基于激光传感器的蜜胺板检测系统研制.pdf 4页

自动化DOh10．3969／j．issn．1009-9492．2012．11．007基于激光传感器的蜜胺板检测系统研制姚佳，朱萍玉，侯国庆，王正(1．湖南科技大学机电工程学院，湖南湘潭411201；2．广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006)摘要：蜜胺板广泛用于印制电路板钻孔加工中的垫板辅料，随着机加工精度的要求越来越高，蜜胺板厚度在线精确检测成为迫切需要。针对蜜胺板厚度的自动在线检测系统的开发问题，采用非接触式的位移传感器，研制了基于激光三角法的蜜胺板测厚系统。系统借助DELPHI开发了控制系统的上位机操作管理软件，对采集卡和外围辅助装置的指令实时传输、处理。研制的蜜胺板测厚系统操作简便，有较强的可靠性和运行效率。现场应用表明，该测厚系统对蜜胺板厚度的测量精度达0．01mm，测量范围为0—10mm。关键词：蜜胺板；激光三角法；测厚系统；DELPHI中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1009—9492f2012)11—0026—04Development0fDetectionSystemf0rMelamineBoardBasedonLaserSensorYAOJia，ZHUPing-yu，HOUGuo-qing，WANGZheng(1．CollegeofElectromechanicalEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan411201，China；2．GuangzhouUniversity，Guangzhou510006，China)Abstract：Melamineboardsarewidelyusedinthedrillingofprintedcircuitboardastheplateaccessories，withtheincreasinglyhighprocessingprecision，accuratedetectionofthemelamineboardsthicknessonlinebecomeanurgentneed．Againsttheexploitationoftheautomaticonlinetestingsystemwhattestthemelamineboards’thickness．Usingtheprincipleofnon-contactdisplacementsensortomeasurethethickness，thesystemwhichdetectedthethicknessofmelamineboardsbasedonthelasertriangulationwasdeveloped．SystemdevelopedthehostcomputeroperatingsoftwareofthecontrolsystemwithDelphi，instructionontheacquisitioncardandexternalauxiliarydeviceswasreal-timetransmissionandprocessed．Practiceindicatesthatcontrolstructureofthissystemissimpleandithashighoperatingefficiencyandreliability．FieldapplicationshowsthattheaccuracyofMelamineboardthicknessmeasurementcanreachtoO．01mm(themeasurementrangeof0一lOmm)．Keywords：melamineboards；thelasertriangulation；thicknessmeasurementsystem；DELPH10引言1位移在线检测系统蜜胺板是印制电路板钻孔加工中的垫板辅该系统主要包括工控机、数据采集模块、报料，产品的厚度与钻孔的质量、钻头的寿命、印警模块、电源模块以及安装激光传感器的“O”制电路板的合格率和印制电路板的使用性能直接型架。如图1所示，“O”型架上、下两面共安装相关，因此蜜胺板测厚系统的研制成为板材生产六个激光位移传感器，每两个传感器为一对，过程中不可或缺的部分。虽然国内外针对薄膜、(1，2)、(3，4)、(5，6)作为三对分别测量薄板钢板研究和开发了一系列测厚系统n，但是受到上三个激光扫描点的厚度。数据采集系统采用专价格、工作环境和精度的制约难以普及到蜜胺用的采集卡，通过RS一232串口把采集的数据实时板。本文提出了一种非接触式薄板在线检测方传输给工控机，由工控机及设计的软件程序完成法，基于激光传感器设计开发了一套高精度薄板对采集数据的分析、处理和存储，同时，传输相在线检测系统，检测系统设计结构简单、成本较应的控制命令给报警提示模块，以辅助检测人员低、测量精度高、操作简便，具有较强的可靠性的工作。为了保证系统的稳定性，提高系统抗干和运行效率，成功实现了蜜胺板的厚度测量。扰能力，系统采用高线性的稳压电源，对工业生收稿日期：2012—05—16 姚佳等：基于激光传感器的蜜胺板检测系统研制工业自产车间的主要工频干扰等进行了电路抗干扰设计上检测输送平台，平台中心“O”型扫描架内的处理和整个系统的接地设计。激光传感器实时扫描被测板材，实现板厚参数的传感采集。在线检测过程中，被测板材在平台中心由变频控制系统实时控制自动运行通过“0”型架，当有板材通过“O”型架时，激光传感器自动扫描并采样被扫描点的厚度值。