CN110567405A - 平板检测装置及平面度计算方法 - Google Patents

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孙佳贺
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袁鹏
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Abstract

本发明提供了一种平板检测装置及平面度计算方法，涉及测量仪器技术领域，以解决现有检测设备只能检测固定尺寸平板工件的技术问题。该平板检测装置包括：滑动件，设置于检测台，并能够从放置在检测台的平板工件的上方滑过；第一检测组件，安装于滑动件，用于测量自身与平板工件上表面的距离。该平面度计算方法包括：建立三维直角坐标系，根据第一检测组件采集的数据，计算平板工件上各个采集点的坐标值；根据平板工件上各个采集点的坐标值，拟合平板工件上表面的基准平面；计算平板工件上各个采集点与基准平面的偏移量；计算平板工件上表面的平面度。本发明提供的技术方案能够检测和计算多种尺寸的平板工件的平面度。

Description

平板检测装置及平面度计算方法
技术领域
本发明涉及测量仪器技术领域，尤其是涉及一种平板检测装置及平面度计算方法。
背景技术
在生产过程中，手机背板、中板等平板工件对平面度要求较为严格，需要对其平面度进行检测。
传统的接触式测量方法，装置设计复杂，需要各个零件之间相互配合才能测量出平板工件的高度，然后计算平面度，检测效率低且受零件加工误差与读数误差的影响，不能满足高精度测量的要求；近年来也出现了非接触式的测量装置，现有非接触式的测量装置在设计上进行了简化，但主要针对小尺寸的平板工件，并且所能够测量的平板工件尺寸固定，无法满足不用尺寸平板工件的测量需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种平板检测装置及平面度计算方法，以解决现有检测设备只能检测固定尺寸平板工件的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种平板检测装置，该平板检测装置包括：
滑动件，设置于检测台，并能够从放置在检测台的平板工件的上方滑过；
第一检测组件，安装于所述滑动件，用于测量自身与平板工件上表面的距离。
结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述第一检测组件包括多个第一检测器；
多个所述第一检测器沿垂直于所述滑动件的滑动方向间隔排列，每个所述第一检测器均能够测量自身与平板工件上表面的距离。
结合第一方面，在第一方面的第二种可能的实现方式中，该平板检测装置还包括第一驱动机构，所述第一驱动机构安装于所述检测台并与所述滑动件连接，能够驱动所述滑动件在所述检测台上滑动。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述第一驱动机构包括第一驱动件、连接件和第一滑轨；
所述第一滑轨安装于检测台，并沿所述滑动件的滑动方向延伸；
所述连接件的一端连接于所述滑动件，另一端伸入所述第一滑轨内；
所述第一驱动件安装于检测台，并与所述连接件连接，能够驱动所述连接件在所述第一滑轨内滑动。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述第一驱动件包括第一气缸，所述第一气缸的推杆与所述连接件连接，且所述第一气缸的推杆的运动方向平行于所述第一滑轨的延伸方向。
结合第一方面，在第一方面的第五种可能的实现方式中，检测台上平行设置有两个滑台，所述滑动件滑动设置于两个所述滑台上；
两个所述滑台之间用于放置平板工件。
结合第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，该平板检测装置还包括四个侧面检测机构，四个所述侧面检测机构安装于检测台，并围成用于放置平板工件的矩形空间；
