CN107643052A - 一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备及其检测方法，包括设备外壳以及光谱共焦检测机构、工控主机、光谱测厚电箱和滚筒机构，滚筒机构包括第一滚筒部分、第二滚筒部分以及设置于第一滚筒部分与第二滚筒部分上端中部的平行杆机构，光谱共焦检测机构包括支撑座、光电开关、第一光谱控制器、第二光谱控制器、U型架、第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头以及与支撑座连接的丝杆驱动机构，第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头设置于U型架的同侧端部呈同轴线连接，U型架的底部与丝杆驱动机构的滑动块连接。本发明为在线式非接触的光谱共焦测量设备，具有超高分辨率、检测稳定、可测量小孔、更高精度、更方便快速、检测范围广等优点。
Description
技术领域
本发明涉及检测设备技术领域，特别涉及一种适于锂电池极片、铜箔、铝箔等薄片类材料的测厚用的光谱共焦检测设备及其检测方法。
背景技术
随着测厚技术的不断发展，对于薄片类介质厚度的测量出现很多方法，如激光透射法、超声波测量、校尺检测法等，不同的测量方法有着不同的技术特点和应用范围，但这些传统方法有以下缺点：1.测量重复精度较差(±4um，激光测量法)；2.扫描速度较慢(5-18m/min，激光测量法)；3.需离线检测(校尺检测法)；4.接触式测量(校尺检测法，超声测量法)；5.测量环境要求高(激光测量法，超声测量法)；6.不能有其它光源干涉(激光测量法)。如今，激光测厚等非接触式测量已被用于薄片类介质的厚度测量，激光测量方法属于非接触式，可以在线测量，实时性能好，然而，由于激光测量方法受到环境、表面结构、被测物倾斜、波动等诸多因素的影响，其测量准确度一直得不到圆满解决。现有的激光测量设备容易受分切机振动、薄片表面颗粒结构、薄片波动的影响，导致测量准确度不理想，不能满足更高的生产需求。
有鉴于此，确有必要提供一种能对薄片类介质厚度进行高分辨率(1um)、高精度(±1.5um)、高速(100值/min)测量的测厚设备及其检测方法。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，为了克服传统检测方法的精度不高、对检测环境要求高等缺陷，提供一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，具有更高精度、检测环境要求不高、对检测介质要求不严、非接触式检测、稳定性好等优点。
本发明还提供了前述薄片材料测厚用光谱共焦检测设备的检测方法。
本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：
一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，包括设备外壳以及设于设备外壳内的光谱共焦检测机构、工控主机、光谱测厚电箱和滚筒机构，所述的滚筒机构包括第一滚筒部分、第二滚筒部分以及设置于第一滚筒部分与第二滚筒部分上端中部的平行杆机构，所述第一滚筒部分与第二滚筒部分的两端分别通过支座连接板、滚轴支座相连接，所述的光谱共焦检测机构包括支撑座、光电开关、第一光谱控制器、第二光谱控制器、U型架、第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头以及与支撑座连接的丝杆驱动机构，所述第一光谱控制器、第二光谱控制器与U型架的一侧连接，所述第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头通过镜头调节机构分别与所述U型架另一侧的上端部、下端部呈同轴线连接，所述U型架的底部通过滑轨底板与所述丝杆驱动机构的滑动块连接。
进一步地，所述的第一滚筒部分和第二滚筒部分均包括第一滚筒、主动滚筒以及与第一滚筒、主动滚筒两端连接的滚筒支座，第一滚筒为沿水平方向平行设置的两个滚筒，且第一滚筒部分与第二滚筒部分对称设置。
进一步地，所述的第一滚筒的两端部通过连接有旋转手柄的滑块与滚筒支座连接，主动滚筒的两端部通过弹性轴支座与滚筒支座连接，弹性轴支座包括支座本体、设于支座本体内的压簧、与压簧内部连接浮动导柱以及与压簧外部中间连接的浮动块。
