專利名稱：一種檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，更具體地，涉及一種利用電容器檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法。
背景技術(shù)：
塑料(高分子)制品一出現(xiàn)就以其低廉的價(jià)格在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，隨著制造工藝的進(jìn)步和性能的不斷增強(qiáng)，塑料制品在很多領(lǐng)域甚至已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的金屬材料， 由于其制造數(shù)量巨大，對(duì)于塑料制品的生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，如何快速而有效地對(duì)塑料制品進(jìn)行檢測(cè)是一個(gè)很普遍的問題，一般情況下，塑料制品的檢測(cè)主要包括外觀規(guī)格是否合格、產(chǎn)品內(nèi)部是否有缺陷，其中前者影響產(chǎn)品的美觀程度，后者主要影響產(chǎn)品的力學(xué)性能。目前人們對(duì)塑料制品的檢測(cè)方法主要有以下兩種一是人工檢測(cè)，即采用手工和肉眼檢察的方法對(duì)塑料制品進(jìn)行檢測(cè)，如使用游標(biāo)卡尺或者米尺測(cè)量產(chǎn)品的規(guī)格大小，或者通過肉眼檢測(cè)塑料產(chǎn)品表面是否有缺陷，如劃痕、 凹坑等，不過由于主觀因素的影響，不同的人對(duì)同一制品的檢測(cè)結(jié)果可能不同，同一個(gè)人在不同時(shí)間對(duì)同一產(chǎn)品的檢測(cè)的結(jié)果也可能不同，所以這種方法具有很高的不確定性；同時(shí)， 對(duì)于不透明的材料，如果想要通過人工目測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部是否有氣泡，塑封芯片的位置是否正確的檢測(cè)，這幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的。第二種方式是設(shè)備檢測(cè)，作為對(duì)前一種方法的補(bǔ)充，用戶往往使用設(shè)備來(lái)獲得靠人工檢測(cè)無(wú)法完成的結(jié)果，如利用已有的檢測(cè)設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行拉伸、壓縮、彎曲、剪切、加溫老化等實(shí)驗(yàn)，通過分析得到產(chǎn)品的力學(xué)性能狀況、耐溫性能。不過這種方法通常需要專業(yè)的儀器設(shè)備和專業(yè)的人才，檢測(cè)成本較高，同時(shí)這些方法大部分需要接觸到產(chǎn)品，甚至破壞產(chǎn)品才能得到相關(guān)信息，使用范圍有限。當(dāng)然，工業(yè)上也有利用視覺分析，超聲波探傷的等非接觸方法進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)，不過視覺系統(tǒng)也不能檢測(cè)塑料制品內(nèi)部的缺陷，超聲波對(duì)面積型缺陷的檢出率較高，但對(duì)體積型缺陷的檢出率較低，只適宜檢測(cè)厚度較大的工件，對(duì)檢測(cè)物體的材質(zhì)、晶粒度有一定要求，且定量精度不高，檢測(cè)結(jié)果無(wú)直接見證記錄。目前暫無(wú)利用電容式傳感器專門對(duì)塑料制品的規(guī)格尺寸進(jìn)行檢測(cè)的設(shè)備或方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用電容器檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，該方法靈敏度和測(cè)量精確度都較高，檢測(cè)過程由可由運(yùn)動(dòng)單元自動(dòng)完成，節(jié)約了大量人力資源成本。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，基于可驅(qū)動(dòng)定位點(diǎn)至設(shè)定空間任意位置的運(yùn)動(dòng)單元及用于放置塑料制品的底座，所述方法包括以下步驟1)在所述運(yùn)動(dòng)單元的定位點(diǎn)設(shè)置移動(dòng)極板，在所述移動(dòng)極板與運(yùn)動(dòng)單元之間、底座與相鄰物之間分別設(shè)置絕緣材料，使移動(dòng)極板和底座分別與周圍空間相互電氣隔離，形成一個(gè)電容器的兩極，所述移動(dòng)極板與底座上表面之間設(shè)置有檢測(cè)空位；2)分別從移動(dòng)極板和底座引出一條導(dǎo)線與電容測(cè)量單元連接，所述電容測(cè)量單元內(nèi)順序連接有用于將電容轉(zhuǎn)化為通用模擬量的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、將通用模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和用于接收該數(shù)字信號(hào)的采集模塊；3)將塑料板放置于底座支承面的檢測(cè)空位內(nèi)；4)調(diào)整運(yùn)動(dòng)單元在豎直方向的高度，使移動(dòng)極板的下表面貼近塑料板的上表面， 鎖定該高度，使移動(dòng)極板只在一個(gè)確定的水平面上運(yùn)動(dòng)；5)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)移動(dòng)極板沿經(jīng)過塑料板的路徑進(jìn)行線性掃描，在該過程中電容測(cè)量單元對(duì)移動(dòng)極板和底座組成的平板電容器間的電容值進(jìn)行檢測(cè)并將該電容值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出，記錄輸出信號(hào)與路徑坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到本次掃描的輸出信號(hào)-行程曲線.
