厚度检测装置和厚度检测方法与流程

本申请涉及厚度检测领域，具体而言，涉及一种厚度检测装置和厚度检测方法。

背景技术：

薄片状物品，如纸张、票据、塑料膜、纺织物品等的在线连续厚度测量，在其产品的生产、检测、处理以及回收等过程中处于越来越重要的地位。近年来，通过平行板电容器间的静电感应对待测膜的厚度进行检测的装置在不断研究进展中。

如图1所示，目前,这种检测装置通常包括公共单元1和检测单元2两部分，公共单元1与检测单元2在第一方向上相对且间隔设置，间隔为待测物体的检测通道。其中检测单元2由框体10，基板11和盖板16组成，基板11上在第二方向上设有厚度检测芯片12，基板11下方设有输出接口电路14，公共单元1部分由导电圆柱体构成。检测过程中,在公共单元施加脉冲电场到厚度检测芯片上，当公共单元与检测单元之间的待测物体厚度改变时，检测单元感应出的电压就会有变化，公共单元施加一次脉冲，检测单元检测一行厚度数据，全幅面检测时，待测物体与厚度检测装置之间就需要有相对移动，即边移动边扫描。这种移动的检测方式使得公共单元与检测单元之间必须保证有一定的间隙，而待测物体在移动的过程中难免上下浮动，造成检测准确度下降；另外,待测物体在移动的过程中由于摩擦产生的静电也会对检测结果造成影响。此外在高分辨率薄膜厚度检测领域，或特殊立体结构的薄膜检测领域，现有的线性厚度检测装置无法进行检测。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种厚度检测装置和厚度检测方法，以解决现有技术中待测物体厚度检测准确度低的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种厚度检测装置，该装置包括：公共单元，所述公共单元为导电体；检测单元，与所述公共单元在第一方向上间隔设置，所述检测单元包括至少一个检测芯片，且所述检测芯片包括多个检测电极，所述公共单元在第一平面上的投影覆盖所述检测芯片在所述第一平面上的投影，所述第一平面与所述第一方向垂直，所述公共单元为可移动的公共单元和/或所述检测单元为可移动的检测单元。

进一步地，所述公共单元的靠近所述检测单元的表面包括曲面和/或平面。

进一步地，所述公共单元的靠近所述检测单元的表面为球面的一部分。

进一步地，所述厚度检测装置还包括：连接结构，设置在所述公共单元上，所述连接结构用于将待测膜设置在所述公共单元的靠近所述检测单元的表面上。

进一步地，所述检测芯片包括多个沿第二方向排列的检测行，各所述检测行包括多个沿第三方向排列的所述检测电极，任意两个所述检测电极相同，所述第二方向和所述第三方向垂直，且所述第二方向和所述第三方向分别和所述第一方向垂直。

进一步地，任意相邻两个所述检测行中的一个所述检测行为第一检测行，另一个所述检测行为第二检测行，所述第一检测行中的所述检测电极为第一检测电极，所述第二检测行的检测电极为第二检测电极，任意一个所述第一检测电极的中心点在第二所述检测行上的投影位于相邻的两个所述第二检测电极的中心点之间。

进一步地，所述检测电极在所述第一平面上的投影形状为圆形、正方形或正八边形。

进一步地，所述检测芯片有多个，且多个所述检测芯片级联。

根据本申请的另一方面，提供了一种厚度检测方法，该方法采用任一种所述的厚度检测装置实施，所述检测方法用于检测待测膜的厚度，所述待测膜包括多个待测区域，所述检测方法包括：步骤s1，将所述待测膜设置在公共单元的靠近检测单元的表面上，所述检测单元的检测区域在所述待测膜上的投影与一个所述待测区域重叠，所述检测区域为所述检测单元的靠近所述公共单元的表面的设置有检测芯片的区域；步骤s2，向公共单元施加脉冲电压，所述检测芯片输出一个所述待测区域对应的检测电信号；步骤s3，移动所述公共单元和/或所述检测单元且保持所述公共单元和所述检测单元之间的最小距离不变，使得所述检测区域在所述待测膜上的投影与另一个所述待测区域重叠；步骤s4，向所述公共单元施加所述脉冲电压，所述检测芯片输出另一个所述待测区域对应的检测电信号；步骤s5，依次重复执行所述步骤s3和所述步骤s4，直到得到各所述待测区域对应的检测电信号。

