侧均设置有第二导轨、与第二导轨配合使用的第二滑块及驱动测量仪安装架升降的升降驱动机构，所述测量仪安装架固定连接于第二滑块。

作为优选的，所述位移驱动机构包括分别设有横梁顶块两端的主动轮和从动轮、绕设于主动轮和从动轮的传动皮带及与主动轮连接的驱动电机，所述传动皮带与移动座连接。

作为优选的，所述横梁顶块材质为大理石。

其中的，所述设备机架设有第一支撑座，所述主动辊轮的两端连接于第一支撑座并位于测量组件的下方，所述设备机架设有用于驱动主动辊轮的第一驱动机构；所述从动辊轮滑动设于所述第一支撑座，所述第一支撑座设置有用于驱动从动辊轮靠近或远离主动辊轮的第二驱动机构。

作为优选的，所述第二驱动机构包括辊轮移动座、第三滑块、与第三滑块配合使用的第二导轨和驱动辊轮移动座位移的驱动气缸，所述第三导轨连接于第一支撑座，所述第三滑块与辊轮移动座连接。

其中的，所述导料组件还包括第一导料辊轮、第二导料辊轮及设于设备机架的第二支撑座和第三支撑座，所述第一导料辊轮的两端连接于所述第二支撑座，所述第二导料辊轮的两端连接于所述第三支撑座。

本发明还提供一种用于一种在线非接触测厚设备的在线非接触测厚的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在测量产品厚度之前，驱动测量组件使CCD传感器和光发射器检测到空载的主动辊轮，接着驱动测量组件在主动辊轮的轴向方向来回移动n（n≥1）次，每移动一次测量组件选取轴向上固定的m（m≥1）个点作为测量点，由此CCD传感器所测得的n组数据记录为CCD_C1、CCD_C2、CCD_C3…. CCD_Cn，磁场传感器测得的测得的n组数据记录为AD_C1、AD_C2、AD_C3….AD_Cn，其中每组CCD_C和AD_C的数据里包括m个点的测量值，最后计算出来回移动n次所对应m个点各自的平均值记录为CCD_CA1和AD_CA1。

步骤2：将测量组件在其量程内位移一段距离，接着驱动测量组件在主动辊轮的轴向方向来回移动n（n≥1）次，每移动一次测量组件选取轴向上固定的m（m≥1）个点作为测量点，由此CCD传感器所测得的n组数据记录为CCD_C1、CCD_C2、CCD_C3…. CCD_Cn，磁场传感器测得的测得的n组数据记录为AD_C1、AD_C2、AD_C3…. AD_Cn，其中每组CCD_Cn和AD_Cn的数据里包括m个点的测量值，最后计算出来回移动n次所对应m个点各自的平均值记录为CCD_CA2和AD_CA2。

步骤3：计算AD的修正系数AD_a，其公式为AD_a=（CCD_CA2- CCD_CA1）/（AD_CA2-AD_CA1），AD_a取绝度值，其中AD_a包括m个点的修正系数。

步骤4：将非磁性薄膜贴着主动辊轮移动，测量组装件在主动辊轮的轴向方向来回移动，由此磁场传感器和CCD传感器测得的实际值为CCD_T和AD_T，通过公式计算出该非磁性薄膜的厚度H，该公式为H=（CCD_T-CCD_CA1-[(AD_T-AD_CA1)]xAD_a，其中H包括m个点的计算值。

本发明的有益效果：

本发明通过用磁场传感器的测量探头尖端至主动辊轮顶面的实时距离，再通过侧边位置的CCD传感器测出被测非磁性薄膜的最高点高度，然后通过计算即可得出被测薄片的实时厚度，并且可做到具有非接触，高精度，持续稳定的特点，在避免被测薄片被损坏的同时，也提升了检测精确性和速度，另外整体结构简单、易于实现，利于广泛推广应用。