进一步地，所述的平行杆机构包括两个平行设置的滚轴、与滚轴连接的滚轴支座、设于滚轴支座上方的存档片和挡光板，滚轴通过锁紧螺母与滚轴支座连接，所述平行杆机构的端部设置于第一光谱共焦镜头与第二光谱共焦镜头之间。
进一步地，所述的丝杆驱动机构包括丝杆、马达以及与丝杆滑动连接的滑动块。
进一步地，所述的镜头调节机构包括升降滑块板、Z轴滑块、与升降滑块板一侧连接的XY轴座以及镜头固定座，升降滑块板与U型架的一端连接。
进一步地，所述的光谱共焦检测机构的支撑座通过底部支撑脚与设备外壳内一侧底部连接，所述滚筒机构的底部与设备外壳内另一侧底部连接。
进一步地，所述的设备外壳包括底部框架和设于底部框架上的外罩，外罩包括外罩焊接骨架、与外罩焊接骨架的侧面连接的前后封板、左右封板以及开口封板、与外罩焊接骨架的上方连接的顶封板和可滑动门框。
进一步地，所述的设备外壳的外部还连接有电控柜，电控柜包括电控箱体、内置于电控箱体的工控机和风扇、设置在电控箱体上方的显示器以及设置于电控箱体外的底板、侧板和顶板，在电控箱体上设有抽屉，抽屉内置有键盘，抽屉通过抽屉滑槽与电控箱体连接。
本发明还提供一种前述的薄片材料测厚用光谱共焦检测设备的检测方法，其包括以下步骤：
S1：将第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头移动至挡光板，通过第一光谱共焦镜头将第一光谱控制器进行暗场镜头校正，第二光谱共焦镜头将第二光谱控制器进行暗场校正；
S2：将第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头移动至标准片，并记录标准片厚度L，通过第一光谱共焦镜头采集数据传回第一光谱控制器进行运算得到第一光谱共焦镜头与标准片相对距离值D1，通过第二光谱共焦镜头采集数据传回第二光谱控制器进行运算得到第二光谱共焦镜头与标准片相对距离值D2；
S3：将要测试的薄片类介质引导从第一滚筒部分的第一滚筒下方为起始并从第一滚筒的两个滚筒的中间穿过，之后第一极片从第二滚筒部分的第一滚筒的两个滚筒中间穿过；
S4：来回移动第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头，实时通过第一光谱共焦镜头采集数据传回第一光谱控制器进行运算得到第一光谱共焦镜头与标准片相对距离值S1，通过第二光谱共焦镜头采集数据传回第二光谱控制器进行运算得到第二光谱共焦镜头与标准片相对距离值S2；
S5：计算，根据公式Hn＝(S1-D1)+(S2-D2)+L，其中n为正整数，计算出薄片类介质的厚度Hn。
与现有技术相比，本发明的优点：1.采用在线式非接触检测模式；2.使用大理石基座与安装平台，获得更高稳定性；3.采用光谱共焦测量法，解决了以往检测精度不高、对检测环境要求严、检测介质范围有限等缺点。4.具有超高分辨率、检测信号更稳定、可测量小孔、可测量透明材料、测量更加安全可靠、更高精度、更方便、更快速、检测范围更广等优点。5.检测范围广可以对不透明材料、透明材料的厚度检测、位移检测、高度检测等进行检测。
上述是发明技术方案的概述，以下结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的部分结构示意图；
图3为本发明的部分结构示意图；
图4为本发明的部分结构示意图；
图5为本发明的部分结构示意图；
图6为本发明的部分结构示意图。
具体实施方式：
为了使本发明的目的和技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例作详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
结合图1-6，本实施例提供的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，包括设备外壳1以及设于设备外壳内的光谱共焦检测机构2、工控主机3、光谱测厚电箱4和滚筒机构5，滚筒机构5包括第一滚筒部分6、第二滚筒部分7以及设置于第一滚筒部分与第二滚筒部分上端中部的平行杆机构8，第一滚筒部分与第二滚筒部分的两端分别通过支座连接板9、滚轴支座10相连接，光谱共焦检测机构2包括支撑座11、光电开关、第一光谱控制器131、第二光谱控制器132、U型架14、第一光谱共焦镜头15、第二光谱共焦镜头16以及与支撑座连接的丝杆驱动机构17，第一光谱控制器131、第二光谱控制器132与U型架14的一侧连接，第一光谱共焦镜头15、第二光谱共焦镜头16通过镜头调节机构27分别与U型架另一侧的上端部、下端部呈同轴线连接，U型架14的底部通过滑轨底板18与丝杆驱动机构17的滑动块连接，在光谱测厚电箱的前端设有风扇19。
