专利名称：一种中密度纤维板板坯厚度测量方法与装置的制作方法
一种中密度纤维板板坯厚度测量方法与装置技术领域
本发明属于物体厚度测量技术领域，涉及一种板材厚度测量方法与装置，具体为一种用于中密度纤维板板坯厚度测量方法与装置。
背景技术：
中密度纤维板是利用小径木、枝桠材以及木材加工剩余物等原料经过削片、热磨、 施胶、干燥、成型、预压、热压、裁边、砂光等工序加工而成的一种板材，具有广泛的用途。成型工序是将经过施胶和干燥后的纤维采用机械或气流成型方法铺装成一定宽度和厚度的连续板坯带，成型后的板坯非常蓬松，厚度大、密度很低，影响运输和板坯进入热压机。因此，在热压之前需要对板坯进行预压，增加板坯密度和减小厚度，以方便板坯运输和进入热压机。然后再对预压后的板坯厚度和重量进行在线测量，防止不合格的板坯进入热压机，以保证热压后板材的密度达到质量要求和避免对热压机造成损伤，特别是对连续平压式热压机尤为重要；此外，通过对预压后的板坯厚度进行实时在线测量，可以将板坯厚度信息实时反馈给板坯成型机，对成型纤维量进行实时调整。
预压时，通常将板坯压缩到成品板的厚度，但是由于纤维的弹性恢复作用，预压后板坯的厚度出现反弹，一般为成品板厚度的4倍左右，根据成品板材的厚度和密度要求，预压后板坯的厚度范围为IOmm 200mm ；板坯密度约为200kg/m3，具有一定的强度，但其表面并不十分平整光洁，此外板坯也是一种多孔性材料。
目前，在实际生产和试验研究中，对预压后板坯厚度的在线测量方法主要有激光、 超声波、X射线等非接触式测量方法，以及采用线性位移传感器的接触式测量方法。
非接触式测量方法不会对板坯表面造成损伤，由于预压后的纤维板板坯是一种多孔性的材料，以及生产环境存在灰尘等因素的影响，上述几种非接触式测量方法均存在一定的缺陷。
对于激光测量法，主要是采用激光位移传感器来实现，由于激光具有单色性好、高亮度、方向性强、抗干扰性强等优点，测量精度较高，是目前中密度纤维板生产中应用最多的一种板坯厚度测量方法。但是，由于生产环境空气中存在纤维和灰尘，激光传感器表面常常会粘附纤维和灰尘，影响测量精度，有时还会出现数据误报现象，反而影响了生产的正常进行。此外，激光位移传感器的价格也比较昂贵。
对于超声波测量法，由于纤维板坯具有大量的孔隙，造成超声波的大量散射和能量衰减，使测量显示的板坯厚度值明显小于板坯实际厚度值，误差较大，甚至无读数。目前该方法还处于试验阶段，尚未在板坯厚度测量中得到实际应用。
对于X射线测量法，其原理是根据X射线穿透板坯时强度的衰减量来进行转换测量厚度的，但X射线在穿透不同材料和灰尘、油烟等介质时，其衰减程度也会不同，因此其测量精度受环境影响较大，还需要进行温度补偿，稳定性较差，维护量和维护费用较大。因此，该方法并不适合纤维板坯的厚度测量。
对于采用线性位移传感器的接触式测量方法，线性位移传感器垂直于被测板材表面安装，测杆的位移量等于板材的厚度，可以直接测出板材的厚度，由于测杆需要与被测板材接触，要求被测板材具有较大的硬度和较光洁平整的表面，早期国外主要用于测量成品板的厚度，对于比较松软和厚度较大的板坯厚度测量则难以实现，目前还处在试验研究阶段，尚未得到实际应用。
发明内容