进一步地，所述公共单元的靠近所述检测单元的表面为球面的一部分，所述待测膜的形状与所述公共单元的靠近所述检测单元的表面的形状适配，所述待测膜包括中心待测区域和至少一个环形待测区域，所述中心待测区域为包括所述待测膜的中心的区域，所述环形待测区域围设在所述中心待测区域的外侧，所述环形待测区域包括多个子待测区域，所述步骤s4中，输出所述检测芯片输出另一个所述中心待测区域对应的检测电信号，所述步骤s5包括：步骤s51，移动所述公共单元，使得所述检测区域在所述待测膜上的投影与一个所述子待测区域重叠；步骤s52，向所述公共单元施加所述脉冲电压，所述检测芯片输出一个所述子待测区域对应的检测电信号；步骤s53，转动所述公共单元，使得所述检测区域在所述待测膜上的投影与另一个所述子待测区域重叠；步骤s54，向所述公共单元施加所述脉冲电压，所述检测芯片输出另一个所述待测区域对应的检测电信号；步骤s55，依次重复执行所述步骤s53和所述步骤s54，直到得到一个所述环形待测区域对应的检测电信号。

进一步地，所述环形待测区域有多个，多个所述环形待测区域沿远离所述中心的方向依次围设在所述中心待测区域的外侧，所述步骤s5还包括：步骤s56，依次重复执行所述步骤s51至所述步骤s55，直到得到各所述待测区域对应的检测电信号。

应用本申请的技术方案，公共单元在第一平面上的投影覆盖检测芯片在第一平面上的投影，即公共单元的面积大于检测芯片的面积，进一步地保证了检测芯片的检测信号的有效性，且公共单元为可移动的公共单元和/或检测单元为可移动的检测单元，相对于现有技术中的线性厚度检测装置，本检测装置通过移动公共单元和/或检测单元可以将待测物体的各个位置都检测到，无需待测物体与厚度检测装置之间的相对移动，厚度检测准确度较高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的一种厚度检测装置示意图；

图2示出了根据本申请实施例的一种厚度检测装置示意图；

图3示出了根据本申请实施例的一种厚度检测芯片检测电极形状及排列示意图；

图4示出了根据本申请实施例的另一种厚度检测芯片检测电极形状及排列示意图；

图5示出了根据本申请实施例的再一种厚度检测芯片检测电极形状及排列示意图；

图6示出了根据本申请实施例的另一种厚度检测装置示意图；

图7示出了根据本申请实施例的再一种厚度检测装置示意图；以及

图8示出了根据本申请实施例的检测单元移动方向示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、公共单元；2、检测单元；10、框体；11、基板；12、厚度检测芯片；121、第一厚度检测芯片；122、第二厚度检测芯片；13、控制单元；14、输出接口电路；15、检测电极；16、盖板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的厚度检测装置中，如图1所示，其中检测单元2由框体10，基板11和盖板16组成，基板11上在第二方向上设有厚度检测芯片12，基板下方设有输出接口电路14。公共单元1部分由导电圆柱体构成。公共单元1与检测单元2之间必须保证有一定的间隙，待测物体在移动的过程中难免上下浮动，造成检测准确度下降，为了解决如上检测装置检测准确度低，本申请提出了一种厚度检测装置，如图2所示，为本申请实施例的厚度检测装置示意图，该检测装置包括：

