申请/专利权人：中国科学技术大学

申请日：2019-04-09

公开（公告）日：2024-07-02

公开（公告）号：CN109870130B

主分类号：G01B17/08

分类号：G01B17/08;G01B5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.02#授权;2019.07.05#实质审查的生效;2019.06.11#公开

摘要：本发明公开了一种超声波阵列检测物件平整度的测量方法与装置，属于测量领域。包括超声发射模块，平整度检测模块，待检测物件移动模块及系统控制显示模块。所述平整度检测模块，通过光电传感器，可以把对物件平整度的测量，转化为圆盘中聚苯乙烯小球旋转的速度，并通过系统控制显示模块进行计数显示。所述平整度检测模块固定于超声波阵列左前方，检测物件时，通过缓慢移动待检测物件，比较不同位置处聚苯乙烯小球旋转的次数，可以检测物件的平整度。通过调节平整度检测模块相对于超声波阵列轴线的相对位置，可以改变聚苯乙烯小球受力，实现检测精度调节。

主权项：1.一种超声阵列检测物件平整度的测量装置，其特征在于，包括：超声发射模块（1）、平整度检测模块（2）、物件夹紧座（3.13）和系统控制显示模块（4）；所述物件夹紧座（3.13）设置于所述超声发射模块（1）的入射侧，用于安装待检测物件（3.15）；所述平整度检测模块（2）包括：设置于所述超声发射模块（1）的反射侧的第一圆盘（2.1）；放置于所述第一圆盘（2.1）内的第一小球（2.2）；其中，所述超声发射模块（1）发射的声波经所述待检测物件（3.15）的表面能够反射至所述第一小球（2.2），以使得反射声波产生的作用力驱动所述第一小球（2.2）沿所述第一圆盘（2.1）的内壁旋转；设置于所述第一圆盘（2.1），用于检测所述第一小球（2.2）沿所述第一圆盘（2.1）内壁旋转的圈数的第一光电传感器（2.3），所述第一光电传感器（2.3）通讯连接于所述系统控制显示模块（4）；所述系统控制显示模块（4）能够根据所述第一光电传感器（2.3）检测到的数据得到所述第一小球（2.2）在所述第一圆盘（2.1）内壁的旋转速度，进而量化出所述第一小球（2.2）的受力大小，所述第一小球（2.2）的受力即为反射声波产生的作用力，以此确定出所述待检测物件（3.15）的表面平整度；所述超声发射模块（1）包括：球面形基板（1.2）和多个超声传感器（1.1）；多个所述超声传感器（1.1）均匀分布于所述球面形基板（1.2）的凹面；所述超声阵列检测物件平整度的测量装置还包括：用于带动所述物件夹紧座（3.13）在垂直于所述球面形基板（1.2）中轴线的平面内移动的待检测物件移动模块（3）。

全文数据：一种超声阵列检测物件平整度的测量方法与装置技术领域本发明涉及板材加工领域，涉及一种检测装置。特别是涉及一种超声阵列检测物件平整度的测量方法与装置。背景技术板材生产加工过程中，平整度是衡量板材质量的重要指标。提高检测板材平整度的精度和效率，不仅便于后续的加工使用，更能控制不合格产品的出厂数量，减少材料浪费，节约成本。目前常用的检测物件平整度的检测方式有：压力传感器检测、激光位移传感器检测、超声波测距传感器检测等。对于压力传感器检测，是通过感受传感器与待检测物件之间的压力信号，并按照一定规律将压力信号转换成可用的输出电信号的检测方法，需要与检测对象相互接触，容易对物件造成损坏。而对于激光位移传感器，相对比较复杂，而且体积较大，价格昂贵，应用领域受限。传统的超声波测距传感器检测需要发射端和接收端共同作用，且对环境温度有较高的要求。超声波的传播速度会受空气密度影响，密度越高超声波的传播速度越快，空气密度与环境温度又有着密切关系，因此，环境温度的稳定与否直接决定超声检测准确程度的高低。发明内容针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供了一种用超声阵列检测物件平整度的测量方法与装置，可以填补这方面的空白，它具有操作简单、检测效率高、抗干扰能力强、检测成本低等优点。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超声阵列检测物件平整度的测量装置，包括：超声发射模块、平整度检测模块、物件夹紧座和系统控制显示模块；所述平整度检测模块包括：设置于所述超声发射模块的反射侧的第一圆盘；放置于所述第一圆盘内的第一小球；设置于所述第一圆盘，用于检测所述第一小球沿所述第一圆盘内壁旋转的圈数的第一光电传感器，所述第一光电传感器通讯连接于所述系统控制显示模块。优选地，所述超声发射模块包括：球面形基板和多个超声传感器；多个所述超声传感器均匀分布于所述球面形基板的凹面。优选地，所述第一圆盘设置于所述球面形基板中轴线的一侧；所述平整度检测模块还包括：设置于所述球面形基板中轴线的另一侧的第二圆盘；放置于所述第二圆盘内的第二小球；设置于所述第二圆盘，用于检测所述第二小球沿所述第二圆盘内壁旋转的圈数的第二光电传感器，所述第二光电传感器通讯连接于所述系统控制显示模块。