所述侧面检测机构能够测量自身与对应的平板工件侧面的距离。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述侧面检测机构包括第二驱动机构和第二检测器；
所述第二检测器连接于所述第二驱动机构，用于测量自身与平板工件侧面的距离；
所述第二驱动机构安装于检测台，能够驱动所述第二检测器沿平板工件侧面的长度方向滑动。
结合第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述第二驱动机构包括第二驱动件和第二滑轨；
所述第二滑轨沿平板工件侧面的长度方向延伸，所述第二检测器安装于所述第二滑轨；
所述第二驱动件与所述第二检测器连接，能够驱动所述第二检测器沿所述第二滑轨滑动。
第二方面，本发明还提供了一种使用上述平板检测装置检测平板工件的平面度计算方法，该平面度计算方法包括：
建立三维直角坐标系，根据所述第一检测组件采集的数据，计算所述平板工件上各个采集点的坐标值；
根据所述平板工件上各个采集点的坐标值，拟合所述平板工件上表面的基准平面；
计算所述平板工件上各个采集点与所述基准平面的偏移量；计算所述平板工件上表面的平面度。
结合以上技术方案，本发明带来的有益效果分析如下：
本发明提供了一种平板检测装置，该平板检测装置为非接触式检测装置，检测台能够放置多种尺寸的平板工件。使用该平板检测装置对平板进行检测时，将所要检测的平板工件放置在检测台，使滑动件从平板工件的上方滑过，第一检测组件随之从平板工件的上方滑过，第一检测组件能够测得多个距离数据，然后根据第一检测组件所测数据能够计算得出被检测平板工件上表面的平面度。调整滑动件在检测台上的距离，使检测台上的第一检测组件能够完全覆盖被测平板工件，进而使该平板检测装置能够检测多种尺寸的平板工件。
本发明还提供了一种使用上述平板检测装置的平面度计算方法，该平面度计算方法能够第一检测组件采集的数据，计算出平板工件的平面度。由于第一检测组件能够采集多种尺寸的平板工件，该平面度计算方法随之能够计算出多种尺寸的平板工件的平面度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的平板检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的侧面检测机构的结构示意图。
图标：10－检测台；11－滑台；20－滑动件；30－第一检测组件；31－第一检测器；40－第一驱动机构；41－第一驱动件；42－连接件；43－第一滑轨；50－支架；60－侧面检测机构；61－第二驱动机构；611－第二驱动件；612－第二滑轨；62－第二检测器；70－平板工件。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供了一种平板检测装置，请一并参照说明书附图中图1和图2。
参照图1，该平板检测装置包括检测台10、滑动件20和第一检测组件30。检测台10用于放置平板工件70，并且能够防止多种尺寸的平板工件70。滑动件20设置于检测台10，能够在检测台10上滑动；平板工件70放置在检测台10时，平板工件70位于滑动件20的下方；滑动件20能够从放置在检测台10的平板工件70的上方滑过。第一检测组件30安装于滑动件20，用于测量自身与平板工件70上表面的距离；滑动件20从平板工件70上方滑过时，第一检测组件30沿滑动件20的滑动方向采集多个距离数据。
使用该平板检测装置对平板进行检测时，将所要检测的平板工件70放置在检测台10，使滑动件20从平板工件70的上方滑过，第一检测组件30随之从平板工件70的上方滑过，第一检测组件30能够测得多个距离数据，然后根据第一检测组件30所测数据能够计算得出被检测平板工件70上表面的平面度。调整滑动件20在检测台10上的距离，使检测台10上的第一检测组件30能够完全覆盖被测平板工件70，进而使该平板检测装置能够检测多种尺寸的平板工件70。