其中，第一滚筒部分6和第二滚筒部分7均包括第一滚筒20、主动滚筒21以及与第一滚筒、主动滚筒两端连接的滚筒支座22，第一滚筒为沿水平方向平行设置的两个滚筒，且第一滚筒部分与第二滚筒部分对称设置，在滚筒支座22的上下端均设置有支撑杆23。第一滚筒20的两端部通过连接有旋转手柄的滑块24与滚筒支座连接，主动滚筒21的两端部通过弹性轴支座25与滚筒支座连接，弹性轴支座25包括支座本体251、设于支座本体内的压簧252、与压簧内部连接浮动导柱以及与压簧外部中间连接的浮动块253。第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头的外部设有镜头外罩26，镜头均设有传感器探头，传感器探头为微型光谱共焦位移传感器探头，是基于LED白光的光谱共焦镜头。
更优选地，平行杆机构8包括两个平行设置的滚轴81、与滚轴连接的滚轴支座82、设于滚轴支座上方的存档片83和挡光板84，滚轴通过锁紧螺母85与滚轴支座连接，平行杆机构的端部设置于第一光谱共焦镜头与第二光谱共焦镜头之间。丝杆驱动机构17包括丝杆172、马达173以及与丝杆滑动连接的滑动块。马达驱动丝杆运动，丝杆带动U型架运动从而带动U型架端部的第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头运动。镜头调节机构27包括升降滑块板271、Z轴滑块、与升降滑块板一侧连接的XY轴座272以及镜头固定座273，升降滑块板与U型架的一端连接。镜头调节机构协助调节第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头运动；同时，第一滚筒部分与第二滚筒部分通过调节使得待测薄片材料设置于滚筒机构上。例如，当待测薄片材料为锂电池极片时，如图3-4所示，将第一极片32从第一滚筒部分的第一滚筒下方为起始并从第一滚筒的两个滚筒的中间穿过，之后第一极片从第二滚筒部分的第一滚筒的两个滚筒中间穿过，将第二极片33从第一滚筒部分的主动滚筒上方为起始穿过后设于第二滚筒部分的主动滚筒上，然后利用光谱共焦检测机构的运动与调节，在光谱共焦形成的瞬间感光并完成对锂电池极片的测量。
其中，光谱共焦检测机构的支撑座通过底部支撑脚28与设备外壳内一侧底部连接，滚筒机构的底部与设备外壳内另一侧底部连接。设备外壳1包括底部框架29和设于底部框架上的外罩，外罩包括外罩焊接骨架301、与外罩焊接骨架的侧面连接的前后封板、左右封板以及开口封板303、与外罩焊接骨架的上方连接的顶封板304和可滑动门框302。设备外壳的外部还连接有电控柜31，电控柜包括电控箱体311、内置于电控箱体的工控机312、设置在电控箱体上方的显示器313以及设置于电控箱体外的底板、侧板和顶板，在电控箱体上设有抽屉314，抽屉内置有键盘，抽屉通过抽屉滑槽与电控箱体连接。通过整机结构的设计设备整体的结构更加紧凑，降低设备材料成本。
本实施例还提供一种前述的薄片材料测厚用光谱共焦检测设备的检测方法，其包括以下步骤：
S1：将第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头移动至挡光板，通过第一光谱共焦镜头将第一光谱控制器进行暗场镜头校正，第二光谱共焦镜头将第二光谱控制器进行暗场校正；
S2：将第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头移动至标准片，并记录标准片厚度L，通过第一光谱共焦镜头采集数据传回第一光谱控制器进行运算得到第一光谱共焦镜头与标准片相对距离值D1，通过第二光谱共焦镜头采集数据传回第二光谱控制器进行运算得到第二光谱共焦镜头与标准片相对距离值D2；
S3：将要测试的薄片类介质引导从第一滚筒部分的第一滚筒下方为起始并从第一滚筒的两个滚筒的中间穿过，之后第一极片从第二滚筒部分的第一滚筒的两个滚筒中间穿过；
S4：来回移动第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头，实时通过第一光谱共焦镜头采集数据传回第一光谱控制器进行运算得到第一光谱共焦镜头与标准片相对距离值S1，通过第二光谱共焦镜头采集数据传回第二光谱控制器进行运算得到第二光谱共焦镜头与标准片相对距离值S2；