优选地，所述第一小球和或第二小球的材料为聚苯乙烯；所述第一圆盘和或第二圆盘的材料为聚乙烯或聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯。优选地，还包括：用于带动所述物件夹紧座在垂直于所述球面形基板中轴线的平面内移动的待检测物件移动模块。优选地，所述待检测物件移动模块包括Y轴移动平台和X轴移动平台；所述X轴移动平台设置于所述Y轴移动平台；所述物件夹紧座设置于所述X轴移动平台；所述Y轴移动平台包括Y轴驱动底板、Y轴步进电机和Y轴丝杠组件；所述Y轴步进电机连接于所述Y轴丝杠组件；所述Y轴丝杠组件设置于所述Y轴驱动底板；所述X轴移动平台包括X轴步进电机、X轴丝杠支撑和X轴丝杠组件；所述X轴步进电机和所述X轴丝杠支撑均固定于所述Y轴驱动底板；所述X轴步进电机连接于所述X轴丝杠组件；所述X轴丝杠组件设置于所述物件夹紧座。一种超声阵列检测物件平整度的测量方法，采用如上所述的测量装置，包括：步骤S1、超声发射模块向待检测物件发射声波；步骤S2、第一光电传感器检测所述第一小球沿所述第一圆盘内壁旋转的圈数，并将检测到的数据发送至系统控制显示模块；步骤S3、控制待检测物件移动模块带动所述待检测物件进行若干次同方向、同距离的移动，并在每次移动后重复所述步骤S1和S2；步骤S4、所述系统控制显示模块根据所述第一光电传感器的测到数据得到所述第一小球的旋转速度，并判断所述第一小球在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是否在第一预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。优选地，所述步骤S4还包括：在所述系统控制显示模块判断所述第一小球在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是在第一预设平整度误差允许范围内时，所述系统控制显示模块还计算所述第一小球分别在第一次检测位置和第N次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第一速度差绝对值；和计算所述第一小球分别在第一次检测位置和第N+1次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第二速度差绝对值；并计算所述第一速度差绝对值和所述第二速度差绝对值的差值的绝对值，记为第三速度差绝对值；且判断所述第三速度差绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。一种超声阵列检测物件平整度的测量方法，采用如上所述的测量装置，包括：步骤S1、超声发射模块向待检测物件发射声波；步骤S2、第一光电传感器检测第一小球沿第一圆盘内壁旋转的圈数，第二光电传感器检测第二小球沿第二圆盘内壁旋转的圈数，并均将检测到的数据发送至系统控制显示模块；步骤S3、所述系统控制显示模块根据所述第一光电传感器和第二光电传感器的测到数据分别对应得到所述第一小球和所述第二小球的旋转速度，并判断所述第一小球和所述第二小球的旋转速度的差值的绝对值是否在第三预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。优选地，还包括：步骤S4、控制待检测物件移动模块带动所述待检测物件进行若干次同方向、同距离的移动，并在每次移动后重复所述步骤S1-S3，若各个检测位置的所述第一小球和所述第二小球的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内，则整体平整度合格；否则，整体平整度不合格。优选地，所述步骤S4还包括：在各个检测位置的所述第一小球和所述第二小球的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内时，所述系统控制显示模块还计算所述第一小球或所述第二小球分别在第一次检测位置和第N次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第一速度差绝对值；和计算所述第一小球或所述第二小球分别在第一次检测位置和第N+1次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第二速度差绝对值；并计算所述第一速度差绝对值和所述第二速度差绝对值的差值的绝对值，记为第三速度差绝对值；且判断所述第三速度差绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则整体平整度合格；若否，则整体平整度不合格。从上述的技术方案可以看出，本发明提供的超声阵列检测物件平整度的测量方法与装置，目的是针对目前检测物件平整度设备精确度不高、抗干扰能力不强等缺点，提出了一种超声波阵列检测物件平整度的方法与装置。通过控制步进电机不断移动待检测物件，测定在各位置处聚苯乙烯小球旋转的速度，量化出聚苯乙烯小球在该位置受力大小。