[发明专利]一种刮板细度计示值误差的非接触自动校准装置及方法

摘要

本发明公开了一种刮板细度计示值误差的非接触自动校准装置及方法。二维运动平台装在大理石底座上，定位凹槽装载在二维运动平台上固定，通过二维运动平台带动定位凹槽水平双向线性移动，刮板细度计安装在定位凹槽中，电机驱动机构固定在二维运动平台一侧的大理石底座上，纵向运动数据采集机构安装在电机驱动机构上并由电机驱动机构带动上下运动，通过二维运动平台的水平移动使得纵向运动数据采集机构上的传感器探测刮板细度计表面进行检测；由激光位移传感器监控反馈，控制电机驱动机构进行纵向上下移动，粗定位至光谱共焦位移传感器的工作距离范围内，再由光谱共焦位移传感器实现亚微米级精确测量。本发明结构简单，测量效率高，测量结果准确可靠。

主权项

1.一种刮板细度计示值误差的非接触自动校准方法，其特征在于：采用以下装置，装置包括大理石底座(1)、二维运动平台(2)、定位凹槽(3)、电机驱动机构、纵向运动数据采集机构(5)、PC工控机、运动控制器、数据采集器和单片机，二维运动平台(2)固定安装在大理石底座(1)上，定位凹槽(3)装载在二维运动平台(2)上通过螺丝固定，通过二维运动平台(2)带动定位凹槽(3)水平直线双向移动，刮板细度计(4)安装在定位凹槽(3)中，电机驱动机构固定在二维运动平台(2)一侧的大理石底座(1)上，纵向运动数据采集机构(5)安装在电机驱动机构上并由电机驱动机构带动上下运动，通过二维运动平台(2)的水平移动使得纵向运动数据采集机构(5)上的传感器探测刮板细度计(4)表面进行检测；电机驱动机构经单片机与PC工控机连接，二维运动平台(2)经运动控制器与PC工控机连接，纵向运动数据采集机构(5)经数据采集器与PC工控机连接；所述的电机驱动机构包括直流电机(11)、滑块(8)、立柱(9)、丝杆(10)和联轴器(12)，丝杆(10)通过机架和立柱(9)竖直安装在二维运动平台(2)一侧的大理石底座(1)上，直流电机(11)的输出轴经联轴器(12)后与丝杆(10)同轴固定连接，滑块(8)通过螺纹套在丝杆(10)上形成丝杠螺母副；所述的纵向运动数据采集机构(5)包括安装板、光谱共焦传感器(7)和激光位移传感器(6)，安装板与滑块(8)固定连接，光谱共焦传感器(7)和激光位移传感器(6)均固定安装在安装板上，光谱共焦传感器(7)和激光位移传感器(6)的探头端均朝向所述二维运动平台(2)上的刮板细度计(4)，由激光位移传感器(6)带反馈地监控控制调节电机驱动机构进行纵向上下移动，并粗定位至光谱共焦位移传感器(7)的工作距离范围内，再由光谱共焦位移传感器(7)实现亚微米级精确测量，光谱共焦传感器(7)和激光位移传感器(6)经各自的数据采集器与PC工控机连接；方法包括如下步骤：1)将被测的刮板细度计(4)放置于定位凹槽中，使得刮板细度计(4)的斜槽长边方向与二维运动平台(2)的X运动方向平行，二维运动平台(2)的Y运动方向与刮板细度计(4)刻度线的方向平行，并使得激光位移传感器(6)的测量光点(16)和光谱共焦传感器(7)的测量光轴(15)到二维运动平台(2)水平移动平面的投影点之间的连接直线与二维平台的X运动方向平行；2)通过电机驱动机构带动纵向运动数据采集机构(5)上下运动，根据激光位移传感器(6)检测获得的激光位移传感器(6)自身到刮板细度计(4)表面的间距进行粗定位，将光谱共焦传感器(7)移动到工作距离范围内，由光谱共焦传感器(7)采集获得其探头端与刮板细度计(4)表面的距离数据；3)驱动二维运动平台(2)进行XY两个水平方向运动，使得光谱共焦传感器(7)的光点落在刮板细度计(2)上表面一侧刻度的“0”刻度线延长线上；4)开始通过驱动二维运动平台(2)移动使得光谱共焦传感器(7)的光点沿以下运动轨迹进行测量：4.1)首先沿着X正方向运动至刻度最大值，按照刮板细度计(4)的刻度间隔，等间距采集光谱共焦传感器(7)探头端与刮板细度计(4)上表面之间的间距以及对应的二维运动平台(2)X位移值，记为数组L1；4.2)接着沿Y方向运动固定距离，光点落在刮板细度计(4)靠近一侧刻度的斜槽面内后，再沿着X负方向运动回到“0”刻度线所在的直线上，等间距采集光谱共焦传感器(7)探头端与刮板细度计(4)斜槽面之间的间距以及对应的二维运动平台(2)X位移值，记为数组L2；4.3)然后沿Y方向移动距离，光点落在刮板细度计(4)靠近另一侧刻度的斜槽面边沿后，再沿正X方向移动与步骤4.1)中二维运动平台(2)位移值相同的距离，等间距采集光谱共焦传感器(7)探头端与刮板细度计(4)斜槽面之间的间距以及对应的二维运动平台(2)X位移值，记为数组L3；4.4)最后沿Y方向移动固定距离，光点落在刮板细度计(4)上表面另一侧刻度的最大刻度线延长线上，再沿着X负方向回到刮板细度计(4)上表面另一侧刻度的“0”刻度线延长线上，等间距采集光谱共焦传感器(7)探头端与刮板细度计(4)上表面之间的间距以及对应的二维运动平台(2)X位移值，记为数组L4；5)对步骤4)获得的四组数组进行处理得到校准结果，完成示值误差的自动测量；所述步骤5)具体是采用以下公式进行计算获得校准结果：l₁＝L₂‑L₁                 (1)l₂＝L₃‑L₄                 (2)δ₁＝l_标‑l₁               (3)δ₂＝l_标‑l₂               (4)式中，l₁为受检点左侧的实际深度，l₂为受检点右侧的实际深度，l_标为受检点的标称值，δ₁为受检点左侧的示值误差，δ₂为受检点右侧的示值误差，δ为受检点的示值误差，取δ₁和δ₂中绝对值较大的值对应的δ₁或δ₂；以受检点的示值误差δ作为最终结果作为刮板细度计示值误差的校准结果。