公共单元1，上述公共单元为导电体；

检测单元2，与上述公共单元在第一方向上间隔设置，上述检测单元包括至少一个检测芯片，且上述检测芯片包括多个检测电极，上述公共单元在第一平面上的投影覆盖上述检测芯片在上述第一平面上的投影，上述第一平面与上述第一方向垂直，上述公共单元为可移动的公共单元和/或上述检测单元为可移动的检测单元。

本检测装置中，上述公共单元在第一平面上的投影覆盖上述检测芯片在上述第一平面上的投影，即公共单元的面积大于检测芯片的面积，进一步地保证了检测芯片的检测信号的有效性，且上述公共单元为可移动的公共单元和/或上述检测单元为可移动的检测单元，相对于现有技术中的线性厚度检测装置，本检测装置通过移动公共单元和/或检测单元可以将待测物体的各个位置都检测到，无需待测物体与厚度检测装置之间的相对移动，厚度检测准确度较高。

本申请的一种实施方式中，上述公共单元的靠近上述检测单元的表面包括曲面和/或平面，具体包括三种情况：第一种，检测单元的表面为平面；第二种，检测单元的表面为曲面；第三种，检测单元的表面包括曲面和平面。图2中示出的检测单元的表面为曲面的情况，图6中示出的检测单元的表面为平面的情况。通过将检测单元的表面设置为曲面和/或平面，可实现不同形状的待测物体的厚度检测。

本申请的一种实施方式中，上述公共单元的靠近上述检测单元的表面为球面的一部分，如图2所示。本实施方式中，将公共单元设置为与待检测硬质薄膜弧面相适配的球面(实体金属弧面)结构，该球面的一部分靠近上述检测单元的表面。

本申请的一种实施方式中，上述厚度检测装置还包括连接结构，连接结构设置在上述公共单元上，上述连接结构用于将待测膜设置在上述公共单元的靠近上述检测单元的表面上。具体地，该连接结构可以为粘结层，这样待测膜可以贴附在连接结构上；当然，连接结构也可以为其他的固定结构，例如图钉等，当然，在连接结构为图钉等需要与公共单元配合的结构的情况下，公共单元的靠近检测单元的表面需要为适配的表面或者具有适配的结构。

本申请的一种实施方式中，上述检测芯片包括多个沿第二方向排列的检测行，各上述检测行包括多个沿第三方向排列的上述检测电极，任意两个上述检测电极相同，上述第二方向和上述第三方向垂直，且上述第二方向和上述第三方向分别和上述第一方向垂直，如图3至图5所示。

本申请的一种实施方式中，任意相邻两个上述检测行中的一个上述检测行为第一检测行，另一个上述检测行为第二检测行，上述第一检测行中的上述检测电极为第一检测电极，上述第二检测行的检测电极为第二检测电极，任意一个上述第一检测电极的中心点在第二上述检测行上的投影位于相邻的两个上述第二检测电极的中心点之间，如图4和图5所示。这样设置可以减小检测芯片上的检测电极之间的相互干扰。

本申请的一种实施方式中，上述检测电极在上述第一平面上的投影形状为圆形、正方形或正八边形，如图3所示上述检测电极在上述第一平面上的投影形状为正方形，如图4所示上述检测电极在上述第一平面上的投影形状为正八边形，如图5所示上述检测电极在上述第一平面上的投影形状为圆形。将投影形状设置为正八边形和圆形可以减小检测芯片上的检测电极之间的相互干扰，例如尖端放电等。

当然，本申请的检测电极在第一平面上的投影可以为任何利于检测的形状，本领域技术人员可以根据实际需求选择合适的投影形状。

本申请的一种实施方式中，上述检测芯片有多个，且多个上述检测芯片级联，如图6所示，多个检测芯片级联可以实现一次检测更大面积的被测物体，从而扩大检测范围。并且，级联的芯片方便调整，即当待测膜面积较大时，可以多级联几个，当待测膜面积较小时，可以拆下几个，能够适用于不同面积的待测膜。