本发明利用超声相控阵发射的声波在待测物件表面聚焦后，反射声波产生的力作用在平整度检测模块内的聚苯乙烯小球上，驱动聚苯乙烯小球沿带有侧壁的圆盘壁面旋转，该方法操作方便，结构简单，测量准确，可广泛用于物件平整度的测量。超声发射模块采用球形结构，有利于超声波能量的聚集，增强通过待检测物件反射到平整度检测模块的力，从而驱动聚苯乙烯小球沿着带有侧壁的圆盘壁面旋转。由于该检测方法没有直接和待检测物件接触，从而避免了对物件的损坏。平整度检测模块中光电传感器嵌入到带有侧壁的圆盘中，超声相控阵发出的聚焦声波通过物件反射到带有侧壁的圆盘中，反射声波产生的力作用在平整度检测模块内的聚苯乙烯小球上，从而驱动聚苯乙烯小球绕着带有侧壁的圆盘旋转，光电传感器检测聚苯乙烯小球在规定时间内的旋转次数，量化出聚苯乙烯小球的受力大小，当待检测物件表面的不平整引起反射力大小和方向的改变时，聚苯乙烯小球受力大小也随之改变，进而影响聚苯乙烯小球的旋转速度。最终检测出待检测物件的平整度是否合格。相比传统的超声发射接收方式，本方法的检测不受环境温度的影响，抗干扰能力更强。多个超声传感器组合，发射的声波能量更大，通过调节平整度检测模块相对于超声发生装置轴线方向的距离，可以调节超声波在带有侧壁的圆盘中作用在聚苯乙烯小球上力的大小，从而达到调节检测精度的目的。进一步地，在除了调节移动平台这个操作外不进行其他任何操作的情况下，测出物件在不同位置反射声波产生的力驱动聚苯乙烯小球的旋转速度，最大程度的减少了测量过程中产生的误差。该方法不需要通过计算发射端和反射端的时间差来计算物件平面到发射端的距离，避免了环境温度对检测精度的影响。进一步地，可以在以超声波阵列轴线方向，平整度检测模块的另一侧加入第二个平整度检测模块。驱动两个聚苯乙烯小球向相反方向旋转，可以对两个测量结果进行比较，从而提高检测的效率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度装置的三维结构图；图2为本发明实施例提供的超声发射模块的结构示意图；图3为本发明实施例提供的待检测物件移动模块的结构示意图；图4为本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度装置的检测原理示意图；图5为本发明实施例提供的双平整度检测模块的检测原理示意图；图6为本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度装置的另一种检测原理示意图；图7为本发明实施例提供的另一种检测原理的局部放大图；图8为本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度装置的检测流程图。其中，1为超声波发射模块，1.1为超声传感器，1.2为球面形基板，1.3为支撑板，1.4为支撑座；2为平整度检测模块，2.1为第一圆盘，2.2为第一小球，2.3为第一光电传感器，2.11为第二圆盘，2.21为第二小球，2.31为第二光电传感器；3为待检测物件移动模块，3.1为Y轴步进电机，3.2为Y轴丝杠电机联轴器，3.3为Y轴丝杠，3.4为Y轴滚珠丝杠，3.5为Y轴驱动底板，3.6为X轴步进电机，3.7为X轴丝杠电机联轴器，3.8为X轴丝杠，3.9为X轴滚珠丝杠，3.10为X轴丝杠支撑，3.11为X轴导向杆支撑，3.12为X轴导向杆，3.13为物件夹紧座，3.14为物件夹紧旋钮，3.15为待检测物件；4为系统控制显示模块。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度的测量装置，包括:超声发射模块1、平整度检测模块2、物件夹紧座3.13和系统控制显示模块4，其结构可以参照图1所示；其中，平整度检测模块2包括：设置于超声发射模块1的反射侧的第一圆盘2.1；放置于第一圆盘2.1内的第一小球2.2；设置于第一圆盘2.1，用于检测第一小球2.2沿第一圆盘2.1内壁旋转的圈数的第一光电传感器2.3，第一光电传感器2.3通讯连接于系统控制显示模块4。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度的测量装置，通过超声发射模块向待检测物件表面发射声波，使得反射声波产生的作用力反射冲击能量驱动第一小球沿第一圆盘的内壁旋转，采用第一光电传感器检测第一小球沿第一圆盘内壁旋转的圈数，并将检测到的数据发送至系统控制显示模块进行处理，系统控制显示模块根据检测到的数据得到第一小球在第一圆盘内壁的旋转速度，进而量化出第一小球的受力大小，第一小球的受力即为反射超声波产生的作用力，并且待检测物件表面的平整度的好坏决定了该作用力的大小，从而以此确定出待检测物件的表面平整度。本方案将待检测物件平整度的检测转化为经待检测物件表面的反射声波产生的作用力的检测，而且反射声波产生作用力的大小不受环境温度的影响，从而提升了对环境温度的抗干扰能力，以此确保检测的精度。需要说明的是，平整度检测模块2实质上是用于检测声波经待检测物件表面的反射能量，即为声波的反射冲击力。对于力度的检测，目前存在多种检测方式，包括直接检测和间接检测。