S5：计算，根据公式Hn＝(S1-D1)+(S2-D2)+L，其中n为正整数，计算出薄片类介质的厚度Hn。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，包括设备外壳以及设于设备外壳内的光谱共焦检测机构、工控主机、光谱测厚电箱和滚筒机构，所述的滚筒机构包括第一滚筒部分、第二滚筒部分以及设置于第一滚筒部分与第二滚筒部分上端中部的平行杆机构，所述第一滚筒部分与第二滚筒部分的两端分别通过支座连接板、滚轴支座相连接，所述的光谱共焦检测机构包括支撑座、光电开关、第一光谱控制器、第二光谱控制器、U型架、第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头以及与支撑座连接的丝杆驱动机构，所述第一光谱控制器、第二光谱控制器与U型架的一侧连接，所述第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头通过镜头调节机构分别与所述U型架另一侧的上端部、下端部呈同轴线连接，所述U型架的底部通过滑轨底板与所述丝杆驱动机构的滑动块连接。
2.如权利要求1所述的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，所述的第一滚筒部分和第二滚筒部分均包括第一滚筒、主动滚筒以及与第一滚筒、主动滚筒两端连接的滚筒支座，第一滚筒为沿水平方向平行设置的两个滚筒，且第一滚筒部分与第二滚筒部分对称设置。
3.如权利要求1所述的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，所述的第一滚筒的两端部通过连接有旋转手柄的滑块与滚筒支座连接，主动滚筒的两端部通过弹性轴支座与滚筒支座连接，弹性轴支座包括支座本体、设于支座本体内的压簧、与压簧内部连接浮动导柱以及与压簧外部中间连接的浮动块。
4.如权利要求1所述的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，所述的平行杆机构包括两个平行设置的滚轴、与滚轴连接的滚轴支座、设于滚轴支座上方的存档片和挡光板，滚轴通过锁紧螺母与滚轴支座连接，所述平行杆机构的端部设置于第一光谱共焦镜头与第二光谱共焦镜头之间。
5.如权利要求1所述的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，所述的丝杆驱动机构包括丝杆、马达以及与丝杆滑动连接的滑动块。
6.如权利要求1所述的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，所述的镜头调节机构包括升降滑块板、Z轴滑块、与升降滑块板一侧连接的XY轴座以及镜头固定座，升降滑块板与U型架的一端连接。
7.如权利要求1所述的一种薄片材料测厚用光谱共焦检测设备，其特征在于，所述的光谱共焦检测机构的支撑座通过底部支撑脚与设备外壳内一侧底部连接，所述滚筒机构的底部与设备外壳内另一侧底部连接。
8.一种权利要求1-7之一所述的薄片材料测厚用光谱共焦检测设备的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头移动至挡光板，通过第一光谱共焦镜头将第一光谱控制器进行暗场镜头校正，第二光谱共焦镜头将第二光谱控制器进行暗场校正；
S2：将第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头移动至标准片，并记录标准片厚度L，通过第一光谱共焦镜头采集数据传回第一光谱控制器进行运算得到第一光谱共焦镜头与标准片相对距离值D1，通过第二光谱共焦镜头采集数据传回第二光谱控制器进行运算得到第二光谱共焦镜头与标准片相对距离值D2；
S3：将要测试的薄片类介质引导从第一滚筒部分的第一滚筒下方为起始并从第一滚筒的两个滚筒的中间穿过，之后第一极片从第二滚筒部分的第一滚筒的两个滚筒中间穿过；
S4：来回移动第一光谱共焦镜头、第二光谱共焦镜头，实时通过第一光谱共焦镜头采集数据传回第一光谱控制器进行运算得到第一光谱共焦镜头与标准片相对距离值S1，通过第二光谱共焦镜头采集数据传回第二光谱控制器进行运算得到第二光谱共焦镜头与标准片相对距离值S2；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180130 |