光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光電測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著光電研宄技術(shù)的逐漸興起，各大高校都相繼開設(shè)了光電測(cè)控相關(guān)專業(yè)的課程，此類課程既要求學(xué)生掌握傳感器、工程光學(xué)、控制工程、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、信號(hào)分析與處理的基礎(chǔ)理論知識(shí)，又要求學(xué)生能夠利用測(cè)控儀器技術(shù)、光電測(cè)試技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)和Matlab軟件解決一些實(shí)際問題，例如激光傳感器的測(cè)量、利用下位機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、被測(cè)物測(cè)厚靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的濾波處理、串口數(shù)字信號(hào)通信、數(shù)據(jù)采集卡模擬信號(hào)通信等。目前大多數(shù)高校教學(xué)都只停留在基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)上，缺少學(xué)生親自利用光電測(cè)控處理方法綜合性地解決實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中的檢測(cè)問題，所學(xué)習(xí)的Matlab軟件僅側(cè)重于原理學(xué)習(xí)，并沒有結(jié)合實(shí)際開發(fā)實(shí)踐，再加上缺乏學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)備和環(huán)境，嚴(yán)重影響了教學(xué)的質(zhì)量和效果，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力。鑒于上述原因，在為企業(yè)鋰電池薄膜生產(chǎn)線所開發(fā)的測(cè)控設(shè)備的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是十分必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬鋰電池薄膜生產(chǎn)線和薄膜厚度和缺陷檢測(cè)裝置的硬件和軟件教學(xué)創(chuàng)新試驗(yàn)方法，該方法具有模塊化、綜合性、可擴(kuò)展與創(chuàng)新性。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，基于激光傳感器三角法測(cè)量和CCD傳感器機(jī)器視覺原理，構(gòu)建光機(jī)電測(cè)控硬件平臺(tái)和處理軟件平臺(tái)。根據(jù)不同的生產(chǎn)線運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)量狀態(tài)，設(shè)計(jì)針對(duì)性的上位機(jī)和下位機(jī)處理算法，實(shí)現(xiàn)模塊化基礎(chǔ)訓(xùn)練和綜合性創(chuàng)新思維能力同時(shí)培養(yǎng)的光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法。
[0005]本發(fā)明的具體技術(shù)解決方案是:
[0006]光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法，具體包括如下步驟:
[0007]I)創(chuàng)建光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；
[0008]2)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的激光測(cè)厚實(shí)驗(yàn)；
[0009]3)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的CCD傳感器缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)；
[0010]4)光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)；
[0011]5)進(jìn)行光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)的實(shí)驗(yàn)。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟I)中，光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括C型掃描機(jī)構(gòu)和激光傳感器部分、三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和CCD相機(jī)部分、被測(cè)物檢測(cè)薄鋁板平臺(tái)部分、下位機(jī)控制顯示部分；
