多點掃描式塑膜厚度檢測系統(tǒng)

李家成 劉魯偉 李茂源 孫 超 杜祥美

(山東科技大學機械電子工程學院 山東 青島 266590)

多點掃描式塑膜厚度檢測系統(tǒng)

李家成 劉魯偉 李茂源 孫 超 杜祥美

(山東科技大學機械電子工程學院 山東 青島 266590)

提供一種基于電容式傳感器的多點掃描式塑膜厚度檢測系統(tǒng)，對薄膜的厚度進行檢測，具有較高的測量精度并且結構簡單，成本低廉。

塑膜厚度；電容傳感器；多點掃描式測量

一、引言

隨著印刷、包裝、絕緣材料和感光等行業(yè)對質(zhì)量高的薄膜產(chǎn)品的需求量越來越大，薄膜行業(yè)近幾年來取得了較為迅速的發(fā)展。目前，在國內(nèi)的薄膜生產(chǎn)線已經(jīng)可多至數(shù)千條，但對于薄膜厚度的測量及薄膜厚度均勻性的檢測的一些關鍵技術問題，目前還沒有良好的解決辦法，因此研究薄膜厚度的準確測量方法以及測量結果的完整評定具有深遠的意義。

二、測量系統(tǒng)原理

電機驅(qū)動環(huán)節(jié)、計算機處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)等各個部分組成了整個塑膜厚度測量系統(tǒng)。利用位移傳感器對被測物體進行測量的是檢測環(huán)節(jié)部分。要想實現(xiàn)對微機準確的控制，需要利用單片機對信號進行一定的處理?；窘M成框圖如圖1所示。

圖1 測量系統(tǒng)基本原理框圖

在測量中，電機接口卡連通計算機來給步進電動機發(fā)送指令，使電動機驅(qū)動器驅(qū)動電機以帶動滾動絲杠副轉(zhuǎn)動。在滾珠絲杠副的絲母上用夾具將電容傳感器固定住，使傳感器同絲母能夠一起作水平方向上的移動，通過直線導軌實現(xiàn)垂直方向上的移動，從而實現(xiàn)X,Y兩個方向上同步的多點測量。電容式傳感器的電信號很微弱，需要電容測微儀放大信號，經(jīng)濾波后再進行A/D轉(zhuǎn)換，通過計算后，在數(shù)字顯示器可以顯示塑膜的厚度。

三、機械結構設計

電動機驅(qū)動器通過在電機上作用從而達到帶動滾動絲杠副轉(zhuǎn)動的目的。在滾珠絲杠副的絲母上用夾具將電容傳感器固定住，使傳感器同絲母能夠一起作水平方向上的移動，通過直線導軌實現(xiàn)垂直方向上的移動，從而實現(xiàn)X,Y兩個方向上同步的多點測量，基本實現(xiàn)了系統(tǒng)的機械部分。電容傳感器在Z方向上的移動可通過手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)固定傳感器的螺釘即可。底座運用了燕尾導軌的設計，與它連接處設計了移動滑塊，保證機械結構的穩(wěn)定性。

機械系統(tǒng)裝配圖如圖2所示：

圖2 機械系統(tǒng)裝配圖

四、電路與控制系統(tǒng)

多點掃描式塑膜厚度檢測的電路系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，負責在信息采集后進行信號的轉(zhuǎn)換，需要應用單片機來進行數(shù)據(jù)的處理，通過對單片機功能的分析，選取AT89S51芯片作為本次測試系統(tǒng)的單片機，采用步進電動機進行驅(qū)動，需將單片機發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進角度，來控制步進電動機高效精確的轉(zhuǎn)動。該檢測系統(tǒng)選用的是電容式傳感器。電容式傳感器收集到的是模擬信號，需要A/D轉(zhuǎn)換器對信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的信號進入單片機系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與計算。經(jīng)過對比相關A/D轉(zhuǎn)換器的功能，最終選取TLC549作為該檢測系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器。

整體電路如圖3所示:

圖3 整體電路

五、結論

運用多點掃描式塑膜厚度檢測系統(tǒng)可以對塑料薄膜的厚度進行比較精確的測量。在機械系統(tǒng)方面，設計了兩個電動機，通過電路控制電機啟動，在滾珠絲桿的帶動下，實現(xiàn)電容傳感器測頭的X,Y方向移動,還可以手動調(diào)節(jié)螺釘來調(diào)節(jié)測頭在Z方向的位置，由此來實現(xiàn)對塑膜進行掃描式的檢測?；陔娙菔絺鞲衅鞯亩帱c掃描式塑膜厚度檢測系統(tǒng)，有效消除了其它方法的缺陷，能夠得到大量推廣。

[1]賈治國，盧治功，在線厚度檢測技術[J].儀表技術，2009,2:19-22

[2]范超毅，范巍，步進電機的選型與計算[J].機床與液壓，2008,36(5)：310-313

[3]黃育全，滾珠絲杠副的選型計算與應用[J].金屬加工，2011，(19)：46-48

[4]張白莉，電容式傳感器的應用和發(fā)展，沂州師范學院學報[J]2005,21(2)：24-26

[5]Li XJ,Gerard C M,An accurate interface for capacitive sensors[J]Vol.51，No5，2002,935-939.

李家成，男，漢族，山東濟南人，碩士，山東科技大學機械電子工程學院，機械工程專業(yè)。