附图说明

图1为本发明的正视图。

图2为本发明测量组件的结构分解示意图。

图3为本发明测量组件的另一结构分解示意图。

图4为本发明导料组件的爆炸结构示意图。

图5为本发明测量方法示意图。

图6为本发明测量方法另一示意图。

附图标记说明

1-中心控制台；2-设备机架；3-导料组件；31-主动辊轮；311-第一驱动机构；32-从动辊轮；33-第一支撑座；321-辊轮移动座；322-第三导轨；333-第三滑块；324-位移驱动气缸；33-第一导料辊轮；331-第二支撑座；34-第二导料辊轮；341-第三支撑座；342-滑槽；4-测量组件；41-磁场传感器；421-光发射器；422-CCD传感器；43-移动座；44-测量仪安装架；441-皮带夹紧块；45-升降驱动气缸；46-第二滑动装置；461-第二导轨；462-第二滑块； 5-横梁顶块； 61-主动轮；62-从动轮；63-传动皮带；64-驱动电机；7-第一滑动装置；71-第一导轨；72-第一滑块；8-非磁性薄膜。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种在线非接触测厚设备，包括中心控制台1和设置于中心控制台1一旁的设备机架2，所述设备机架2上设置有导料组件3、测量组件4以及用于支撑测量组件4的横梁顶块5，所述测量组件4滑动设于横梁顶块5，所述测量组件4包括磁场传感器41、光发射器421及CCD传感器422；所述导料组件3包括设置于测量组件4下方的主动辊轮31和从动辊轮32；所述磁场传感器41设于主动辊轮31的正上方；所述光发射器421和CCD传感器422分别位于主动辊轮31的两侧并朝向磁场传感器41正对在主动辊轮31的位置上。其中，所述主动辊轮31为磁性背轮。所述测量组件4还包括移动座43和测量仪安装架44；所述磁场传感器41设于所述测量仪安装架44的中部，所述所述光发射器421和CCD传感器422设于测量仪安装架44的两侧。

具体的，现有的测量方法是使用光发射器421对空载的辊轮照射，CCD传感器422接收光源信号测出辊轮的最高点的一个数值，接着让辊轮贴有薄片类介质，用CCD传感器422测出薄片类介质最高点的数值，两数值相减就得到该薄片类介质的厚度。然而，由于现有的加工精度和现有材料加工出来的辊轮的圆度会有一定的公差，并且在转动时还会出现跳动现象，即在转动时最高点实际上有较大的波动，从而如果仅仅使用CCD传感器422测量直接测量辊轮上的非磁性薄膜类介质，会导致测量出现外部硬件所带来的误差，影响测量的真实数据，因此，本发明在CCD传感器422的基础上，加上磁场传感器41一并测量，并将传统的辊轮改为主动辊轮31，用以配合磁场传感器41的使用，从而提高其测量的精确度。本发明的磁场传感器41优选采用霍尔传感器，利用霍尔传感器通过对主动辊轮31的磁通量变化转化为数字号的原理，测量出霍尔传感器的探头尖端至主动辊轮31顶面的实时距离，再通过侧边位置的CCD传感器422测出被测薄片的最高点高度，然后通过特定的计算方法即可得出被测薄片的实时厚度，并且可做到具有非接触，高精度，持续稳定的特点。

如图1、图2所示，本实施例中，所述横梁顶块5设置有用于驱动测量组件4沿着横梁顶块5往复移动的位移驱动机构。所述位移驱动机构包括分别设有横梁顶块5两端的主动轮61和从动轮62、绕设于主动轮和从动轮的传动皮带63及与主动轮61连接的驱动电机64，所述传动皮带63与移动座43连接。具体的，该移动座43设置有用于锁紧皮带的皮带夹紧块441，该驱动电机64可以采用步进电机或者伺服电机。所述测量组件4还包括移动座43和测量仪安装架44；所述磁场传感器41设置在所述测量仪安装架44的中部，所述光发射器421和CCD传感器422设于测量仪安装架44的两侧。所述移动座43设有第一滑块72和与第一滑块72配合使用的第一导轨71，所述第一滑轨72固定连接于横梁顶块5。在工作时，位移驱动电机64通过驱动主动轮61转动，使传动皮带63移动，从而带动测量组件4可以沿横梁顶块5往复移动，使测量组件4可以测量出非磁性薄膜类8在主动辊轮31沿轴方向上各个点的数值。皮带传动具有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和振动，运动平稳无噪音，而且结构简单制造容易，安装和维修方便，成本较低。

本实施例中，所述移动座43的两侧均设置有第二导轨461、与第二导轨461配合使用的第二滑块462及驱动测量仪安装架41升降的升降驱动气缸45，所述测量仪安装架41固定连接于第二滑块462。本发明在测量产品之前，测量组件4需要在主动辊轮31的径向方向测取数据，因此本发明通过升降驱动气缸45驱动移动座移动，以带动测量组件4在其测量范围内上下移动。其结构简单，控制方便，位移精度高。

本实施例中，所述横梁顶块5材质为大理石。大理石材质具有结构精密，质地均匀，稳定性好，强度大，硬度高，能在重负荷及一般温底下保持高精度，并且具有不生锈，耐酸碱，耐磨性，不磁化、不变型等优点，从而使设备减少外界因素所带来的测量误差，提高测量的精确度。