为了解决目前中密度纤维板生产过程中板坯厚度在线测量过程中存在的问题，本发明提供了一种结构简单、安全可靠、测量精度较高、成本较低、使用方便的板坯厚度在线测量方法与装置。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是(1)采用增量型旋转编码器、摆杆、滚轮、编码器支架等构成板坯厚度测量装置，增量型旋转编码器安装在一只高度可调的编码器支架上、增量型旋转编码器的转子轴上固定安装一根摆杆，摆杆的另一端安装一只宽度较大的滚轮，摆杆、滚轮采用密度较低的轻质材料制作，并采用薄壁结构，滚轮表面敷贴聚四氟乙烯薄膜。(2)调整编码器支架高度，使摆杆初始位置调节到竖直状态，并使滚轮的最低点与运输带表面刚好接触，将此状态下的增量型旋转编码器输出的角位移信号设置为零，当板坯随运输带向前移动时，推动滚轮上移，同时带动摆杆摆动，增量型旋转编码器的转子轴一起转动，并输出角位移脉冲信号。(3)增量型旋转编码器输出的角位移信号由数据采集卡采集输入计算机，利用数据处理软件对角位移脉冲信号进行处理，并利用公式(I)计算板坯厚度，H = R(l-cos α )(I)公式(I)中，H为被测板坯的厚度，R为摆杆有效长度，α为摆杆偏离垂直状态时摆动的角度(即增量型旋转编码器转子的转动角度)。(4)对计算所获得的板坯厚度值进行实时显示，并将厚度信号值输出给热压机板坯进给装置和板坯成型机。本发明具有如下优点(1)本发明采用增量型旋转编码器、摆杆、滚轮等构成板坯厚度测量装置，稳定性好，克服了激光位移传感器受灰尘影响出现的厚度数据误报现象。(2)本发明中的摆杆、滚轮采用轻质材料制作，并采用薄壁结构，滚轮宽度也较大， 同时由于预压后的板坯具有一定强度，滚轮对板坯表面的压缩量甚�。矣捎诠雎纸峡恚� 所测得的板坯厚度值是在滚轮宽度范围内的平均值，误差�。冉细�。(3)本发明中的滚轮表面敷贴有聚四氟乙烯薄膜，不会出现纤维粘附的现象，不会影响厚度测量精度，同时由于滚轮在板坯表面滚动也不会对板坯表面造成损伤。(4)本发明中采用的增量型旋转编码器的价格比激光位移传感器要低得多，性价比好，使用也很方便。(5)本发明提供的板坯厚度测量方法和装置，还可以应用于其它板材厚度的测量。
图1是本发明板坯厚度测量方法的基本原理图。
图2是本发明板坯厚度测量装置的主视图。图3为本发明板坯厚度测量装置的侧视图。图4为本发明板坯厚度测量装置图2中的A-A剖面图。在图2、图3、图4中，1-滚轮、2-滚动轴承、3-螺母、4-弹簧垫圈、5-轴、6-定位套、7-孔用弹性卡圈、8-摆杆、9-螺钉、10-增量型旋转编码器、11-螺钉、12-编码器支架、 13-导向键、14-螺钉、15-螺钉、16-调节螺杆、17-螺母、18-轴用弹性卡圈、19-螺钉、20-螺杆支座、21-垂直支架、22-螺钉、23-底板、24-螺钉。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明本发明的板坯厚度测量方法的基本原理如图1所示，其工作过程如下首先，调整编码器支架高度，使摆杆初始位置调节到竖直状态，并使滚轮的最低点与运输带表面刚好接触，将此状态下的增量型旋转编码器输出的角位移信号设置为零，当板坯随运输带向前移动时，推动滚轮上移，同时带动摆杆摆动，增量型旋转编码器的转子轴一起转动，并输出角位移脉冲信号。然后，增量型旋转编码器输出的角位移脉冲信号由数据采集卡采集输入计算机， 利用计算机中的数据处理软件(如LabVIEW)对角位移脉冲信号进行处理，并利用公式(I) 计算板坯厚度，H = R(l-cos α )(I)公式(I)中，H为被测板坯的厚度，R为摆杆有效长度，α为摆杆偏离垂直状态时摆动的角度(即增量型旋转编码器转子的转动角度)。