一入 ，6)根據(jù)輸出信號(hào)-行程曲線上輸出信號(hào)隨坐標(biāo)的突變情況找到該掃描路徑上移動(dòng)極板進(jìn)入和離開塑料板的臨界坐標(biāo)值U1, U2 ；7)根據(jù)上一步驟得到的臨界坐標(biāo)值計(jì)算塑料板沿掃描路徑方向的尺寸，所述計(jì)算公式為AU= U1-U2。為了實(shí)現(xiàn)定位點(diǎn)在空間任意一點(diǎn)定位，所述運(yùn)動(dòng)單元設(shè)置有相互正交的三條運(yùn)動(dòng)軸和用于控制三條運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制系統(tǒng)。進(jìn)一步地，所述移動(dòng)極板的材質(zhì)為金屬導(dǎo)體。再進(jìn)一步地，所述移動(dòng)極板的材質(zhì)為不銹鋼。更進(jìn)一步地，所述移動(dòng)極板下表面與底座的上表面相互平行。為了讓信號(hào)轉(zhuǎn)化模塊對(duì)電容值的轉(zhuǎn)化具有唯一性，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將電容器的電容值轉(zhuǎn)化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈一一映射關(guān)系。作為一種優(yōu)選實(shí)施方式，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將電容器的電容值轉(zhuǎn)化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈線性關(guān)系。為了使電容器對(duì)電容值的采集達(dá)到較好的效果，所述步驟中，移動(dòng)電極與塑料板上表面的間距調(diào)整后為l-10mm。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明利用平板式電容式傳感器作為檢測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)塑料制品內(nèi)部缺陷的無(wú)接觸檢測(cè)，客服了人工檢測(cè)的誤差和接觸式檢測(cè)對(duì)產(chǎn)品的損害，檢測(cè)靈敏度高；在電容式傳感器掃描過程中，通過對(duì)輸出信號(hào)與運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的記錄，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品的規(guī)格尺寸的檢測(cè)和對(duì)塑封芯片位置的探測(cè)；同時(shí)由于運(yùn)動(dòng)單元可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描，節(jié)約了大量人力成本。


圖1為本發(fā)明所述檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法的運(yùn)動(dòng)單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所述檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法的電容傳感器移動(dòng)極板安裝示意圖。圖3為本發(fā)明所述檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法的電容測(cè)量單元功能示意圖。
圖4為本發(fā)明所述檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法的掃描過程示意圖。圖5為本發(fā)明所述檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法的塑封芯片結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明所述檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法的輸出信號(hào)-行程曲線。圖中1-運(yùn)動(dòng)單元；2-底座；3-定位點(diǎn)；4-移動(dòng)極板；5-絕緣材料；6_塑料制品
(塑料板)；7-1掃描軌跡I ；7-2掃描軌跡II ；7-3掃描軌跡III ；8-芯片；9-螺母；10-接□。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1參見圖1和圖2，本發(fā)明所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，基于可定位于設(shè)定空間任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)單元1、用于掃描檢測(cè)的電容器和用于接收和轉(zhuǎn)換信號(hào)的電容測(cè)量單元， 其中運(yùn)動(dòng)單元1的定位點(diǎn)3通過接口 10連接有移動(dòng)極板4作為電容器的一個(gè)極，移動(dòng)極板 4為金屬材質(zhì)，優(yōu)選為不銹鋼，與移動(dòng)極板4相對(duì)的方向設(shè)置有用于放置塑料制品的底座2 作為電容器的另一極，底座2也為金屬材料，移動(dòng)極板4的下表面與底座2的上表面平行， 兩個(gè)極板之間設(shè)置有檢測(cè)空位。移動(dòng)極板4和底座2還分別設(shè)置有與電容測(cè)量單元相連的導(dǎo)線，為了使該平板電容器的極板與周圍環(huán)境電氣隔離，在移動(dòng)極板4與定位點(diǎn)3之間設(shè)置有絕緣層5并通過接口 10進(jìn)行鎖定，同時(shí)在底座2周圍設(shè)置有橡膠層，塑料板等絕緣材料。作為定位點(diǎn)3可以定位于設(shè)定空間任意一點(diǎn)的一個(gè)具體實(shí)施例，運(yùn)動(dòng)單元1由相互正交的三條運(yùn)動(dòng)軸X、Y、Z及其控制系統(tǒng)組成，其中三條運(yùn)動(dòng)軸分別配備有用于驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)由控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)總線或其它公知的方式進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)，在本實(shí)施例中，該運(yùn)動(dòng)單元1的三條運(yùn)動(dòng)軸行程相同?；谝陨辖Y(jié)構(gòu)，所述的移動(dòng)極板4和底座2形成的平板電容器的電容值C = S*A ①