使用该平板检测装置的平面度计算方法包括：建立三维直角坐标系，根据第一检测组件30采集的数据，计算平板工件70上各个采集点的坐标值；根据平板工件70上各个采集点的坐标值，拟合平板工件70上表面的基准平面；计算平板工件70上各个采集点与基准平面的偏移量；计算平板工件70上表面的平面度。
建立三维直角坐标系时，可以以任意一点为坐标原点，X轴、Y轴和Z轴的方向可以任意确定，并不影响最终的计算结构。完成三维直角坐标系的建立后，根据第一检测组件30采集的数据能够计算出平板工件70上各个采集点的坐标值。
平面在三维直角坐标系中的一般方程为：
Ax+By+Cz+D＝0
上式可以改写为：
Z＝ax+by+c
将所有测量点数据带入上式，并以矩阵表示：
上式可写成：
Z＝SA
式中：A为基准平面方程的系数矩阵。
以此平面为基准平面，可求出各测点到该平面的偏离量：
当x和y方向坐标值取得较大时：
ei＝zij-axi-byi-c
由平面度误差定义可得：
f＝max(ei)-min(ei)
f即为平面度，由于采用拟合平面的方式求得测量面，故结果不受板材表面位姿的影响。
该平板检测装置检测平板工件70时，可以将第一检测组件30电连接于上位机，第一检测组件30将采集得到的多个距离数据传输给上位机，提前在上位机设定好三维直角坐标系后，上位机根据第一检测组件30采集得到的多个距离数据和上述计算公式自动计算平板工件70的上表面的平面度。
图1示出了第一检测组件30的一种具体结构，该第一检测组件30包括多个第一检测器31；多个第一检测器31沿垂直于滑动件20的滑动方向间隔排列，每个第一检测器31均能够测量自身与平板工件70上表面的距离，具体地，在滑动件20上沿垂直于滑动件20的滑动方向开设多个间隔排列的通孔，每个通孔处均安装有支架50，多个第一检测器31一一对应放置在多个通孔内并连接于对应的支架50。图1示出了第一检测组件30包括三个第一检测器31的情况，当然，第一检测组件30也可以包括四个、五个等其他数量的第一检测器31，根据实际需要确定滑动件20上设置的第一检测器31的数量。
仍以图1中示出的三个第一检测器31为例，当第一检测组件30位于平板工件70上方的一个具***置时，每个第一检测器31均能够测量得到一个距离数据，每个距离数据均对应平板工件70上的一个点，三个第一检测器31能够测量得到三个距离数据，并且这三个距离数据在平板工件70上所对应的三个点沿垂直于滑动件20滑动方向间隔排列，当三个第一检测器31随滑动件20从平板工件70滑过后，三个第一检测器31所检测的距离数据对应的点能够覆盖整个平板工件70。
优选地，第一检测器31为激光测距传感器，使用激光测距传感器来测距既可以具有较高的测量精度，又可以保证较高的测量效率，通过试验，第一检测器31为激光测距传感器时，测量精度可以达到50μm，采集数据仅需10s。当然，第一检测器31也可以为超声波测距传感器、红外测距传感器等其他用于测距的传感器。
参照图1，该平板检测装置还包括第一驱动机构40，第一驱动机构40安装于检测台10并与滑动件20连接，能够驱动滑动件20在检测台10上滑动。该平板检测装置的操作者通过控制第一驱动机构40，使第一驱动机构40驱动滑动件20在检测台10上滑动并从平板工件70的上方滑过。
图1示出了第一驱动机构40的一种具体结构，第一驱动机构40包括第一驱动件41、连接件42和第一滑轨43；第一滑轨43安装于检测台10，并沿滑动件20的滑动方向延伸；连接件42的一端连接于滑动件20，另一端伸入第一滑轨43内，滑轨限定了连接件42的运动方向，进而限定了滑动件20的运动方向，防止滑动件20在滑动时发生偏移；第一驱动件41安装于检测台10，并与连接件42连接，能够驱动连接件42在第一滑轨43内滑动，连接件42进而带动滑动件20在检测台10上滑动。