本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种厚度检测方法，该检测方法采用上述厚度检测装置实施，上述检测方法用于检测待测膜的厚度，上述待测膜包括多个待测区域，上述检测方法包括：

步骤s1，将上述待测膜设置在公共单元的靠近检测单元的表面上，上述检测单元的检测区域在上述待测膜上的投影与一个上述待测区域重叠，上述检测区域为上述检测单元的靠近上述公共单元的表面的设置有检测芯片的区域；

步骤s2，向公共单元施加脉冲电压，上述检测芯片输出一个上述待测区域对应的检测电信号；

步骤s3，移动上述公共单元和/或上述检测单元且保持上述公共单元和上述检测单元之间的最小距离不变，使得上述检测区域在上述待测膜上的投影与另一个上述待测区域重叠；

步骤s4，向上述公共单元施加上述脉冲电压，上述检测芯片输出另一个上述待测区域对应的检测电信号；

步骤s5，依次重复执行上述步骤s3和上述步骤s4，直到得到各上述待测区域对应的检测电信号。

采用本方案中的厚度检测方法，通过向公共单元施加脉冲电压，使得检测芯片输出一个待测区域的检测电信号，再通过移动上述公共单元和/或上述检测单元，再次向公共单元施加脉冲电压，进而得到另一个待测区域的检测电信号，通过重复上述步骤直到实现所有待测区域的检测。该厚度检测方法无需移动待测物体，就可以实现待测物体厚度的全面检测，避免了待测物体在移动的过程中由于摩擦产生的静电对检测结果造成的影响，相对于现有技术的边移动边扫描的检测方式，该厚度检测方法的准确度较高。

本申请的一种实施方式中，上述公共单元的靠近上述检测单元的表面为球面的一部分，上述待测膜的形状与上述公共单元的靠近上述检测单元的表面的形状适配，上述待测膜包括中心待测区域和至少一个环形待测区域，如图2所示，待测膜既包括中心区域也包括围绕在中心区域外侧的环形区域，上述中心待测区域为包括上述待测膜的中心的区域，上述环形待测区域围设在上述中心待测区域的外侧，上述环形待测区域包括多个子待测区域，上述步骤s4中，输出上述检测芯片输出另一个上述中心待测区域对应的检测电信号，上述步骤s5包括：

步骤s51，移动上述公共单元，使得上述检测区域在上述待测膜上的投影与一个上述子待测区域重叠；

步骤s52，向上述公共单元施加上述脉冲电压，上述检测芯片输出一个上述子待测区域对应的检测电信号；

步骤s53，转动上述公共单元，使得上述检测区域在上述待测膜上的投影与另一个上述子待测区域重叠；

步骤s54，向上述公共单元施加上述脉冲电压，上述检测芯片输出另一个上述子待测区域对应的检测电信号；

步骤s55，依次重复执行上述步骤s53和上述步骤s54，直到得到一个上述环形待测区域对应的检测电信号。

本方案中，通过重复执行上述步骤s53和上述步骤s54，直到得到一个上述环形待测区域对应的检测电信号。通过不断地倾斜公共单元可以实现环形区域的全部检测，从而得到高精度的厚度检测结果。

需要说明的是，上述的环形待测区域可以为一个，也可以为多个，在仅有一个的情况下，上述步骤s55只需要重复执行上述步骤s53和上述步骤s54，直到得到一个上述环形待测区域对应的检测电信号。

本申请的一种实施方式中，上述环形待测区域有多个，多个上述环形待测区域沿远离上述中心的方向依次围设在上述中心待测区域的外侧，上述步骤s5还包括：步骤s56，依次重复执行上述步骤s51至上述步骤s55，直到得到各上述待测区域对应的检测电信号。当待测膜较大时，上述环形待测区域不仅有一个，通过重复执行上述步骤s51至上述步骤s55，可以实现所有待测环形区域的检测，进一步地提高了厚度检测的精度。

