CN112595242A - 一种工件厚度检测*** - Google Patents

一种工件厚度检测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工件厚度检测***,用于对移动中的工件进行高精度的厚度检测,包括相机、背光源、转盘和滚轮,所述背光源和所述相机相对设置,所述滚轮滚动抵接所述转盘,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离大于所述转盘的半径值的一半。本发明的工件厚度检测***通过在转盘上抵接设置滚轮,与转盘转动中心共同作用限制圆周物流的运动误差,配合相机和背光源,可以有效且低成本的解决基于影像的高精度厚度测量问题,同时结构简单易操作,具有非常高的市场价值。

Description

一种工件厚度检测***
技术领域
本发明总体而言涉及工件检测领域,具体而言,涉及一种工件厚度检测***。
背景技术
目前,传统的微米级高精度工件厚度检测一般采用接触式测量。例如,通过人工操作千分尺逐个测量,或者使用接触式探头进行自动化厚度测量,其主要问题是效率低下。现有技术中,有尝试使用机器视觉进行非接触式基于影像的厚度测量,该种方式虽然可以达成更快的检测效率,但是通常测量精度并不高,很难满足市场需求。
一般情况下,进行基于影像的厚度测量时,工件的载物平台或卡持机构可以是固定的,这种情况下可以实现较高的厚度检测精度。但是,为了追求更高的检测效率和流水线大批量快速检测,工件的载物平台一般设计为可进行水平或者圆周的连续物流运动,这种情况下影像测量面临的问题更加复杂。现有技术中,个别科研级高精度厚度影像测量***通常是不计成本的通过采用研磨级高物流***解决问题。
为此,面临工业界日益严苛的微米级测量精度和日检百万的效率需求,如何有效且经济的基于影像测量技术满足上述需求成为了业界难以解决且亟需解决的问题。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷,提供一种能够满足微米级测量精度和日检百万的效率需求的工件厚度检测***。
为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
根据本发明的一个方面,提供了一种工件厚度检测***,用于对移动中的工件进行高精度的厚度检测,包括相机、背光源、转盘和滚轮,所述背光源和所述相机相对设置,所述滚轮滚动抵接所述转盘,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离大于所述转盘的半径值的一半。
根据本发明的一实施方式,所述滚轮位于所述转盘下面,所述滚轮的导引面顶靠所述转盘的下面;
或者,所述滚轮位于所述转盘上面,所述滚轮的导引面压靠所述转盘的上面;
或者,所述滚轮为一对,相对设置在所述转盘的上面和下面,一对所述滚轮的导引面相互作用以夹靠所述转盘的上面和下面。
根据本发明的一实施方式,所述滚轮刚性安装设置,所述刚性安装设置的滚轮在承受10N径向抵靠力时,最大形变小于等于100微米。
根据本发明的一实施方式,所述滚轮或滚轮对相对所述转盘形成支撑位,所述支撑位的数量为一个或一个以上,至少一个所述支撑位对应所述相机设置;
或者,所述支撑位的数量为两个或两个以上,至少两个所述支撑位对应所述相机两侧设置;
或者,所述支撑位的数量为三个或三个以上,至少三个所述支撑位沿所述转盘均匀布设。
根据本发明的一实施方式,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离大于所述转盘的半径值的0.8倍。
根据本发明的一实施方式,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离为所述转盘的半径值的0.9倍。
根据本发明的一实施方式,所述相机位于所述转盘的外侧,所述背光源靠近所述转盘的转轴,并与所述相机距离大于200毫米。
根据本发明的一实施方式,所述相机水平设置,摄像方向平行于所述转盘的转动面。
根据本发明的一实施方式,所述转盘为透明转盘。
根据本发明的一实施方式,所述工件的厚度范围为0.5-10毫米。
根据本发明的一实施方式,所述工件的厚度范围为2-5毫米。
根据本发明的一实施方式,所述工件厚度检测***还包括安装架,所述安装架包括架体和安装轴,所述安装轴连接设置在所述架体上,所述滚轮枢转安装在所述安装轴上;
或者,
所述工件厚度检测***还包括平板和立柱,所述平板固定设置,所述立柱安装在所述平板上,所述滚轮枢转安装在所述立柱上。
由上述技术方案可知,本发明的工件厚度检测***的优点和积极效果在于:
本发明的工件厚度检测***通过在转盘上抵接设置滚轮,与转盘转动中心共同作用限制圆周物流的运动误差,配合相机和背光源,可以有效且低成本的解决基于影像的高精度厚度测量问题,同时结构简单易操作,具有非常高的市场价值。
附图说明
通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明,本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解,并非一定是按比例绘制。在附图中,同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。
其中:
图1是本发明第一实施例工件厚度检测***的立体结构示意图。
图2是本发明第一实施例工件厚度检测***的平面结构示意图。
图3是本发明第一实施例工件厚度检测***的局部立体结构示意图。
图4是本发明第一实施例工件厚度检测***的局部平面结构示意图。
图5是本发明第二实施例工件厚度检测***的立体结构示意图。
图6是本发明第二实施例工件厚度检测***的平面结构示意图。
图7是本发明第二实施例工件厚度检测***的局部结构示意图。
图8是本发明第三实施例工件厚度检测***的立体结构示意图。
图9是本发明第三实施例工件厚度检测***的平面结构示意图。
图10是本发明第三实施例工件厚度检测***的局部结构示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而,示例实施方式能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施方式;相反,提供这些实施方式使得本发明将全面和完整,并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构,因而将省略它们的详细描述。
在对本发明的不同示例的下面描述中,参照附图进行,所述附图形成本发明的一部分,并且其中以示例方式显示了可实现本发明的多个方面的不同示例性结构、***和步骤。应理解,可以使用部件、结构、示例性装置、***和步骤的其他特定方案,并且可在不偏离本发明范围的情况下进行结构和功能性修改。而且,虽然本说明书中可使用术语“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“侧部”等来描述本发明的不同示例性特征和元件,但是这些术语用于本文中仅出于方便,例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本发明的范围内。
第一实施例
图1是本发明第一实施例工件厚度检测***的立体结构示意图。图2是本发明第一实施例工件厚度检测***的平面结构示意图。图3是本发明第一实施例工件厚度检测***的局部立体结构示意图。图4是本发明第一实施例工件厚度检测***的局部平面结构示意图。
该实施例中,工件厚度检测***结构如图1至图4所示。该实施例中,工件厚度检测***,用于对移动中的工件进行高精度的厚度检测,包括相机101、背光源102、转盘103和滚轮104。
该实施例中,相机101位于转盘103的外侧,且相机101水平设置,摄像方向平行于(或大致平行于)转盘103的转动面,即相机中的镜头光轴相对于转盘103的转动面的角度小于15度甚至小于10度。相机101安装在支架108上,支架108可以进行上下以及前后左右调节,以使得相机101位置可以调整到最佳,且在更换工件后,方便进行新一轮的适应性调整。
该实施例中,背光源102靠近转盘103的转轴,和相机101相对设置,并与相机101距离大于200毫米,通过此照明设计从而达成较好的厚度成像精度。背光源102可以安装在转盘103的转轴上,也可以采用其他方式固定,背光源102出光方向朝向相机101。背光源102射出光线尽量平行于转盘103的转动面,以方便转盘103上的工件成像。
该实施例中,转盘103为透明转盘,通常采用玻璃转盘,有时也可采用塑料、有机塑料等材质。转盘103安装在底架107上,可以在电机等动力源驱动下旋转,旋转方向平行于水平面。在检测工件厚度时,工件放置于转盘103上,并能够随转盘103转动。
该实施例中,工件厚度检测***还包括安装架105和安装底座106。其中,安装架105包括架体和安装轴,安装轴连接设置在架体上,滚轮104枢转安装在安装轴上。在其他实施例中,可以采用平板和立柱。其中,平板固定设置,立柱安装在平板上,滚轮枢转安装在立柱上。