[0013]所述C型掃描機(jī)構(gòu)和激光傳感器部分，外圍框架上較高的部分為第二桌面，第一工業(yè)機(jī)器人固定于第二桌面上，第一工業(yè)機(jī)器人的一端為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)連接聯(lián)軸器和絲桿，另一端由軸承支撐座固定，絲桿上安放滑塊，滑塊上端設(shè)置C型掃描機(jī)構(gòu)，C型掃描機(jī)構(gòu)前端內(nèi)部分別安裝上激光傳感器和下激光傳感器，上激光傳感器由C型掃描機(jī)構(gòu)支撐固定，下激光傳感器可實(shí)現(xiàn)三維調(diào)節(jié)，上激光傳感器和下激光傳感器的一端數(shù)據(jù)線經(jīng)C型掃描機(jī)構(gòu)內(nèi)部延伸至后端，并延伸至外圍框架的箱體內(nèi)側(cè)的驅(qū)動(dòng)電路板，在第一工業(yè)機(jī)器人前后兩側(cè)各安裝兩個(gè)第二限位開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊在絲桿帶動(dòng)下前后平移，滑塊接觸到第二限位開關(guān)時(shí)，停止滑動(dòng)，并往相反方向繼續(xù)滑動(dòng)，并依次反復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0014]所述三維機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括分別沿X軸、Y軸和Z軸方向的X軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、Y軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，三組調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的構(gòu)造相同，Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在C型掃描機(jī)構(gòu)一側(cè)，Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的上端為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)連接聯(lián)軸器，聯(lián)軸器和支撐座連接絲桿的一端，絲桿的另一端連接軸承支撐座，絲桿上安裝滑塊，X軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的支撐座一端連接于Z軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的滑塊位置，Y軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的支撐座一端連接于X軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的滑塊位置，三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)線與控制電路和計(jì)算機(jī)串口通信連接，自動(dòng)調(diào)焦CCD相機(jī)固定于Y軸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的滑塊位置，CCD相機(jī)數(shù)據(jù)線和計(jì)算機(jī)USB 口通信連接；
[0015]所述被測(cè)物檢測(cè)平臺(tái)部分，外圍框架上部較低部分表面為第一桌面，第二工業(yè)機(jī)器人固定于第一桌面上，第二工業(yè)機(jī)器人上面固定支撐架，支撐架上面放置平臺(tái)，平臺(tái)中央呈十字形孔狀，第二工業(yè)機(jī)器人一側(cè)固定連接板，連接板與光柵尺固定，另一側(cè)安裝兩個(gè)第一限位開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，滑塊在絲桿上帶動(dòng)支撐架、平臺(tái)、連接板、光柵尺前后平移，滑塊接觸到第一限位開關(guān)時(shí)，停止滑動(dòng)并往相反方向繼續(xù)滑動(dòng)，并依次反復(fù)運(yùn)動(dòng)；
[0016]所述下位機(jī)控制顯示部分，下位機(jī)為具有液晶顯示的控制電路，用于控制并顯示平臺(tái)的位置、反復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度，具體包括光機(jī)電在線測(cè)控教學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制面板、掃描機(jī)構(gòu)傳動(dòng)速度控制面板和實(shí)時(shí)顯示面板。
[0017]進(jìn)一步，所述步驟2)具體包括以下步驟:
[0018]步驟一:上位機(jī)軟件設(shè)定C型掃描機(jī)構(gòu)靜止，下位機(jī)按鈕設(shè)定鋁薄板靜止；鋁薄板上方放置被測(cè)物；上下激光傳感器光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物上表面和下表面；調(diào)節(jié)下傳感器三維調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使上下光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)；此時(shí)實(shí)現(xiàn)某點(diǎn)靜態(tài)測(cè)量；調(diào)節(jié)下位機(jī)按鈕使鋁薄板移動(dòng)到某一位置，或調(diào)節(jié)上位機(jī)軟件掃描位置按鈕使C型掃描機(jī)構(gòu)移動(dòng)到某一位置，可以實(shí)現(xiàn)薄膜上另一點(diǎn)靜態(tài)測(cè)量；