实施例1

图2是本发明实施例的一种厚度检测装置的示意图，该装置包括公共单元1和检测单元2，公共单元1与检测单元2在第一方向上相对且间隔设置。上述检测单元包括基板11，基板11的长为30mm，宽为30mm。基板11上设有厚度检测芯片12(此厚度检测芯片为面阵式)、控制单元13和输出接口电路14。上述面阵式厚度检测芯片上设有检测电极15和放大电路。面阵式厚度检测芯片上检测电极形状及排列如图3所示，芯片为长度18.3mm、宽度18.3mm的正方形的芯片，芯片上设有20μm×20μm的正方形检测电极，相邻的检测电极的中心间隔为21μm，一个检测行具有864个检测电极，一共有864个检测行，任意相邻的两个检测行对齐排列，共746496个检测电极构成分辨率为1200dpi的面阵式检测电极阵列。公共单元1为与待检测硬质薄膜弧面相适配的实体金属弧面结构，该金属弧面结构可以相对检测单元2上下移动，倾斜或者旋转。

具体地，金属弧面结构为半径300mm的金属圆球水平切取离球中心100mm处的部分，金属弧面结构最下端离厚度检测芯片的距离可根据实际待检测硬质薄膜厚度进行调节，此处设为0.1mm。检测过程如下，金属弧面结构上移，吸附待测硬质薄膜后下移至距离厚度检测芯片0.1mm的位置，金属弧面结构向检测单元2施加3.3v脉冲电压，厚度检测芯片12上所有的检测电极15同时感应出相应的电压，每个检测电极15感应出的电压大小与该检测电极15与公共单元1之间待测硬质薄膜厚度相关，控制单元控制时序，将每个检测电极15上的电压通过芯片内部放大器放大后，由输出接口电路14输出，即公共单元1施加一次脉冲电压可实现区域大小为18.3mm*18.3mm的厚度检测。公共单元1以球心为中心倾斜一定角度，确保与检测单元2的间隙不变，再施加脉冲电压，继续检测待测薄膜厚度，然后再以轴为中心进行多次旋转，同时施加脉冲电压继续检测，直到检测完弧面状待测薄膜的所有表面积厚度。

该实施例中，面阵式厚度检测芯片分辨率达到1200dpi，大幅提高了装置的检测精度；公共单元与检测单元间隙0.1mm，进一步提高了检测装置的灵敏度施加脉冲检测时，待测物体处于静止状态，消除了现有技术中待测物体上下浮动造成检测不准确的影响，同时又减小摩擦静电的产生，提高了检测准确度。

实施例2

该实施例除了面阵式厚度检测芯片上检测电极形状和排列不同外，其他结构均与实施例1相同。面阵式厚度检测芯片检测电极形状及排列示意图如图4所示，面阵式厚度检测芯片上检测电极设置为直径为20μm的正八角形，相邻两行检测电极错位交叉排列，检测步骤与实施例1相同。采用该实施例中检测电极形状和排列，可以减小面阵式厚度检测芯片上检测电极之间的互相干扰，进一步地提高了检测精度。

实施例3

该实施例除了面阵式厚度检测芯片上检测电极形状不同外，其他结构均与实施例1和实施例2相同。面阵式厚度检测芯片检测电极形状和排列如图5所示，为进一步减小面阵式厚度检测芯片上检测电极之间的互相干扰，面阵式厚度检测芯片上检测电极设置为直径20μm的圆形，相邻两行检测电极错位交叉排列，检测步骤同实施例1和实施例2，提高了检测精度。