如图4所示，本实施例中，所述设备机架2设有第一支撑座33，所述主动辊轮3的两端连接于第一支撑座33并位于测量组件4的下方，所述设备机架2设有用于驱动主动辊轮31的第一驱动机构311；所述从动辊轮32滑动设于所述第一支撑座33，所述第一支撑座33设置有用于驱动从动辊轮32靠近或远离主动辊轮31的第二驱动机构。所述第二驱动机构包括与从动辊轮32连接的辊轮移动座321、第三滑块333、与第三滑块333配合使用的第三导轨322和驱动辊轮移动座321位移的位移驱动气缸324，所述第三导轨322连接于第一支撑座33，所述第三滑块333与辊轮移动座321连接。所述第一驱动机构包括与主动辊轮31连接的从动轮、主动轮、绕设于从动轮和主动轮的皮带及与从动轮连接的驱动电机。该驱动电机可以采用步进电机或者伺服电机。在工作时，位移驱动气缸324驱动从动辊轮32移动，与主动辊轮31啮合。使非磁性薄膜类8能够贴紧在主动辊轮31表面移动，避免非磁性薄膜类8在测量过程中与主动辊轮31间产生空隙，影响其测量的准确性，提高本发明测量的精度。

如图4所示，所述导料组件3还包括第一导料辊轮33、第二导料辊轮34及设于设备机架2的第二支撑座331和第三支撑座341，所述第一导料辊轮33的两端连接于所述第二支撑座331，所述第二导料辊轮34的两端连接于所述第三支撑座341。具体的，所述第三支撑座341上设置有滑槽342，第二导料辊轮34能够在滑槽342的范围内调节安装位置。第一导料辊轮33和第二导料辊轮34起到导向作用，便于非磁性薄膜类8的进料和出料。

如图5、图6所示，一种用于权利要求1所述的一种在线非接触测厚设备的在线非接触测厚的测量方法，包括以下步骤：

步骤1：在测量产品厚度之前，驱动测量组件4下降使CCD传感器422和光发射器421检测到空载的主动辊轮31，接着驱动测量组件4在主动辊轮31的轴向方向来回移动n（n≥1）次，每移动一次，测量组件4选取主动辊轮31的轴向上设定的m（m≥1）个点作为测量点，由此CCD传感器422所测得的n组数据记录为CCD_C1、CCD_C2、CCD_C3…CCD_Cn，磁场传感器41所测得的n组数据记录为AD_C1、AD_C2、AD_C3…AD_Cn，其中每组CCD_C和AD_C的数据里都包括m个点的测量值，最后计算出来回移动n次所对应m个点各自的平均值记录为CCD_CA1和AD_CA1。

具体的，该步骤1的CCD传感器422所测得数值和平均值如以下的表1所示：

表格1

表格内的X1、X12、X13…X1m为CCD传感器422在主动辊轮31的轴向方向移动第一次对设定的m个测量点所测得数值，以此类推，Xn、X2n、X2n…Xnm为CCD传感器422在主动辊轮31的轴向方向移动第n次对设定的m个测量点所测得数值（如图5所示）； 、、、…表格内的为每个测量点被测量n次后所计算得到平均值。

具体的，该步骤1的磁场传感器41所测得数值和平均值如以下的表2所示：

表格2

表格2内的数值为磁场传感器41在主动辊轮31的轴向方向移动n次对设定的m个测量点所测得数值和平均值，其原理与计算方式如前面所述，在这里不再赘述。

步骤2：将测量组件4在其量程内位移一段距离，接着驱动测量组件4在主动辊轮31的轴向方向来回移动n（n≥1）次，每移动一次测量组件4选取轴向上固定的m（m≥1）个点作为测量点，由此CCD传感器422所测得的n组数据记录为CCD_C1、CCD_C2、CCD_C3…CCD_Cn，磁场传感器41测得的n组数据记录为AD_C1、AD_C2、AD_C3…AD_Cn，其中每组CCD_Cn和AD_Cn的数据里包括m个点的测量值，最后计算出来回移动n次所对应m个点各自的平均值记录为CCD_CA2和AD_CA2。

具体的，该步骤是以步骤1的数据为基准而测的一个对比数据，以为下一步骤计算所用，其工作原理和计算方式与步骤1所述的一样，在这里不再赘述。

步骤3：计算AD的修正系数AD_a，其公式为AD_a=（CCD_CA2—CCD_CA1）/（AD_CA2—AD_CA1），AD_a取绝度值，其中AD_a包括m个点的修正系数。

具体的，该步骤公式能够计算出磁场传感器41所测量的数值变化量对CCD传感器422所测得的数据变化量的影响的比例关系。

步骤4：将非磁性薄膜贴着主动辊轮31移动，测量组件4在主动辊轮31的轴向方向来回移动，由此磁场传感器41和CCD传感器422测得的实际值为CCD_T和AD_T，通过公式计算出该非磁性薄膜的厚度H，该公式为H=（CCD_T-CCD_CA1）-[(AD_T-AD_CA1)XAD_a]，其中H包括m个点的计算值。具体的，最后中心控制台会根据所计算出的各个点的H值来判断所测的非磁性薄膜类材料的厚度和均匀度是否达到生产所需的要求。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。