采集卡实时采集传感器的采样信号，并通过串口实时传送给上位工控机，由工控机完成对采集数据的分析、处理和存储，给出相关的检测结果和控制命令，在线检测的主要流程如图3所示。图1系统结构简图1．1数据采集系统图3在线检测流程框图数据采集系统主要包括采集控制时序模块，信号调理和A／D转换模块，FIFO采集传输模块。1．3系统软件设计在保证同步采集的条件下，板厚数据信号的采集软件设计的主要任务是实现检测仪的整体控基于串口RS一232实现数据信号的传输。采集系统制，在上位机上采用DELPHI语言编写了检测仪的主要功能是采集传感器输出的板材厚度信号，的控制管理系统。系统主要完成对采集系统的初并实时传送给工控机控制系统。本检测仪应用的始化，采集、数据分析、显示和处理等控制功采集卡兼具同步采集、实时传输的功能，满足对能。为了更加方便工人处理，操作简易，对实际在线检测速度不高的应用场合要求，数据采集框检测过程中的参数设置由软件完成对数据的自动图如图2所示。校正功能，检测人员只要根据检测要求输入相关参数即可，减少了由于外界干扰和安装传感器的“O”型架机械疲劳等对检测仪测量精度的影响。根据检测系统的功能和设计要求，系统监控程序主要包括以下几个模块：数据查询模块、参数校核模块、测试分析模块、用户信息模块。1)数据查询模块。有数据库选择、数据读取的功能，系统包含几个数据库，按照需求可以进图2数据采集框图行选择。1．2在线检测的工作原理2)参数校核模块。有参数添加和采集数据显该系统对需要检测的板材有分级要求，分级示的功能，可以通过对实时数据的添加完成系统功能可以由用户通过设计的软件界面自由设定，校正，在每次测量不同板材时，系统需要对参数如设定合格品、超薄品、超厚品和次品等，分级校核。功能的控制实现由系统自动调制完成。该检测仪3)测试分析模块。包含数据库建立、数据可实现板材的半A动化检测，被测薄板经人工搬保存、图形显示、参数设定的功能，完成对板材 自动化的实时监测。在传感器的测量范围内；4)用户信息模块。包含用户信息的添加和修(2)实时校核后检测：改，完成对用户信息的管理。(3)分别测量传感器所对应的3条线上的在板材测试过程中，把第一次测得的传感器点，并记录实验数据，所得数据如表1所示；测量值作为系统的初始值，用初始值减去位移传感器实测的2个位移值即可得板材的厚度。传感表1检测数据器的采样频率为2kHz，采样频率很快，为了减少测量误差，这里采用平均值的方法。当每个通道采集100个数据时，求一次平均值，即为系统采集到的一个测点。当板材经过“O”型架时，板材需要给系统一个触发信号，该系统是在软件中设置一个阈值，当6个通道的数值都同时达到这个阈值时，系统的软件便开始运行。软件系统的主程序流程如图4所示。(4)对数据进行分析和处理，所得实验数据处理结果如表2所示，为标定板厚度，为人工用千分尺多次测得的板厚平均值，所得结果表明，测量范围内在试验环境下最大的绝对误差为4mm，符合系统要求精度，稳定性好。表2检测数据分析3应用实例图5为系统实测数据导人ORIGIN软件所绘制的图形，所测板材为2．5mm板材，图5(a)～(d)分别为合格品、超厚品、超薄品和次品的曲图4系统的主程序流程图线图，图5中1～3分别代表实测板材3条线上的数据。从图5可以得出，板材在实际加工过程中，2实验数据分析与处理由于加工工艺和技术的局限性，板材存在一定程度对实际应用中检测的测量数据进行了分析处上的缺陷，图5(a)、图5(c)和图5(d)板材相理。为保证检测的精度，实际测量数据的分析采对图5(b)比较平滑，图5(a)相对于其他3个取了如下的步骤：图形，板材厚度比较均匀，生产厂家可以根据系(1)检查传感器的对中程度，确保检测板材统软件所测的数据对生产工艺进行改进。 姚佳等：基才激光传感器的蜜胺板检测系统研制工业自数据个数数据个数(a)合格品实测数据曲线图(b)超厚品实测数据曲线图目昌暑蹬鞋数据个数数据个数(c)超薄品实测数据曲线图(d)次品实测数据曲线图图5板材实测数据4分类曲线图4结论[2]杨陶利．射线测厚仪的原理及在中厚板生产线中的应用[J]．钢铁研究，2010，38(3)：45—48．工业产品的质量检测是企业生产过程中十分[3]崔遇功，海潮智．铝板带用x射线测厚仪[M]．轻合关键的环节，本文基于激光传感器研发了非接触金加工技术．1996(4)：15—18．式高精度薄板在线检测系统，测量精度达[4]刘伟．低能量x射线测厚仪与B射线测厚仪在薄膜生产0．Olmm，测量范围0～lOmm。检测系统硬件结构中的应用比较[J]．电力电容器，2000，26(2)：设计制作合理，软件功能详实，操作简便，成本105一l13．控制合理，用于薄板检测生产线中，提高了薄板[5]许立梓，李传芳．用B射线在线测试薄膜厚度的计算机生产线产品的出厂质量和效率。多次实践表明，测量系统[J]．广东工业大学学报，1999(2)：该系统性能稳定、测量精度高，具有很好的可重15一l7．复性和可靠性，为薄板类产品检测应用提供了经[6]张景超，王玉田，杨程，等．基于CCD技术的玻璃测济可行的解决方案，适于应用在相同类型产品的厚系统[J]．压电与声光，2010，32(1)：149—152．检测场合。第一作者简介：姚佳，男，1985年生，湖南益阳人，硕参考文献：士研究生。研究领域：设备状态检测与故障诊断。[1]章小兵．激光三角法板材在线测厚系统设计[A]．全国第二届特种电源与元器件学术年会论文[c]，(编辑：向飞)20o2：241-244．眩臣笠-·，锈＼29＼孥毒露§＼：0_筮二：I．：一王警一釜：