实施例4

该实施例的面阵式厚度检测装置示意图如图6所示，该厚度检测装置由公共单元1和检测单元2组成。检测单元2中的面阵式厚度检测芯片12由第一厚度检测芯片121和第二厚度检测芯片122两个厚度检测芯片级联而成。基板11长为60mm，宽为30mm，两个芯片按基板长度方向相邻排列。公共单元1为金属平板结构，长为80mm，宽为40mm，金属平板平行于厚度检测芯片12所在的平面，金属平板结构与厚度检测芯片12所在的平面间隔为0.1mm，金属平板可水平或上下移动，吸附待测薄膜到检测单元2上方进行检测；该实施例中，公共单元1施加一次脉冲电压有效检测面积为两个面阵式厚度检测芯片的大小，即2*18.3mm*18.3mm，增加了单次扫描检测面积，极大地提高了检测效率。

实施例5

该实施例的面阵式厚度检测装置示意图如图7所示，由公共单元1和检测单元2组成。检测单元的基板11上设有面阵式厚度检测芯片12、控制单元13和输出接口电路14。上述面阵式厚度检测芯片采用图5所示的检测电极形状和排列，检测芯片的分辨率可达到1200dpi，芯片为长度18.3mm、宽度18.3mm的正方形。检测单元2可以上下、前后、左右三个维度进行移动。公共单元为金属平行板，长74mm，宽55mm。该实施例适用于检测面积特别大的薄膜物体。检测过程如下，将待测平面薄膜物体搬送到公共单元1的上表面后，检测单元2移动到公共单元1的左上角位置的上方，然后向下移动到距离公共单元1的表面0.1mm的位置，公共单元1向检测单元2施加大小为5v的脉冲电压，检测单元2上的面阵式厚度检测芯片12一次可检测大小为18.3mm*18.3mm的区域面积的薄膜厚度，并输出放大后的检测结果；检测单元2向下移动18.3mm的距离，公共单元1向检测单元2施加大小为5v的脉冲电压继续检测，检测顺序如图8所示，检测单元按图示顺序从上到下，从左到右依次检测，直到公共单元上的带检测薄膜物体全部检测完毕，公共单元1与厚度检测芯片12的相对大小如图8所示。

通过以上实施例，本申请的面阵式厚度检测装置能够高分辨率地检测薄膜物体厚度，在公共单元施加脉冲电压检测的过程中，待检测薄膜物体处于静止状态，消除了静电干扰的影响，提高了检测精度。待测物体处于静止状态时，还可以将公共单元和检测单元间隔设置的很小，以提高感度。公共单元可以设置为特殊弧面形状，匹配待检测薄膜物体，通过公共单元的倾斜、旋转等角度改变，可以很容易检测特殊形状的薄膜物体。对于大幅面平面薄膜，可以通过固定公共单元、移动检测单元的方式进行多次测量，操作便利，测量准确，应用前景广泛。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、采用本申请提出的厚度检测装置，上述检测芯片包括多个检测电极，即在公共单元施加一次脉冲的情况下就可实现一定区域面积的厚度检测；上述公共单元在第一平面上的投影覆盖上述检测芯片在上述第一平面上的投影，进一步地说明了公共单元与检测芯片的大小关系，即公共单元的面积大于或者等于检测芯片的面积，进一步地保证了检测芯片的检测信号的有效性，进一步地上述公共单元为可移动的公共单元和/或上述检测单元为可移动的检测单元，相对于现有技术中的线性厚度检测装置，本检测装置通过移动公共单元和/或检测单元可以实现上述第一方向上的间隔设置，无需待测物体与厚度检测装置之间的相对移动，可以去除待测物体在移动的过程中由于摩擦产生的静电对检测结果造成的影响，厚度检测准确度较高。

2)、采用本申请提出的厚度检测方法，通过向公共单元施加脉冲电压，使得检测芯片输出一个待测区域的检测电信号，再通过移动上述公共单元和/或上述检测单元，再次向公共单元施加脉冲电压，进而得到另一个待测区域的检测电信号，通过重复上述步骤直到实现所有待测区域的检测。该厚度检测方法无需移动待测物体，就可以实现待测物体厚度的全面检测，相对于现有技术的边移动边扫描的检测方式，厚度检测准确度较高。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。