其中，直接检测即可采用冲击力检测设备加以实现；间接检测可以通过将反射能量转化为其他能量的检测。比如采用运动检测机构，将声波经待检测物件表面的反射冲击力转化为运动检测机构中受力部件的运动速度，再通过数据分析处理机构量化出其对应的受力大小，以此确定出待检测物件的平整度。在本发明实施例提供的方案中，采用运动检测机构实现平整度的间接检测，具有操作简单，抗干扰能力强以及精度高等特点。具体地，该运动检测机构包括受力部件和检测部件。不难看出，第一小球2.2即为受力部件，第一光电传感器2.3为检测部件，系统控制显示模块4为数据分析处理机构。当然，还包括用于限制受力部件运动的限位部件，即第一圆盘2.1。在本实施例中，超声发射模块1包括：球面形基板1.2和多个超声传感器1.1，其结构可以参照图2所示；多个超声传感器1.1均匀分布于球面形基板1.2的凹面，使之形成能够发射聚焦的声波的阵列超声传感器。具体的，超声发射模块包含多个频率为40kHz超声传感器，每个传感器被固定于球形盖的表面，通过电路控制超声传感器发出超声波。超声相控阵发出的声波在空气中相互叠加，产生的能量更大，检测精度和抗干扰能力更强。为了进一步优化上述的技术方案，平整度检测模块2还包括第二圆盘2.11、第二小球2.21和第二光电传感器2.31；上述部件统称为第二平整度检测机构，前面实施例中的第一圆盘2.1、第一小球2.2和第一光电传感器2.3统称为第一平整度检测机构。由于超声发射模块1中的多个超声传感器1.1呈球面阵列排布，使得聚焦的声波经待检测物件3.15表面反射后，在超声发射模块1轴线的两侧均会形成反射路径。第一平整度检测机构设置于待检测物件3.15的反射面法线的一侧，即为第一平整度检测机构设置于超声发射模块1轴线一侧的反射区域，即为第一圆盘2.1设置于球面形基板1.2中轴线的一侧。第二平整度检测机构设置于待检测物件3.15的反射面法线的另一侧，即为第二圆盘2.11设置于球面形基板1.2中轴线的另一侧。本方案是在上述实施例的基础上，增设了第二平整度检测机构，使得第二平整度检测机构与第一平整度检测机构对称排列，以实现对比检测。具体地，平整度检测模块2还包括：设置于球面形基板1.2中轴线的另一侧的第二圆盘2.11；放置于第二圆盘2.11内的第二小球2.21；设置于第二圆盘2.11，用于检测第二小球2.21沿第二圆盘2.11内壁旋转的圈数的第二光电传感器2.31，第二光电传感器2.31通讯连接于系统控制显示模块4，其结构可以参照图5所示。第二平整度检测机构的工作原理与第一平整度检测机构的相同，这里不再赘述。需要说明的是，当待检测物件3.15的表面平整时，聚焦的声波经待检测物件3.15表面反射后产生的两路大小相同的作用力，使得第一小球2.2和第二小球2.21的受力大小相同，方向不同，进而驱动两者分别以相同的转速，相反的转向在各自的圆盘内旋转，再取两者检测数据的差值，当差值的绝对值在误差允许范围内时，再进一步进行单独计算第一小球或第二小球在第N次检测位置与第一检测位置的转速的差值的绝对值，和计算第一小球或第二小球在第N+1次检测位置与第一检测位置的转速的差值的绝对值，再判断两者绝对值的差值的绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则整体平整度合格；若否，则整体平整度不合格，以防止待检测物件表面虽然平整但是整体倾斜一个角度，且该角度产生的速度差在误差允许范围内。具体检测过程可参见对应的方法的实施例。当待检测物件3.15的表面不平整时，第一小球2.2和第二小球2.21的受力有很大的差别，导致两者的转速也出现很大的差别，如果超出待检测物件3.15平整度允许的误差范围，则判定不合格。对此，通过分析第一小球2.2和第二小球2.21的转速，可以更加快速地确定待检测物件3.15的平整度，以此提高检测的效率。作为优选，第一小球2.2和或第二小球2.21的材料为聚苯乙烯，基于聚苯乙烯材料具有冲击强度高和刚性好的特点，确保提升第一小球2.2和或第二小球2.21能够抵抗声波的反射冲击而不至于发生损坏，以此提高其的使用寿命；第一圆盘2.1和或第二圆盘2.11的材料为聚乙烯或聚氯乙烯PVC或聚对苯二甲酸乙二酯PET，基于聚乙烯或聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯具有壁面光滑，流体阻力小，耐冲击强度高的特点，以此减少第一小球2.2或第二小球2.11沿各自圆盘2.1内壁旋转的阻力，避免阻力对旋转速度的影响，以此确保检测的精度。此外，第一圆盘2.1和或第二圆盘2.11还设置有侧壁，防止第一小球2.2和或第二小球2.21在旋转时发生脱落。在本方案中，还包括用于带动物件夹紧座3.13在垂直于球面形基板1.2中轴线的平面内移动的待检测物件移动模块3，以实现超声发射模块1对待检测物件3.15表面的任意位置的检测，确保检测无死角，提高检测的全面性，其结构可以参照图1和图3所示。当然，待检测物件移动模块3可以通过系统控制显示模块4的控制，再协同平整度检测模块2的实时检测，以实现待检测物件3.15表面在任何位置的自动检测。