通过数据处理软件对计算获得的板坯厚度值进行实时显示，并将厚度信号值输出给热压机板坯进给装置和板坯铺装成型机，防止不合格板坯进入热压机，同时对板坯成型机的成型纤维量进行调整。本发明的板坯厚度测量装置如图2、如图3、如图4所示。其主要组成包括增量型旋转编码器10、摆杆8、滚轮1、编码器支架12、调节螺杆16、垂直支架21、底板23等。增量型旋转编码器10通过螺钉9安装在编码器支架12上；摆杆8的一端通过螺钉11固定在旋转编码器10的转子轴上，滚轮1通过滚动轴承2、定位套6、孔用弹性卡圈7 和轴5安装在摆杆8的另一端；摆杆8和滚轮1采用密度较低铝合金板制作，同时滚轮1采用较宽的尺寸(取20mm)，以减轻滚轮1对板坯表面的压力，由于预压后的板坯具有一定强度，所以滚轮1对板坯表面的压缩量甚�。矣捎诠雎纸峡恚獾玫陌迮骱穸戎凳窃诠雎挚矶确段诘钠骄担蟛钚。冉细撸淮送夤雎�1的表面敷贴有聚四氟乙烯薄膜，以防止纤维粘附在滚轮表面，而影响测量精度和破坏板坯的表面；滚轮1的直径对板坯厚度测量没有影响，但为了降低滚轮1转速，滚轮1直径适当取大一些，如取100mm。为了进一步减轻摆杆8和滚轮1的重量，在保证强度和刚度的前提下，采用薄壁Omm 3mm)结构。编码器支架12通过螺钉14固定在垂直支架21上，垂直支架21通过螺钉22固定在底板23上，底板23通过螺钉M固定在横梁上。垂直支架21上通过螺钉15固定安装有导向键13，编码器支架12上开有与导向键 13相配合的键槽，编码器支架12可沿导向键13上下移动。
螺杆支座20通过螺钉19固定在垂直支架21上，在编码器支架12的上端安装有螺母17，调节螺杆16在上端安装在螺杆支座20的孔中，下部的螺纹段与螺母17配合；当松开螺钉14时，旋转调节螺杆16，可带动编码器支架12升降，以便将摆杆8调整到竖直状态，并使滚轮1的最低点与运输带刚好接触，然后将螺钉14拧紧，固定住编码器支架12。当板坯随运输带向前移动时，推动滚轮1上移，同时带动摆杆8摆动，增量型旋转编码器10的转子轴一起转动，旋转编码器输出角位移脉冲信号。本发明的板坯厚度测量装置的测量精度，主要取决于增量型旋转编码器的分辨率，分辨率越高，测量精度越高。由于旋转编码器输出的脉冲信号，所以摆杆的有效长度、以及被测板坯的厚度对测量精度也有影响。当旋转编码器的分辨率确定之后，当摆杆有效长度短和被测板坯厚度薄时，测量精度较高。摆杆的有效长度取决于中密度纤维板生产线被测板坯厚度的变化范围，为了不使板坯与旋转编码器相碰撞，摆杆长度等于被测板坯的厚度，生产中板坯的最大厚度为200mm，则选择摆杆有效长度R = 200mm。本发明中选用的增量型旋转编码器的分辨率为3600P/R，则每输出一个脉冲信号所代表的角度为0.1°。在常见的中密度纤维板板坯厚度30mm 80mm范围内，测量精度为0. 183mm 0. 279mm。如果摆杆有效长度R = 100mm,在板坯厚度30mm 80mm范围内，测量精度为0. 087mm 0. 139mm。 对于板坯来说，这样的厚度测量精度是比较高的。通过生产实际应用表明，本发明的板坯厚度测量方法与装置完全能够满足中密度纤维板生产的要求。
权利要求
