[发明专利]对测量物体的厚度进行测量的方法以及用于应用该方法的设备

说明书

一种用于测量测量物体的厚度的方法，其中至少一个传感器从顶部对着所述物体进行测量，而至少一个其他传感器从底部对着所述物体进行测量，并且以传感器彼此的已知距离，根据公式D＝Gap‑(S1+S2)计算所述物体的厚度，其中D＝所述测量物体的厚度，Gap＝传感器之间的距离，S1＝顶部传感器至所述测量物体的上面的距离，而S2＝低部传感器至所述测量物体的下面的距离，所述方法的特征在于补偿由所述测量物体的倾斜和/或由所述传感器的位移和/或由所述传感器的倾斜造成的测量误差，其中所述位移和/或所述倾斜是通过校准来确定的，且所计算出的厚度或者所计算出的厚度轮廓被相应地校正。本发明还涉及用于应用所述方法的设备。

本发明一般涉及一种用于测量测量物体的厚度的方法，其中至少一个传感器从顶部对着所述物体进行测量，而至少一个其他传感器从底部对着所述物体进行测量。利用传感器之间的已知距离，可根据众所周知的公式D＝Gap-(S1+S2)来计算物体的厚度，其中D＝测量物体的厚度，Gap＝传感器之间的距离，S1＝顶部传感器至测量物体的上面的距离，而S2＝底部传感器至测量物体的下面的距离。本发明还涉及用于应用所述方法的设备。

在工业测量领域，通常利用距离传感器通过用一个传感器对着测量物体的上面进行测量，来无接触地测量测量物体的厚度。另一传感器对着测量物体的下面进行测量。利用传感器彼此之间的已知间隔，可根据上述公式计算厚度。然而，这种数学关系仅在传感器相对于测量物体彼此有关且以最优方式对齐时成立，如图1中以示意图示出。实际上，存在两个主要的误差来源，即测量物体的倾斜，和/或传感器的位移和可能的倾斜。

一旦测量物体倾斜—即使传感器彼此理想对齐—测得大于测量物体的实际厚度的厚度。这是由于角度误差造成的。图2示出相关的测量误差，当测量物体在-30°至+30°的角度范围内倾斜时出现该测量误差。

第二误差来源是传感器彼此的取向，即它们是否彼此对齐和/或是否相对于彼此倾斜。如果传感器对偏且它们的测量轴并不100％地位于彼此之上，则测量物体的倾斜或其在传感器之间的测量间隙内的位移导致在厚度计算中的额外差异。图3示出使用彼此偏移的相对布置的两个激光距离传感器进行的厚度测量。测量物体也被倾斜，带有偏移的传感器轴。传感器的倾斜也可能发生，即传感器的对齐中的角度误差，这导致进一步的测量误差。

理想情况下，这两个传感器位于一个轴上，使得测量物体的倾斜总是导致较大的厚度值。然而，由于机械公差，或者由于激光传感器的激光光斑在测量物体上相当多地散射(这使得激光传感器的对齐更难)的事实，这在实际上不可能被实现。此外，激光束不恰好对应于传感器的理想线性轴。实际上，测量物体的倾斜可能导致较小的厚度值，因为误差取决于激光调节中的误差，以及按绝对值计算的测量物体的厚度。

图4示出测量误差的发展，这仅由传感器(距离传感器)的不正确调节造成。

上文标识出的误差是执行点测量的距离传感器的测量误差。可用传感器类似地进行厚度测量，传感器投射出一条线来测量(例如激光线扫描器、小断面(light section)传感器)或允许二维测量(例如矩阵阵列或相机)。即使使用激光线扫描器，如果测量物体的倾斜发生，同时传感器位移或倾斜，则测量也将为不正确的。

通过使用线扫描器或平面传感器，除了距离之外，测量物体的倾斜角度可被确定。在关于测量物体的倾斜角度的附加信息的帮助下，就可能校正先前标识出的误差，以至于能够抵消由倾斜造成的厚度误差。

用于测量厚度的上述方法通常在具有C形架(C-frame)或O形架(O-frame)的系统中使用。在C形架中，两个距离传感器彼此机械地固定或部署。为了对具有较大宽度的物体进行穿梭测量(traversing measurement)，整个C形架在测量物体上移动(或反之亦然)，而测量物体的厚度轮廓被记录。初始调节误差跨穿梭宽度(traversing width)不改变，即该误差是恒定的且与x方向无关。

两个距离传感器也可被安装在O形架中。传感器分别被安装在轴上，且由电机例如经由齿形带来移动。由于机械原因，先前讨论的激光调节误差(同样也取决于C形架)也根据传感器在穿梭方向中的位置而改变。