d其中ε為平板電容器之間介質(zhì)的介電常數(shù)，A為兩平板間的相對(duì)面積，d為兩板間的相對(duì)距離，以上三個(gè)參數(shù)中的任意一個(gè)改變都會(huì)導(dǎo)致平板電容器的電容值發(fā)生改變。在本實(shí)施例中，由于電容器的移動(dòng)極板4面積小于固定極板(底座2)的面積且掃描過程中移動(dòng)極板4均處于底座2的正上方，所以①式中平板電容器的相對(duì)面積A即為移動(dòng)極板4下表面的面積。參見圖3，與上述平板電容器的兩塊極板相連的電容測(cè)量單元，用于測(cè)量該平板電容器的電容值并對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，該測(cè)量單元內(nèi)順序連接有信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)(A/ D)轉(zhuǎn)換模塊和采集模塊三部分，其中信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊用于連接電容器兩極板引出的導(dǎo)線并將上述電容器的電容值轉(zhuǎn)換成通用模擬量輸出，該通用模擬量為標(biāo)準(zhǔn)模擬電壓或模擬電流， 在特定的電容檢測(cè)單元中，每一個(gè)電容值均對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一確定的通用模擬量，兩者之間呈一一映射關(guān)系，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊信號(hào)將該通用模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量并送給采集模塊，采集模塊可以對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行記錄。如背景技術(shù)所述，在工業(yè)生產(chǎn)中，塑料制品通常需要檢測(cè)的項(xiàng)目是外觀尺寸和產(chǎn)
品內(nèi)部缺陷，在本實(shí)施例中，將需要檢測(cè)的塑料制品6置于底座2上，通過運(yùn)動(dòng)單元1的配合，移動(dòng)極板4在塑料制品6表面的某一水平面內(nèi)移動(dòng)以進(jìn)行掃描，作用相當(dāng)于一個(gè)探頭， 當(dāng)沒有掃描到塑料制品的時(shí)候，平板電容器間的介質(zhì)是空氣，其介電常數(shù)為ε C1 ；—旦掃描到塑料產(chǎn)品，電容器極板間介質(zhì)改變，其介電常數(shù)ε也發(fā)生改變，從而引起電容值的變化。如果單純考慮在塑料制品表面掃描的階段，如果塑料制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻，則各個(gè)掃描位置的介電常數(shù)ε ,也應(yīng)該一致，那么在掃描產(chǎn)品時(shí)，電容測(cè)量單元的輸出信號(hào)值也將是一致的。但實(shí)際上，在對(duì)塑料制品注塑和擠塑過程中，經(jīng)常由于控制不當(dāng)或者其他不可控因素導(dǎo)致制品密度不均勻或者內(nèi)部有氣泡，而這些因素都將改變所在位置塑料制品的介電常數(shù)，當(dāng)電容傳感器掃描到缺陷所在位置時(shí)，其輸出電容值也將發(fā)生變化，從而可以根據(jù)該變化探測(cè)出塑料制品材質(zhì)分布是否均勻，內(nèi)部是否無(wú)缺陷，還可以知道該缺陷的確切位置。實(shí)施例2基于實(shí)施例1所述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和理論基礎(chǔ)，下面介紹采用本發(fā)明所述掃描檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)平板塑料制品的外觀尺寸進(jìn)行檢查的方法(1)參見圖4，將規(guī)則的塑料板6放置于底座2支承面的檢測(cè)空位內(nèi)；(2)調(diào)整運(yùn)動(dòng)單元1在豎直方向的高度，使移動(dòng)極板4的下表面貼近塑料板6的上表面，鎖定該高度，使移動(dòng)電極4只在一個(gè)確定的水平面上運(yùn)動(dòng)，在本實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)單元1 的控制系統(tǒng)指令Z軸的步進(jìn)電機(jī)調(diào)整Z軸行程使移動(dòng)極板4下表面與塑料板6上表面之間的距離介于1-lOmm，然后進(jìn)一步微調(diào)至l_5mm之間的某固定值，鎖定Z軸的行程；(3)鎖定X軸的行程，驅(qū)動(dòng)Y軸帶動(dòng)Z軸移動(dòng)，使移動(dòng)極板4沿經(jīng)過塑料板4的路徑7-1進(jìn)行線性掃描，在該過程中電容測(cè)量單元對(duì)移動(dòng)極板4和底座2組成的平板電容器間的電容值進(jìn)行檢測(cè)并將電容值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出，記錄輸出信號(hào)值與路徑坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到本次掃描的輸出信號(hào)-行程曲線。在以上過程中，電容器的電容值為