优选地，如图1，第一驱动件41包括第一气缸，第一气缸的推杆与连接件42连接，且第一气缸的推杆的运动方向平行于第一滑轨43的延伸方向，当第一气缸的推杆伸长或缩短时，推杆带动连接件42沿第一滑轨43滑动，连接件42带动滑动件20在检测台10上滑动。以图1中第一气缸的安装位置为例，第一气缸位于第一滑轨43的一端，操作第一气缸使第一气缸的推杆伸长，推杆通过连接件42带动滑动件20从平板工件70上方滑过，第一检测组件30随滑动件20从平板工件70上方滑过，然后操作第一气缸使第一气缸的推杆缩短，推杆通过连接件42带动滑动件20回复到原始位置，更换平板工件70后进行下一测量过程。
当然，第一驱动件41也可以为液压缸、直线电机等。
第一驱动机构40的具体结构并不以图1和以上描述为限制，第一驱动机构40的具体结构只要可以实现驱动滑动件20在检测台10上直线滑动即可。比如，第一驱动机构40包括电机、丝杆和螺母，电机安装于检测台10上，丝杆与电机的转轴连接并沿滑动件20的滑动方向延伸，螺母连接于滑动件20并套装在丝杆上，电机带动丝杆转动，丝杆驱动螺母沿丝杆的长度方向运动，进而带动滑动件20在检测台10上滑动。
参照图1，检测台10上平行设置有两个滑台11，滑动件20滑动设置于两个滑台11上；两个滑台11之间用于放置平板工件70，如图1滑台11高于放置在检测台10上的平板工件70，滑动件20在滑台11上滑动能够从平板工件70的上方滑过。
参照图1，该平板检测装置还包括四个侧面检测机构60，四个侧面检测机构60安装于检测台10，并围成用于放置平板工件70的矩形空间，放置平板工件70时，将平板工件70放置在四个侧面检测机构60围成的矩形空间内；每个侧面检测机构60能够测量自身与对应的平板工件70侧面的距离，进而能够计算出以拟合出的平板工件70上表面的基准平面为基准时，每个侧面的垂直度。
计算平板工件70侧面的垂直度时，首先根据已建立的三维直角坐标系，计算平板工件70侧面上的各个采集点的坐标值；根据平板工件70侧面上的各个采集点的坐标值，计算经过各个采集点的垂直于基准的垂直平面；计算多个垂直平面两两之间的距离，最大的距离值即为该侧面的垂直度。
该平板检测装置检测平板工件70时，可以将四个侧面检测机构60电连接于上位机，四个侧面检测机构60将各自采集的多个距离数据传输给上位机，上位机自动计算平板工件70每个侧面的垂直度。
图2示出了侧面检测机构60的一种具体结构，侧面检测机构60包括第二驱动机构61和第二检测器62；第二检测器62连接于第二驱动机构61，用于测量自身与平板工件70侧面的距离；第二驱动机构61安装于检测台10，能够驱动第二检测器62沿平板工件70侧面的长度方向滑动。
第二驱动机构61驱动第二检测器62沿平板工件70侧面的长度方向滑动时，第二检测器62能够采集沿平板工件70侧面的长度方向多个距离数据，进而能够根据多个距离数据能够计算出平板工件70的每个侧面的垂直度。
优选地，第二检测器62为激光测距传感器，使用激光测距传感器来测距既可以具有较高的测量精度，又可以保证较高的测量效率。当然，第二检测器62也可以为超声波测距传感器、红外测距传感器等其他用于测距的传感器。
图2还示出了第二驱动机构61的一种具体结构，第二驱动机构61包括第二驱动件611和第二滑轨612；第二滑轨612沿平板工件70侧面的长度方向延伸，第二检测器62安装于第二滑轨612；第二驱动件611与第二检测器62连接，第二驱动件611为第二检测器62的滑动提供动力，能够驱动第二检测器62沿第二滑轨612滑动，第二滑轨612限定了第二检测器62的滑动方向，防止第二检测器62在滑动时偏移。
优选地，如图2，第二驱动件611包括第二气缸，第二气缸的推杆与第二检测器62连接，且第二气缸的推杆的运动方向平行于第二滑轨612的延伸方向，当第二气缸的推杆伸长或缩短时，推杆带动第二检测器62沿第二滑轨612滑动。以图2中第二气缸的安装位置为例，第二气缸位于第二滑轨612的一端，操作第二气缸使第二气缸的推杆伸长，推杆带动第二检测器62沿第二滑轨612滑动并采集多个距离数据，然后操作第二气缸使第二气缸的推杆缩短，推杆带动第二检测器62回复的原始位置，更换平板工件70后进行下一测量过程。
当然，第二驱动件611也可以为液压缸、直线电机等。