该实施例中,滚轮104为一个,滚轮104位于转盘103下面,滚轮104的导引面顶靠转盘103的下面,该导引面是指滚轮上与转盘103滚动相接的表面,即其圆周面。该实施例中,滚轮104对应相机101设置,即滚轮104设置在相机101视野范围内或附近(例如厚度检测区域边界外50mm内),以方便工件在运行到相机101所在的检测位置时,转盘103转动面相应位置的平面跳动最小。在滚轮104数量为两个以上时,可以其中一个如上所述位置设置,其余按照其他方式设置位置,也可以把两个滚轮104对应相机101两侧对称设置,可以设置在相机101视野范围内或附近(例如厚度检测区域边界外50mm内)。当滚轮104数量为三个以上时,可以其中一个如上所述位置设置,其余按照其他方式设置位置,也可以把两个滚轮104对应相机101两侧对称设置,其余按照其他方式设置位置,还可以把三个滚轮104沿转盘103周向均匀布设。该实施例中,滚轮104如上所述地刚性安装设置,以保证滚轮104在承受10N抵靠力时,最大形变小于等于100微米。为验证所述刚性指标,例如可以替换转盘为钢制平板向滚轮104逐渐施加0N至10N径向压力,通过测量钢制平板对应的径向位移获得滚轮104的形变量。
该实施例中,滚轮104滚动抵接转盘,以与转盘103的转动中心共同作用限制转盘103跳动,滚轮104抵接转盘103的位置与转盘103中心的距离大于转盘103的半径值的一半。具体地,滚轮104抵接转盘103的位置与转盘103中心的距离大于转盘103的半径值的0.8倍。更具体地,滚轮104抵接转盘103的位置与转盘103中心的距离为转盘103的半径值的0.9倍。
该实施例中,待检测工件的厚度范围为0.5-10毫米。在一具体实施例中,工件的厚度范围为2-5毫米。具体地,以上数值还可以是1毫米、2毫米、3毫米、5毫米、6毫米、8毫米。
由上述技术方案可知,本实施例的工件厚度检测***的优点和积极效果在于:
本实施例的工件厚度检测***,通过在转盘103下方靠近相机101位置上,顶靠设置一滚轮104,与转盘转动中心共同作用限制圆周物流的运动误差,配合相机和背光源,可以有效且低成本的解决基于影像的高精度厚度测量问题,同时结构简单易操作,具有非常高的市场价值。
第二实施例
图5是本发明第二实施例工件厚度检测***的立体结构示意图。图6是本发明第二实施例工件厚度检测***的平面结构示意图。图7是本发明第二实施例工件厚度检测***的局部结构示意图。
该实施例中,工件厚度检测***结构如图5至图7所示。该实施例中,工件厚度检测***,用于对移动中的工件进行高精度的厚度检测,包括相机201、背光源202、转盘203和滚轮204。
该实施例中,相机201位于转盘203的外侧,且相机201水平设置,摄像方向平行于(或大致平行于)转盘103的转动面,即相机中的镜头光轴相对于转盘103的转动面的角度小于15度甚至小于10度。相机201安装在支架208上,支架208可以进行上下以及前后左右调节,以使得相机201位置可以调整到最佳,且在更换工件后,方便进行新一轮的适应性调整。
该实施例中,背光源202靠近转盘203的转轴,和相机201相对设置,并与相机201距离大于200毫米,通过此照明设计从而达成较好的厚度成像精度。背光源202可以安装在转盘203的转轴上,也可以采用其他方式固定,背光源202出光方向朝向相机201。背光源202射出光线尽量平行于转盘203的转动面,以方便转盘203上的工件成像。
该实施例中,转盘203为透明转盘,通常采用玻璃转盘,有时也可采用塑料、有机塑料等材质。转盘203安装在底架207上,可以在电机等动力源驱动下旋转,旋转方向平行于水平面。在检测工件厚度时,工件放置于转盘203上,并能够随转盘203转动。
该实施例中,工件厚度检测***还包括安装架205和安装底座206。其中,安装架205包括架体和安装轴,安装轴连接设置在架体上,滚轮204枢转安装在安装轴上。在其他实施例中,可以采用平板和立柱。其中,平板固定设置,立柱安装在平板上,滚轮枢转安装在立柱上。
该实施例中,滚轮204为两个,形成滚轮对,两个滚轮204分别位于转盘203上面和下面,两个滚轮204的导引面相互作用以夹靠转盘203的两面,该导引面是指滚轮上与转盘103滚动相接的表面,即其圆周面。该实施例中,两个滚轮204对应相机201设置,即滚轮104设置在相机101视野范围内或附近(例如厚度检测区域边界外50mm内),以方便工件在运行到相机201所在的检测位置时,转盘203转动面相应位置的平面跳动最小。在滚轮对数量为两个以上时,可以其中一对如上所述位置设置,其余按照其他方式设置位置,也可以把两对滚轮对对应相机201两侧对称或接近对称设置,可以设置在相机201视野范围内或附近(例如厚度检测区域边界外50mm内)。当滚轮对数量为三个以上时,可以其中一个滚轮对如上所述位置设置,其余滚轮对按照其他方式设置位置,也可以把两个滚轮对对应相机101两侧对称或接近对称设置,其余滚轮对按照其他方式设置位置,还可以把三个滚轮对沿转盘203周向均匀布设。该实施例中,滚轮204如上所述地刚性安装设置,以保证滚轮204在承受20N抵靠力时,最大形变小于等于200微米。为验证所述刚性指标,例如可以替换转盘为钢制平板向滚轮104逐渐施加0N至10N径向压力,通过测量钢制平板对应的径向位移获得滚轮104的形变量。