[0019]步驟二:上位機(jī)軟件設(shè)定C型掃描機(jī)構(gòu)靜止，下位機(jī)按鈕設(shè)定鋁薄板移動(dòng)；鋁薄板上方放置被測(cè)物；上下激光傳感器光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物上表面和下表面某一垂直方向，測(cè)量垂直方向的一組點(diǎn)狀光點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一維動(dòng)態(tài)測(cè)量；
[0020]上位機(jī)軟件設(shè)定C型掃描機(jī)構(gòu)某一速度掃描，下位機(jī)按鈕上設(shè)定鋁薄板靜止；鋁薄板上方放置被測(cè)物；上下激光傳感器光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物上表面和下表面某一水方向，測(cè)量水方方向的一組點(diǎn)狀光點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一維動(dòng)態(tài)測(cè)量；
[0021]步驟三:上位機(jī)軟件設(shè)定C型掃描機(jī)構(gòu)某一速度掃描，下位機(jī)按鈕設(shè)定鋁薄板某一速度移動(dòng)；鋁薄板上方放置被測(cè)物；上下激光傳感器光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)被測(cè)物上表面和下表面，實(shí)現(xiàn)二維動(dòng)態(tài)測(cè)量。
[0022]進(jìn)一步，所述步驟3)具體包括以下步驟:
[0023]上位機(jī)軟件設(shè)定三維機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)于某一合適位置，下位機(jī)按鈕設(shè)定鋁薄板靜止；被測(cè)物放置于鋁薄板上方，實(shí)現(xiàn)靜止?fàn)顟B(tài)缺陷檢測(cè)；
[0024]上位機(jī)軟件設(shè)定三維機(jī)械調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)于某一合適位置，下位機(jī)按鈕設(shè)定鋁薄板以某一速度移動(dòng)；被測(cè)物放置于鋁薄板上方，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)缺陷檢測(cè)。
[0025]進(jìn)一步，所述步驟4)具體包括以下步驟:
[0026]步驟一:測(cè)厚部分Visual Basic軟件平臺(tái)主窗口主要由4個(gè)窗口組成，分別有狀態(tài)顯不窗口、參數(shù)設(shè)定窗口、圖像顯不窗口和數(shù)據(jù)分析窗口 ；狀態(tài)顯不窗口顯不上下激光傳感器是否在有效測(cè)量范圍內(nèi)、上下傳感器的量程間距；參數(shù)設(shè)定窗口顯示選擇靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)于靜態(tài)掃描可以設(shè)置C型機(jī)構(gòu)在整個(gè)掃描間距中的具體位置，對(duì)于動(dòng)態(tài)掃描可以選擇不同的掃描速度實(shí)現(xiàn)C型機(jī)構(gòu)的勻速移動(dòng)；圖像顯示窗口顯示背景顏色、測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分布曲線和測(cè)量厚度的上下限；對(duì)于數(shù)據(jù)分析窗口則顯示從測(cè)量開始到此時(shí)的最大和最小值；
[0027]步驟二:測(cè)厚部分Matlab軟件平臺(tái)主窗口主要由5個(gè)窗口組成，分別有人機(jī)界面編輯窗口、代碼窗口、狀態(tài)顯示窗口、參數(shù)設(shè)定窗口、圖像顯示窗口、數(shù)據(jù)分析窗口 ；狀態(tài)顯不窗口、參數(shù)設(shè)定窗口、圖像顯不窗口和數(shù)據(jù)分析窗口設(shè)置同Visual Basic軟件；代碼窗口顯示源代碼，可以在此窗口調(diào)用Matlab信號(hào)處理函數(shù)庫(kù)，編輯測(cè)厚數(shù)據(jù)濾波代碼；人機(jī)界面編輯窗口可以設(shè)置和調(diào)整界面窗口的控件、圖形顯示窗口和數(shù)據(jù)分析窗口 ；
[0028]步驟三:缺陷檢測(cè)Matlab軟件平臺(tái)主窗口主要由3個(gè)窗口組成，分別有人機(jī)界面編輯窗口、代碼窗口、狀態(tài)顯不窗口、參數(shù)設(shè)定窗口和圖像顯不窗口 ；狀態(tài)顯不窗口顯不缺陷種類并統(tǒng)計(jì)缺陷數(shù)；參數(shù)設(shè)定窗口顯示設(shè)置CCD相機(jī)打開和關(guān)閉、采集圖像的間隔時(shí)間、視頻圖像的存儲(chǔ)和離線視頻圖像的讀取；圖像顯示窗口有兩個(gè)，一個(gè)顯示實(shí)時(shí)圖像，另一個(gè)顯示灰度轉(zhuǎn)化和閾值分割后數(shù)字圖像處理后圖像。