1.一种中密度纤维板板坯厚度测量装置，主要组成包括增量型旋转编码器(10)、摆杆 (8)、滚轮(1)、编码器支架(12)、调节螺杆(16)、垂直支架(21)、底板(23)等，其特征在于， 增量型旋转编码器(10)通过螺钉(9)安装在编码器支架(12)上，摆杆⑶的一端通过螺钉(11)固定在旋转编码器(10)的转子轴上，滚轮(1)通过滚动轴承O)、定位套(6)、孔用弹性卡圈(7)和轴(5)安装在摆杆(8)的另一端。
2.根据权利要求1所述的中密度纤维板板坯厚度测量装置，其特征在于，编码器支架 (12)通过螺钉(14)固定在垂直支架上，当松开螺钉(14)时，旋转调节螺杆(16)，可带动编码器支架(1 升降。
3.根据权利要求1所述的中密度纤维板板坯厚度测量装置，其特征在于，垂直支架 (21)上通过螺钉(15)固定安装有导向键(13)。
4.根据权利要求1所述的中密度纤维板板坯厚度测量装置，其特征在于，编码器支架 (12)上开有与导向键(1 相配合的键槽，编码器支架(1 可沿导向键(1 上下移动。
5.根据权利要求1所述的中密度纤维板板坯厚度测量装置，其特征在于，摆杆(8)和滚轮(1)采用密度较低的铝合金板制作，并采用薄壁结构。
6.根据权利要求1所述的中密度纤维板板坯厚度测量装置，其特征在于，滚轮(1)的表面敷贴有聚四氟乙烯薄膜。
7.根据权利要求1所述的中密度纤维板板坯厚度测量装置，其特征在于，滚轮(1)的宽度较大。
8.—种中密度纤维板板坯厚度测量方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、通过调节螺杆(16)调整编码器支架(1 的高度，将摆杆(8)调整到竖直状态， 并使滚轮(1)的最低点与运输带刚好接触，然后将螺钉(14)拧紧，固定住编码器支架(12)， 同时将此状态下的增量型旋转编码器(10)输出的角位移信号设置为零。步骤2、当板坯随运输带向前移动时，推动滚轮(1)上移，同时带动摆杆(8)摆动，增量型旋转编码器(10)的转子轴一起转动，并输出角位移脉冲信号。步骤3、增量型旋转编码器(10)输出的角位移脉冲信号由数据采集卡采集输入计算机，利用计算机中的数据处理软件对角位移脉冲信号进行处理，并利用公式H = R(l-cosa)计算板坯厚度，公式中，H为被测板坯的厚度，R为摆杆有效长度，α为摆杆偏离垂直状态时摆动的角度(即增量型旋转编码器转子的转动角度)。步骤4、通过数据处理软件对计算获得的板坯厚度值进行实时显示，并将厚度信号值输出给热压机板坯进给装置和板坯成型机。
全文摘要
本发明涉及到一种中密度纤维板板坯厚度测量方法与装置，将增量型旋转编码器安装在高度可调的编码器支架上、旋转编码器的转子轴上固定一根摆杆，摆杆的另一端装有一只滚轮，摆杆长度为R；调整编码器支架高度，使摆杆初始位置调节到竖直状态，并使滚轮的最低点与运输带表面刚好接触，将此状态下的旋转编码器输出的角位移设置为零，当板坯推动滚轮带动摆杆摆动α角时，旋转编码器的转子轴随之转动，并输出角位移脉冲信号，由数据采集卡采集输入计算机，利用数据处理软件对角位移脉冲信号进行处理，并利用公式H＝R(1-cosα)计算板坯厚度H；对板坯厚度值进行实时显示和输出。测量精度较高、成本较低、使用方便。
文档编号G01B21/08GK102506792SQ201110326389
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者李绍成, 牛治军, 王宝金, 田峰, 石夫雨 申请人:南京林业大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