具体地，待检测物件移动模块3包括Y轴移动平台和X轴移动平台，其结构可以参照图3所示；X轴移动平台设置于Y轴移动平台；物件夹紧座3.13设置于X轴移动平台；XY轴移动平台通过步进电机驱动，待检测物件被固定于待检测物件移动模块上，通过系统控制显示模块4控制XY轴步进电机，实现物件在XY平面内的移动。Y轴移动平台包括Y轴驱动底板3.5、Y轴步进电机3.1和Y轴丝杠组件；Y轴步进电机3.1连接于Y轴丝杠组件，以实现Y轴步进电机3.1带动Y轴丝杠3.3的转动；Y轴丝杠组件设置于Y轴驱动底板3.5；Y轴丝杠组件利用Y轴步进电机3.1的回转运动转化为自身内部的直线运行，以实现带动Y轴驱动底板3.5作上下直线运动。X轴移动平台包括X轴步进电机3.6、X轴丝杠支撑3.10和X轴丝杠组件；X轴步进电机3.6和X轴丝杠支撑3.10均固定于Y轴驱动底板3.5，使得X轴移动平台叠加于Y轴移动平台，以实现带检测物件在XY平面的任意移动；X轴步进电机3.6连接于X轴丝杠组件；X轴丝杠组件设置于物件夹紧座3.13。X轴丝杠组件利用X轴步进电机3.1的回转运动转化为自身内部的直线运行，以实现带动物件夹紧座3.13作左右直线运动。在本方案中，待检测物件移动模块3采用步进电机控制丝杠的配合以实现移动，具有精准移动的特点。此外，所述X轴移动平台还包括X轴导向杆3.12和X轴导向杆支撑3.11，其结构可以参照图3所示。X轴导向杆支撑3.11固定于Y轴驱动底板3.5。X轴导向杆3.12穿插于物件夹紧座3.13，X轴导向杆3.12的两端分别设置有X轴导向杆支撑3.11，上述结构的设置对于物件夹紧座3.15起到了支撑和导向的作用，从而确保物件夹紧座在X轴方向的移动的平稳和精确。另外，本方案中还包括设置于物件夹紧座3.13的物件夹紧旋钮3.14，物件夹紧旋钮3.14用于固定待检测物件3.15。其中，物件夹紧旋钮3.14与物件夹紧座3.15为螺纹配合，通过调节物件夹紧旋钮3.14，可以保证待检测物件3.15被牢牢固定在物件夹紧座3.13上。另外，物件夹紧座3.13的夹持结构为可调节式，以适应不同大小的待检测物件3.15的安装。下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：为了提高检测物件平整度的精确、效率和抗干扰能力，本发明提出了一种超声阵列检测物件平整度的测量装置，包括：超声发射模块1，平整度检测模块2，待检测物件移动模块3及系统控制显示模块4。超声发射模块1固定于待检测物件移动模块3的正前方，平整度检测模块2固定于超声发射模块1的左前方，平整度检测模块2的第一光电传感器2.3与系统控制显示模块相连接，第一光电传感器2.3将检测到的数据通过系统控制显示模块4的PC端处理并实时的显示在PC端显示屏上。其中，超声发射模块1由多个超声传感器1.1，球面形基板1.2，支撑板1.3，支撑座1.4构成，通过电压激励超声换能器发射高频声波，经待检测物件3.15表面反射驱动聚苯乙烯小球旋转。其中，平整度检测模块2主要用于检测通过物件表面反射过来的力的大小。约束在第一圆盘2.1中的第一小球2.2在受到力的作用后，绕着圆柱形壁面进行旋转，通过第一光电传感器2.3检测，将检测到的信号发送给PC端处理并显示：通过统计规定时间内第一小球2.2旋转的次数，进而计算出第一小球2.2的旋转速度。再通过比较旋转速度是否在允许误差范围内来判定该物件的平整度是否合格。第一光电传感器2.3嵌入在第一圆盘2.1上，当第一光电传感器2.3检测到第一小球2.2旋转经过时，产生一个信号并将数据传送到PC端。待检测物件移动模块3主要用于待检测物件在平面内任意位置的移动。通过调节X轴移动平台、Y轴移动平台，可以实现超声发射模块1对物件表面任意位置的检测。系统控制显示模块4，通过对待检测物件3.15不同位置的检测，将测得的数据进行处理，并通过PC端实时显示出来。下面结合图1-图4对本方案的具体实施例1作介绍：图1是本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度装置的三维结构示意图，包括：超声波发射模块1，平整度检测模块2，待检测物件移动模块3及系统控制显示模块4。平整度检测模块2，可以把对物件平整度的测量，转化为第一圆盘2.1中第一小球2.2的旋转速度，并通过系统控制显示模块4进行显示。平整度检测模块2固定于超声波阵列左前方，检测物件时，通过缓慢移动待检测物件移动模块3，比较不同位置处第一小球2.2的旋转速度，检测出物件的平整度。通过调节平整度检测模块2相对于超声波阵列轴线的相对位置，可以改变第一小球2.2受力，实现检测精度调节。在本实施例中，超声发射模块1控制每个超声传感器1.1发射相同频率的声波，发射的声波经过待检测物件3.15表面反射作用到第一圆盘2.1内的第一小球2.2上，驱动第一小球2.2旋转。第一圆盘2.1壁面上嵌有第一光电传感器2.3，可以记录第一小球2.2在单位时间内经过的次数，经过数据处理，转换成第一小球2.2的旋转速度。平整度检测模块2可以沿垂直于超声发射模块1的轴线方向移动，通过移动第一圆盘2.1的位置，改变第一小球2.2的受力，从而实现检测精度的调节。