该实施例中,两个滚轮204滚动抵接转盘,以与转盘203的转动中心共同作用限制转盘203跳动,两个滚轮204抵接转盘203的位置与转盘203中心的距离大于转盘203的半径值的一半。具体地,滚轮204抵接转盘203的位置与转盘203中心的距离大于转盘203的半径值的0.8倍。更具体地,滚轮204抵接转盘203的位置与转盘203中心的距离为转盘203的半径值的0.9倍。
该实施例中,待检测工件的厚度范围为0.5-10毫米。在一具体实施例中,工件的厚度范围为2-5毫米。具体地,以上数值还可以是1毫米、2毫米、3毫米、5毫米、6毫米、8毫米。
由上述技术方案可知,本实施例的工件厚度检测***的优点和积极效果在于:
本实施例的工件厚度检测***,通过在转盘203靠近相机201位置上,夹靠设置两滚轮204,形成滚轮对,与转盘转动中心共同作用限制圆周物流的运动误差,配合相机和背光源,可以有效且低成本的解决基于影像的高精度厚度测量问题,同时结构简单易操作,具有非常高的市场价值。
第三实施例
图8是本发明第三实施例工件厚度检测***的立体结构示意图。图9是本发明第三实施例工件厚度检测***的平面结构示意图。图10是本发明第三实施例工件厚度检测***的局部结构示意图。
该实施例中,工件厚度检测***结构如图8至图10所示。该实施例中,工件厚度检测***,用于对移动中的工件进行高精度的厚度检测,包括相机301、背光源302、转盘303和滚轮304。
该实施例中,相机301位于转盘303的外侧,且相机301水平设置,摄像方向平行于(或大致平行于)转盘103的转动面,即相机中的镜头光轴相对于转盘103的转动面的角度小于15度甚至小于10度。相机301安装在支架308上,支架308可以进行上下以及前后左右调节,以使得相机301位置可以调整到最佳,且在更换工件后,方便进行新一轮的适应性调整。
该实施例中,背光源302靠近转盘303的转轴,和相机301相对设置,并与相机301距离大于200毫米,通过此照明设计从而达成较好的厚度成像精度。背光源302可以安装在转盘303的转轴上,也可以采用其他方式固定,背光源302出光方向朝向相机301。背光源302射出光线尽量平行于转盘303的转动面,以方便转盘303上的工件成像。
该实施例中,转盘303为透明转盘,通常采用玻璃转盘,有时也可采用塑料、有机塑料等材质。转盘303安装在底架307上,可以在电机等动力源驱动下旋转,旋转方向平行于水平面。在检测工件厚度时,工件放置于转盘303上,并能够随转盘303转动。
该实施例中,工件厚度检测***还包括安装架305和安装底座306。其中,安装架305包括架体和安装轴,安装轴连接设置在架体上,滚轮304枢转安装在安装轴上。在其他实施例中,可以采用平板和立柱。其中,平板固定设置,立柱安装在平板上,滚轮枢转安装在立柱上。
该实施例中,滚轮304为一个,滚轮304位于转盘303上面,滚轮304的导引面压靠转盘303的上面,该导引面是指滚轮上与转盘103滚动相接的表面,即其圆周面。该实施例中,滚轮304对应相机301设置,即滚轮104设置在相机101视野范围内或附近(例如厚度检测区域边界外50mm内),以方便工件在运行到相机301所在的检测位置时,转盘303转动面相应位置的平面跳动最小。在滚轮304数量为两个以上时,可以其中一个如上所述位置设置,其余按照其他方式设置位置,也可以把两个滚轮304对应相机301两侧对称设置,可以设置在相机301视野范围内或附近(例如厚度检测区域边界外50mm内)。当滚轮304数量为三个以上时,可以其中一个如上所述位置设置,其余按照其他方式设置位置,也可以把两个滚轮104对应相机101两侧对称或接近对称设置,其余按照其他方式设置位置,还可以把三个滚轮304沿转盘303周向均匀布设。该实施例中,滚轮304如上所述地刚性安装设置,以保证滚轮304在承受30N抵靠力时,最大形变小于等于300微米。为验证所述刚性指标,例如可以替换转盘为钢制平板向滚轮104逐渐施加0N至10N径向压力,通过测量钢制平板对应的径向位移获得滚轮104的形变量。
该实施例中,滚轮304滚动抵接转盘,以与转盘303的转动中心共同作用限制转盘303跳动,滚轮304抵接转盘303的位置与转盘303中心的距离大于转盘303的半径值的一半。具体地,滚轮304抵接转盘303的位置与转盘303中心的距离大于转盘303的半径值的0.8倍。更具体地,滚轮304抵接转盘303的位置与转盘303中心的距离为转盘303的半径值的0.9倍。