第二驱动机构61的具体结构并不以图2和以上描述为限制，第二驱动机构61的具体结构只要可以实现驱动第二检测器62沿第二滑轨612滑动即可。比如，第二驱动机构61包括电机、丝杆和螺母，电机安装于检测台10上，丝杆与电机的转轴连接并沿滑动件20的滑动方向延伸，螺母与第二检测器62连接并套装在丝杆上，电机带动丝杆转动，丝杆驱动螺母沿丝杆的长度方向运动，进而带动第二检测器62沿第二滑轨612滑动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种平板检测装置，其特征在于，包括：
滑动件(20)，设置于检测台(10)，并能够从放置在检测台(10)的平板工件(70)的上方滑过；
第一检测组件(30)，安装于所述滑动件(20)，用于测量自身与平板工件(70)上表面的距离。
2.根据权利要求1所述的平板检测装置，其特征在于，所述第一检测组件(30)包括多个第一检测器(31)；
多个所述第一检测器(31)沿垂直于所述滑动件(20)的滑动方向间隔排列，每个所述第一检测器(31)均能够测量自身与平板工件(70)上表面的距离。
3.根据权利要求1所述的平板检测装置，其特征在于，还包括第一驱动机构(40)，所述第一驱动机构(40)安装于所述检测台(10)并与所述滑动件(20)连接，能够驱动所述滑动件(20)在所述检测台(10)上滑动。
4.根据权利要求3所述的平板检测装置，其特征在于，所述第一驱动机构(40)包括第一驱动件(41)、连接件(42)和第一滑轨(43)；
所述第一滑轨(43)安装于检测台(10)，并沿所述滑动件(20)的滑动方向延伸；
所述连接件(42)的一端连接于所述滑动件(20)，另一端伸入所述第一滑轨(43)内；
所述第一驱动件(41)安装于检测台(10)，并与所述连接件(42)连接，能够驱动所述连接件(42)在所述第一滑轨(43)内滑动。
5.根据权利要求4所述的平板检测装置，其特征在于，所述第一驱动件(41)包括第一气缸，所述第一气缸的推杆与所述连接件(42)连接，且所述第一气缸的推杆的运动方向平行于所述第一滑轨(43)的延伸方向。
6.根据权利要求1所述的平板检测装置，其特征在于，检测台(10)上平行设置有两个滑台(11)，所述滑动件(20)滑动设置于两个所述滑台(11)上；
两个所述滑台(11)之间用于放置平板工件(70)。
7.根据权利要求1所述的平板检测装置，其特征在于，还包括四个侧面检测机构(60)，四个所述侧面检测机构(60)安装于检测台(10)，并围成用于放置平板工件(70)的矩形空间；
所述侧面检测机构(60)能够测量自身与对应的平板工件(70)侧面的距离。
8.根据权利要求7所述的平板检测装置，其特征在于，所述侧面检测机构(60)包括第二驱动机构(61)和第二检测器(62)；
所述第二检测器(62)连接于所述第二驱动机构(61)，用于测量自身与平板工件(70)侧面的距离；
所述第二驱动机构(61)安装于检测台(10)，能够驱动所述第二检测器(62)沿平板工件(70)侧面的长度方向滑动。
9.根据权利要求8所述的平板检测装置，其特征在于，所述第二驱动机构(61)包括第二驱动件(611)和第二滑轨(612)；
所述第二滑轨(612)沿平板工件(70)侧面的长度方向延伸，所述第二检测器(62)安装于所述第二滑轨(612)；
所述第二驱动件(611)与所述第二检测器(62)连接，能够驱动所述第二检测器(62)沿所述第二滑轨(612)滑动。
10.一种使用权利要求1－9任一项所述的平板检测装置检测平板工件的平面度计算方法，其特征在于，包括：
建立三维直角坐标系，根据所述第一检测组件(30)采集的数据，计算所述平板工件(70)上各个采集点的坐标值；
根据所述平板工件(70)上各个采集点的坐标值，拟合所述平板工件(70)上表面的基准平面；
计算所述平板工件(70)上各个采集点与所述基准平面的偏移量；计算所述平板工件(70)上表面的平面度。
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