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，基于可驅(qū)動(dòng)定位點(diǎn)至設(shè)定空間任意位置的運(yùn)動(dòng)單元及用于放置塑料制品的底座，其特征在于，所述方法包括以下步驟1)在所述運(yùn)動(dòng)單元的定位點(diǎn)設(shè)置移動(dòng)極板，在所述移動(dòng)極板與運(yùn)動(dòng)單元之間、底座與相鄰物之間分別設(shè)置絕緣材料，使移動(dòng)極板和底座分別與周圍空間相互電氣隔離，形成一個(gè)電容器的兩極，所述移動(dòng)極板與底座上表面之間設(shè)置有檢測(cè)空位；2)分別從移動(dòng)極板和底座引出一條導(dǎo)線與電容測(cè)量單元連接，所述電容測(cè)量單元內(nèi)順序連接有用于將電容轉(zhuǎn)化為通用模擬量的信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、將通用模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和用于接收該數(shù)字信號(hào)的采集模塊；3)將塑料板放置于底座支承面的檢測(cè)空位內(nèi)；4)調(diào)整運(yùn)動(dòng)單元在豎直方向的高度，使移動(dòng)極板的下表面貼近塑料板的上表面，鎖定該高度，使移動(dòng)極板只在一個(gè)確定的水平面上運(yùn)動(dòng)；5)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)移動(dòng)極板沿經(jīng)過塑料板的路徑進(jìn)行線性掃描，在該過程中電容測(cè)量單元對(duì)移動(dòng)極板和底座組成的平板電容器間的電容值進(jìn)行檢測(cè)并將該電容值轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)輸出，記錄輸出信號(hào)與路徑坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到本次掃描的輸出信號(hào)-行程曲線；6)根據(jù)輸出信號(hào)-行程曲線上輸出信號(hào)隨坐標(biāo)的突變情況找到該掃描路徑上移動(dòng)極板進(jìn)入和離開塑料板的臨界坐標(biāo)值U1, U2 ；7)根據(jù)上一步驟得到的臨界坐標(biāo)值計(jì)算塑料板沿掃描路徑方向的尺寸，所述計(jì)算公式為AU= IU1-U21 ο
2.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述運(yùn)動(dòng)單元設(shè)置有相互正交的三條運(yùn)動(dòng)軸和用于控制三條運(yùn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述移動(dòng)極板的材質(zhì)為金屬導(dǎo)體。
4.如權(quán)利要求3所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述移動(dòng)極板的材質(zhì)為不銹鋼。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述移動(dòng)極板下表面與底座的上表面相互平行。
6.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將電容器的電容值轉(zhuǎn)化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈一一映射關(guān)系。
7.如權(quán)利要求6所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將電容器的電容值轉(zhuǎn)化為通用模擬量的過程中，通用模擬量與電容值呈線性關(guān)系。
8.如權(quán)利要求1所述的檢測(cè)塑料板規(guī)格尺寸的方法，其特征在于，所述步驟中，移動(dòng)極板下表面與塑料板上表面的間距為l-10mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用電容式傳感器對(duì)塑料(高分子)板的規(guī)格尺寸進(jìn)行檢測(cè)的方法，該方法基于可驅(qū)動(dòng)定位點(diǎn)至設(shè)定空間任意位置的運(yùn)動(dòng)單元及用于放置塑料制品的底座，通過在運(yùn)動(dòng)單元的定位點(diǎn)設(shè)置移動(dòng)極板，從移動(dòng)極板和底座上分別引出導(dǎo)線與電容器測(cè)量單元相連并由運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)移動(dòng)極板的方式實(shí)現(xiàn)了電容器對(duì)塑料板的掃描，通過對(duì)輸出信號(hào)與運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系的記錄，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品的規(guī)格尺寸的檢測(cè)和對(duì)塑封芯片位置的探測(cè)；整個(gè)掃描過程可以由運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)完成，在避免漏檢、錯(cuò)檢的同時(shí)節(jié)約了大量人力成本。
文檔編號(hào)G01N27/24GK102261887SQ201110100388
公開日2011年11月30日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者周峰, 姚科, 高福榮 申請(qǐng)人:廣州市香港科大霍英東研究院