该实施例中,待检测工件的厚度范围为0.5-10毫米。在一具体实施例中,工件的厚度范围为2-5毫米。具体地,以上数值还可以是1毫米、2毫米、3毫米、5毫米、6毫米、8毫米。
由上述技术方案可知,本实施例的工件厚度检测***的优点和积极效果在于:
本实施例的工件厚度检测***,通过在转盘303上方靠近相机301位置上,压靠设置一滚轮304,与转盘转动中心共同作用限制圆周物流的运动误差,配合相机和背光源,可以有效且低成本的解决基于影像的高精度厚度测量问题,同时结构简单易操作,具有非常高的市场价值。
本发明所属技术领域的普通技术人员应当理解,上述具体实施方式部分中所示出的具体结构和工艺过程仅仅为示例性的,而非限制性的。而且,本发明所属技术领域的普通技术人员可对以上所述所示的各种技术特征按照各种可能的方式进行组合以构成新的技术方案,或者进行其它改动,而都属于本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种工件厚度检测***,用于对移动中的工件进行高精度的厚度检测,其特征在于,包括相机、背光源、转盘和滚轮,所述背光源和所述相机相对设置,所述滚轮滚动抵接所述转盘,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离大于所述转盘的半径值的一半。
2.如权利要求1所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述滚轮位于所述转盘下面,所述滚轮的导引面顶靠所述转盘的下面;
或者,所述滚轮位于所述转盘上面,所述滚轮的导引面压靠所述转盘的上面;
或者,所述滚轮为一对,相对设置在所述转盘的上面和下面,一对所述滚轮的导引面相互作用以夹靠所述转盘的上面和下面。
3.如权利要求2所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述滚轮刚性安装设置,所述刚性安装设置的滚轮在承受10N径向抵靠力时,最大形变小于等于100微米。
4.如权利要求2或3所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述滚轮或滚轮对相对所述转盘形成支撑位,所述支撑位的数量为一个或一个以上,至少一个所述支撑位对应所述相机设置;
或者,所述支撑位的数量为两个或两个以上,至少两个所述支撑位对应所述相机两侧设置;
或者,所述支撑位的数量为三个或三个以上,至少三个所述支撑位沿所述转盘均匀布设。
5.如权利要求1-3任一所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离大于所述转盘的半径值的0.8倍。
6.如权利要求5所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述滚轮抵接所述转盘的位置与所述转盘中心的距离为所述转盘的半径值的0.9倍。
7.如权利要求1-3任一所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述相机位于所述转盘的外侧,所述背光源靠近所述转盘的转轴,并与所述相机距离大于200毫米。
8.如权利要求5所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述相机水平设置,摄像方向平行于所述转盘的转动面。
9.如权利要求1-3任一所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述转盘为透明转盘。
10.如权利要求1-3任一所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述工件的厚度范围为0.5-10毫米。
11.如权利要求10所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述工件的厚度范围为2-5毫米。
12.如权利要求1-3所述的工件厚度检测***,其特征在于,所述工件厚度检测***还包括安装架,所述安装架包括架体和安装轴,所述安装轴连接设置在所述架体上,所述滚轮枢转安装在所述安装轴上;
或者,
所述工件厚度检测***还包括平板和立柱,所述平板固定设置,所述立柱安装在所述平板上,所述滚轮枢转安装在所述立柱上。
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