通过调节X轴移动平台、Y轴移动平台，可以实现超声发射模块1对物件表面任意位置的检测。本实施例通过控制XY轴方向步进电机的转动，对待检测物件3.15进行移动，使得超声发射模块1发射的声波能作用到待检测物件3.15的每一个位置。在对待检测物件3.15移动的过程中，第一光电传感器2.3实时对第一小球2.2旋转次数进行记录，并对数据进行处理，判断是否超出允许误差范围，最后通过PC端进行显示。图2是本发明实施例提供的超声发射模块的结构示意图。超声发射模块1由36个超声传感器1.1，球面形基板1.2，支撑板1.3支撑座1.4构成，通过电压激励超声换能器发射高频声波，采用球形基板，能够使声波更好的聚集，减少能量的损失。第一圆盘2.1放置在超声发射模块1前端。可以沿垂直于超声发射模块1的轴线方向移动。达到调节受力的目的。图3是本发明实施例提供的待检测物件移动模块的结构示意图。通过调节X轴移动平台、Y轴移动平台，可以实现超声发射模块1对物件表面任意位置的检测。移动平台由：Y轴步进电机3.1，Y轴丝杠电机联轴器3.2，Y轴丝杠3.3，Y轴滚珠丝杠3.4，Y轴驱动底板3.5，X轴步进电机3.6，X轴丝杠电机联轴器3.7，X轴丝杠3.8，X轴滚珠丝杠3.9，X轴丝杠支撑3.10，X轴导向杆支撑3.11，X轴导向杆3.12，物件夹紧座3.13，物件夹紧旋钮3.14组成。Y轴步进电机3.1采用双电机同时驱动，保证了垂直方向移动的平稳性。Y轴步进电机3.1通过Y轴丝杠电机联轴器3.2驱动Y轴丝杠3.3转动，Y轴丝杠3.3通过和固定于Y轴驱动底板3.5的Y轴滚珠丝杠3.4相互作用，驱动Y轴驱动底板3.5的上下移动。X轴步进电机3.6，X轴丝杠电机联轴器3.7，X轴丝杠3.8，X轴滚珠丝杠3.9，X轴丝杠支撑3.10，X轴导向杆支撑3.11，X轴导向杆3.12，物件夹紧座3.13，物件夹紧旋钮3.14均固定于Y轴驱动底板3.5上，X轴步进电机3.6通过X轴丝杠电机联轴器3.7和X轴丝杠3.8相连，X轴滚珠丝杠3.9固定于物件夹紧座3.13上，通过X轴丝杠3.8和X轴滚珠丝杠3.9的相互作用驱动物件夹紧座3.13在X方向上移动。X轴导向杆3.12穿过物件夹紧座3.13，它的两端通过X轴导向杆支撑3.12来支撑固定。它的作用是保证物件夹紧座3.13在X轴方向移动的平稳和精确。物件夹紧旋钮3.14表面的螺纹和物件夹紧座3.13上的螺纹形成螺纹副，通过调节物件夹紧旋钮3.14，可以保证待检测物件3.15被牢牢固定在物件夹紧座3.13上。图4是本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度的测量装置的检测原理示意图。超声发射模块1发射的声波经过待检测物件3.15表面，反射到平整度检测模块2的第一圆盘2.1内，作用到第一小球2.2上，带动第一小球2.2不停旋转。通过调节第一圆盘2.1相对于超声发射模块1轴线的距离，可以改变第一圆盘2.1内第一小球2.2的受力大小，实现检测精度的调节。图5是本发明实施例提供的双平整度检测模块的检测原理示意图。超声发射模块1发射的声波经过待检测物件3.15表面，反射到平整度检测模块2的第一圆盘2.1内，作用到第一小球2.2上，带动第一小球2.2不停旋转。由于超声发射模块1中超声传感器1.1的放置方位是对称的，因此在经过待检测物件3.15表面反射后，超声发射模块1轴线两侧均会产生作用力，当待检测物件3.15表面平整时，驱动力的大小相同，方向相反，因此，两个圆盘内的第一小球2.2和第二小球2.21以相同速度相反方向不停旋转。通过分析两个圆盘内第一小球2.2和第二小球2.21旋转的速度，超出两个小球速度之差的绝对值所允许的范围时，该物件的平整度直接被判定为不合格。当两个小球速度之差的绝对值在允许的范围之内时，继续进一步判断待检测物件3.15是否为倾斜设置，具体操作过程可参见对应的方法的实施例。该方法可以快速确定平整度不合格的待检测物件，以此提高检测效率。本发明实施例还提供了一种超声阵列检测物件平整度的测量方法，采用如上的检测装置，如图4和图8所示，包括：步骤S1、超声发射模块1向待检测物件3.15发射声波；步骤S2、第一光电传感器2.3检测第一小球2.2沿第一圆盘2.1内壁旋转的圈数，并将检测到的数据发送至系统控制显示模块；步骤S3、控制待检测物件移动模块3带动所述待检测物件3.15进行若干次同方向、同距离的移动，并在每次移动后重复所述步骤S1和S2；需要说明的是，检测完第一小球2.2在第一检测位置的旋转圈数后，并移动待检测物件3.15，以实现对第一小球2.2在多个检测位置的旋转圈数的检测。步骤S4、所述系统控制显示模块4根据所述第一光电传感器2.3的测到数据得到所述第一小球2.2的旋转速度，并判断所述第一小球2.2在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是否在第一预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。