2021/12/17
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鳳鳴亮的非接觸激光在線測厚儀用于用于氮化鋁板測厚
氮化鋁基板非接觸激光在線測厚和合格與否判決機初步方案
一、客戶基本測厚要求：
1,測量對象：氮化鋁基板（重：100g）
基板尺寸范圍：正方塊,小114 mm*114 mm，大124mm*124mm，
厚度范圍:小0.25 mm，大1.5mm，
2,分檢判決標準：
合格: 0.381 mm +/-0.03 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
0.381 mm +/-0.04 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
0.381 mm +/-0.05 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
0.5 mm +/-0.03 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
0.5 mm +/-0.04 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
0.5 mm +/-0.05 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
0.762 mm +/-0.05 mm; 板內9點厚度的較大值減極小值之差≤0.025 mm
超出上面誤差范圍的為不合格品.且需要電腦保留數據.
將上面用戶的具體判決標準抽象為算法:
設: f(x,y)為厚度函數,單位為:mm
X的定義域為: 0.1≤x≤1.5
y的定義域為: 0.01≤y≤0.05
則: x-y≤f(x,y) ≤x+y;
MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)] ≤0.025
且:[x-y≤f(x,y) ≤x+y]AND {MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)] ≤0.025}=true
3,產品測厚要求
每張板測量9個點，分三行排列，如下圖視：
二、系統架構
為了實現對正方塊板：114 mm*114 mm 和124 mm X124mm；厚：0.25 mm ~1.5mm板塊的在線動態非接觸高精度激光測厚與厚度合格與不合格的分揀功能，我們建意用一臺LTG-680型激光在線測厚儀做X-Y二維掃描步進定點測量板塊各位置（9點）的厚度（本型號激光在線測厚儀掃描寬度可達：680mm；厚度范圍：0.02 mm -6mm；測量精度：+/-0.002mm）。同時增設自動吸盤上料系統和自動板厚分檢判決系統，構成一套自動化的氮化鋁板測厚和厚度合格與否判決生產線，系統架構圖如下圖：
上位管理機
三、系統工作原理
1,系統設計
如上圖所示，待測的基板按要求放到*位置（吸盤可到位），上料系統受上位計算機控制。LTG-680激光在線測厚儀安裝在二維定點掃描架上，可做X-Y移動定位，受單片機和上位機聯合控制，完成對氮化鋁板塊的測厚任務。厚度分選機構受單片機和上位機聯合控制，實施合格板，超厚板，超薄板的分檢判斷。激光在線測厚儀的軟件界面圖如下：
[測厚軟件界面1]
上位計算機的軟件界面目前還沒有。
2,工作原理
系統接收啟動信號，開始工作：首先，檢測設定的待測板材型號，按照選定的型號啟動相應定位程序，然后定位程序發出控制脈沖（不同定位程序所發脈沖數不同），引導真空吸吊機夾具移動到待測板材上方，將板材吊起并運送到自動測試平臺上。自動測試平臺根據電腦設定板材尺寸啟動相應脈沖移動程序，控制平臺托舉板材送至激光測厚儀的有效測量范圍，沿三條線進行掃描測厚，電腦系統根據不同尺寸板材的設定，記錄輸出脈沖信號數量，從而計算出激光測厚儀測厚點在板材上的位置(軟件只記錄9點位置的厚度值,其他位置的厚度值不參與合格與否之判決)，在需要測試的點位將測厚數據存儲下來并在電腦上顯示。后，按照待測板材是否合格啟動相應定位程序，引導真空吸吊機夾具將板材吊起送至*位置，完成一個檢測周期。
四、測量中的同步和位置傳感問題
氮化鋁板是一張，一張傳送過來的，所以，上料機下方有無板，板子有無傳送到位，激光在線測厚儀下方有無被測板，測量后板子有無成功分選取走等，這些都需求有一套完整的檢測系統來完成，故，還要設計一套位置檢測裝置。另外，上料，測厚，判決這三個執行機構之間的協同，互聯，互鎖等邏輯也要設計一套控制軟件來實施。
五、上位計算機系統
上位計算機系統是一個數據處理系統，它從激光測厚儀獲取氮化鋁板塊的各區域的厚度數據并根據判決規律控制分選機購完成分選功能。同時它也是整套系統的控制中心，它可控制上料機，測厚機，判決機三個執行機構之間的協同工作，互聯通信，互鎖邏輯，使三個動作機構能協同工作，完成自動氮化鋁板塊測厚和厚度合格與否的判決工作。
六、自動化測厚系統各機構組成（共六部份）
上料系統
測試平臺
測厚儀隨動伺服系統
分揀判決系統
上位控制電腦
控制箱
上料系統
組成
真空吸吊機
龍門式XYZ軸滑臺（對小板塊，不需要龍門式）
位置傳感器
單片機（含待開發軟件）;可編程控制器(PLC, 待開發軟件)
作用
將待測板材提送至測試平臺，由測厚儀進行測試。
測試平臺
組成
不銹鋼工作臺
位置傳感器
傳感器支架
作用
安裝相應位置傳感器，使真空吸吊機能將待測板材正確擺放到測試初始位置，由測厚儀進行測試。
測厚儀隨動伺服系統
組成
十字式XY軸滑臺
滑臺支架
位置傳感器
單片機（含待開發軟件）;可編程控制器(PLC, 待開發軟件)
作用
按照單片機給出的控制信號，將測厚儀移動到待測板材*位置進行測量。
分揀系統
組成
真空吸吊機
龍門式XYZ軸滑臺(對小板塊，不需要龍門式)
位置傳感器
氣動式換向器
單片機（含待開發軟件）; 可編程控制器(PLC, 待開發軟件)
作用
按照單片機控制，在有需要時將待測板材換向，供測厚儀測試，對需要進行標識的板材進行噴碼。測試完畢后將板材提送*位電腦*的堆放區域。
上位控制電腦
組成
電腦主機
顯示器
單片機（含待開發軟件）; 可編程控制器(PLC, 待開發軟件)
作用
獲取測厚儀的數據，將每個測試點的數據記錄下來，然后與設定數據進行比對，根據比對結果，控制分揀系統將板材堆放到相應位置。
控制箱
組成
控制箱體
空氣開關
保護電路
直流電源
單片機（含待開發軟件）; 可編程控制器(PLC, 待開發軟件)
接線柱
作用
為各個單元提供電源，集中布置各個單元控制單片機，各個單元控制按鈕集中接線。測試參數設定。
軟件算法(厚度分檢判決)
設: f(x,y)為厚度函數,單位為:mm
X的定義域為: 0.1≤x≤1.5
y的定義域為: 0.01≤y≤0.05
則: x-y≤f(x,y) ≤x+y;
MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)] ≤0.025
且:[x-y≤f(x,y) ≤x+y]AND {MAX[f(x,y)]- MIN[f(x,y)] ≤0.025}=true
流程圖
