多点扫描式塑膜厚度检测系统

李家成 刘鲁伟 李茂源 孙 超 杜祥美

(山东科技大学机械电子工程学院 山东 青岛 266590)

多点扫描式塑膜厚度检测系统

李家成 刘鲁伟 李茂源 孙 超 杜祥美

(山东科技大学机械电子工程学院 山东 青岛 266590)

提供一种基于电容式传感器的多点扫描式塑膜厚度检测系统，对薄膜的厚度进行检测，具有较高的测量精度并且结构简单，成本低廉。

塑膜厚度；电容传感器；多点扫描式测量

一、引言

随着印刷、包装、绝缘材料和感光等行业对质量高的薄膜产品的需求量越来越大，薄膜行业近几年来取得了较为迅速的发展。目前，在国内的薄膜生产线已经可多至数千条，但对于薄膜厚度的测量及薄膜厚度均匀性的检测的一些关键技术问题，目前还没有良好的解决办法，因此研究薄膜厚度的准确测量方法以及测量结果的完整评定具有深远的意义。

二、测量系统原理

电机驱动环节、计算机处理环节和数据采集环节等各个部分组成了整个塑膜厚度测量系统。利用位移传感器对被测物体进行测量的是检测环节部分。要想实现对微机准确的控制，需要利用单片机对信号进行一定的处理。基本组成框图如图1所示。

图1 测量系统基本原理框图

在测量中，电机接口卡连通计算机来给步进电动机发送指令，使电动机驱动器驱动电机以带动滚动丝杠副转动。在滚珠丝杠副的丝母上用夹具将电容传感器固定住，使传感器同丝母能够一起作水平方向上的移动，通过直线导轨实现垂直方向上的移动，从而实现X,Y两个方向上同步的多点测量。电容式传感器的电信号很微弱，需要电容测微仪放大信号，经滤波后再进行A/D转换，通过计算后，在数字显示器可以显示塑膜的厚度。

三、机械结构设计

电动机驱动器通过在电机上作用从而达到带动滚动丝杠副转动的目的。在滚珠丝杠副的丝母上用夹具将电容传感器固定住，使传感器同丝母能够一起作水平方向上的移动，通过直线导轨实现垂直方向上的移动，从而实现X,Y两个方向上同步的多点测量，基本实现了系统的机械部分。电容传感器在Z方向上的移动可通过手动调节，调节固定传感器的螺钉即可。底座运用了燕尾导轨的设计，与它连接处设计了移动滑块，保证机械结构的稳定性。

机械系统装配图如图2所示：

图2 机械系统装配图

四、电路与控制系统

多点扫描式塑膜厚度检测的电路系统是整个控制系统的中心环节，负责在信息采集后进行信号的转换，需要应用单片机来进行数据的处理，通过对单片机功能的分析，选取AT89S51芯片作为本次测试系统的单片机，采用步进电动机进行驱动，需将单片机发出的脉冲信号转化为步进角度，来控制步进电动机高效精确的转动。该检测系统选用的是电容式传感器。电容式传感器收集到的是模拟信号，需要A/D转换器对信号进行转换，转换后的信号进入单片机系统实现数据的存储与计算。经过对比相关A/D转换器的功能，最终选取TLC549作为该检测系统的A/D转换器。

整体电路如图3所示:

图3 整体电路

五、结论

运用多点扫描式塑膜厚度检测系统可以对塑料薄膜的厚度进行比较精确的测量。在机械系统方面，设计了两个电动机，通过电路控制电机启动，在滚珠丝杆的带动下，实现电容传感器测头的X,Y方向移动,还可以手动调节螺钉来调节测头在Z方向的位置，由此来实现对塑膜进行扫描式的检测。基于电容式传感器的多点扫描式塑膜厚度检测系统，有效消除了其它方法的缺陷，能够得到大量推广。

[1]贾治国，卢治功，在线厚度检测技术[J].仪表技术，2009,2:19-22

[2]范超毅，范巍，步进电机的选型与计算[J].机床与液压，2008,36(5)：310-313

[3]黄育全，滚珠丝杠副的选型计算与应用[J].金属加工，2011，(19)：46-48

[4]张白莉，电容式传感器的应用和发展，沂州师范学院学报[J]2005,21(2)：24-26

[5]Li XJ,Gerard C M,An accurate interface for capacitive sensors[J]Vol.51，No5，2002,935-939.

李家成，男，汉族，山东济南人，硕士，山东科技大学机械电子工程学院，机械工程专业。