需要说明的是，当检测第一小球2.2在某个检测位置与其上一个检测位置的转速的差值不在第一预设平整度误差允许范围内，则直接判定平整度不合格，并结束检测过程，无需再进行下一个位置的检测。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度的测量方法，通过超声发射模块向待检测物件发射超声波，第一小球在经待检测物件表面的反射超声波产生的作用力的驱动下，能够沿着第一圆盘的内壁旋转。再采用第一光电传感器检测第一小球在第一圆盘内旋转的圈数，并将检测到的数据发送至系统控制显示模块处理得到第一小球的旋转速度。根据第一小球在不同检测位置的检测数据，判断第一小球在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是否在第一预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。由于第一小球的旋转速度不受环境温度波动的影响，有效避免了环境温度对其产生检测干扰，从而提高了超声检测的精度。在本实施例中，如图6所示，所述步骤S4还包括：在系统控制显示模块4判断第一小球2.2在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是在第一预设平整度误差允许范围内时，系统控制显示模块4还计算第一小球2.2分别在第一次检测位置和第N次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第一速度差绝对值；和计算第一小球2.2分别在第一次检测位置和第N+1次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第二速度差绝对值；并计算所述第一速度差绝对值和所述第二速度差绝对值的差值的绝对值，记为第三速度差绝对值；且判断所述第三速度差绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。其中，N等于或大于2。需要说明的是，基于初步判断第一小球2.2在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值在第一预设平整度误差允许范围内的情况下，再进一步深入判断，即为先计算第一小球2.2在第N+1次检测位置和第N次检测位置分别与第一次检测位置的转速的差值的绝对值，再判断两者绝对值的差值的绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。通过上述两次判断，则可避免因待检测表面平整但呈现一定的倾斜角度的情况的发生，以此提高检测的精度。本发明实施例还提供了另一种超声阵列检测物件平整度的测量方法，采用如上的检测装置，如图5所示，包括：步骤S1、超声发射模块1向待检测物件3.15发射声波；步骤S2、第一光电传感器2.3检测第一小球2.2沿第一圆盘2.1内壁旋转的圈数，第二光电传感器2.31检测第二小球2.21沿第二圆盘2.11内壁旋转的圈数，并将检测到的数据均发送至系统控制显示模块4；步骤S3、系统控制显示模块4根据第一光电传感器2.3和第二光电传感器2.31的测到数据分别对应得到第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度，并判断第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值是否在第三预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的超声阵列检测物件平整度的测量方法中，通过计算第一小球和第二小球在同一个检测位置的旋转速度的差值的绝对值，则可快速判断出待检测物件的平整度是否合格，在保证检测精度的基础上提高了检测的效率。在本实施例中，上述测量方法还包括：步骤S4、控制待检测物件移动模块3带动待检测物件3.15进行若干次同方向、同距离的移动，并在每次移动后重复所述步骤S1-S3，若各个检测位置的第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内，则整体平整度合格；否则，整体平整度不合格。需要说明的是，采用待检测物件移动模块3带动待检测物件3.15做定量移动，使得第一小球和第二小球同时对待检测物件在不同位置的检测。通过判断在各个检测位置的第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值是否在第三预设平整度误差允许范围内，以实现第一小球2.2和第二小球2.21对不同检测位置的平整度的检测，以此提高检测的全面性。为了进一步优化上述的技术方案，所述步骤S4还包括：在各个检测位置的第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内时，系统控制显示模块4还计算第一小球2.2或第二小球2.21分别在第一次检测位置和第N次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第一速度差绝对值；和计算第一小球2.2或第二小球2.21分别在第一次检测位置和第N+1次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第二速度差绝对值；并计算所述第一速度差绝对值和所述第二速度差绝对值的差值的绝对值，记为第三速度差绝对值；且判断所述第三速度差绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则整体平整度合格；若否，则整体平整度不合格。需要说明的是，基于初步判断在各个检测位置的第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内的情况下，再进一步深入判断。即为先分别计算第一小球2.2或第二小球2.21在第一次检测位置与第N次检测位置的转速的差值的绝对值，和第一小球2.2或第二小球2.21在第一次检测位置与第N+1次检测位置的转速的差值的绝对值，再判断两者绝对值的差值的绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。通过上述两次判断，则可避免因待检测表面平整但呈现一定的倾斜角度的情况的发生，以此提高检测的精度。下面再结合具体实施例对本方案中的检测方法作进一步介绍：如图6和图7所示，比如在第一检测位置0，0的第一小球的旋转速度为1；在第二检测位置0，1的第一小球的旋转速度为0.9；在第三检测位置0，2的第一小球的旋转速度为0.8。第一预设平整度误差允许范围为0～0.15，第二预设平整度误差允许范围内为0～0.02其它检测位置分别与第一检测位置的速度的差值的绝对值的差值的绝对值。第一小球在第一检测位置0，0与第二检测位置0，1的转速的差值的绝对值为0.1，在第一预设平整度误差允许范围内；第一小球在第二检测位置0，1与第三检测位置0，2的转速的差值的绝对值为0.1，同样也在第一预设平整度误差允许范围内；但比较第一小球在第一检测位置0，0与第二检测位置0，1的转速的差值的绝对值，和第一小球在第一检测位置0，0与第三检测位置0，2的转速的差值的绝对值，并计算两者绝对值的差值的绝对值为0.1，该值大于第二预设平整度误差允许范围，则判定该位置的平整度超出误差允许范围，进而判定待检测物件的平整度不合格。因此，从第三检测位置开始，待检测物件的平整度在符合第一预设平整度误差允许范围的情况下，仍需要进行判断是否在第二预设平整度误差允许范围内，防止待检测物件表面虽然平整但是整体倾斜一个角度，且该角度产生的速度差在误差允许范围内。下面再结合图8对本方案中的检测方法作进一步介绍：图8是本发明实施例提供的一种超声阵列检测物件平整度的测量装置的检测流程图。超声发射模块向待检测物件发射声波，声波经待检测物件反射后，作用到平整度检测模块带有侧壁的圆盘内的聚苯乙烯小球上，驱动聚苯乙烯小球旋转，光电传感器检测计数并将数据发送到PC端进行分析处理，再由PC机检测控制平台移动模块中X轴Y轴步进电机的工作，进而驱动待检测物件在平面内的移动。为了更好地理解本发明，下面结合图5对本方案的具体实施例2作介绍：超声发射模块1发射的声波经过待检测物件3.15发射后，反射并作用到两个平整度检测模块中的第一圆盘2.1内的第一小球2.2，以及第二圆盘2.11内的第二小球2.21上，此时会有两种情况，分为平整情况和不平整情况。其中，平整情况又可以分为两种情况：情况一：待检测物件3.15的表面平整，则两个小球的受力大小相等，方向相反，发射声波驱动第一小球2.2和第二小球2.21以相同速度相反方向进行旋转，将两个采集数据进行差值处理，将更加高效得到结果。情况二：待检测物件3.15表面平整但是呈一定的倾斜角度且在误差允许范围内，这时，仅通过比较第一小球2.2和第二小球2.21的速度差不能判断平整度是否合格，需要进一步判断当前检测位置和第一检测位置的速度差的绝对值，和上一个检测位置与第一检测位置的速度差的绝对值的差的绝对值是否在误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。另外，不平整情况介绍如下：待检测物件3.15表面有小的凸起或凹坑。此处以凸起为例进行举例。当检测点位于待检测物件3.15平面和凸起的边界处时，声波反射的方向因为突变的界面而变化较大，此时，第一圆盘2.1内的第一小球2.2和第二圆盘2.11内的第二小球2.21的受力将会有很大的差别，因此，第一小球2.2和第二小球2.21的旋转速度会差别很大，超出物件平整度允许的误差范围，检验不合格。综上，本发明实施例公开了一种超声阵列检测物件平整度的测量方法与装置，属于检测领域。包括超声发射模块，平整度检测模块，待检测物件移动模块及系统控制显示模块。平整度检测模块，可以把对物件平整度的测量，转化为圆盘中小球旋转的速度，并通过系统控制显示模块进行计数显示。平整度检测模块固定于超声波阵列左前方，检测物件时，通过缓慢移动待检测物件，比较不同位置处小球旋转的次数，可以检测物件的平整度。通过调节平整度检测模块相对于超声波阵列轴线的相对位置，可以改变小球受力，实现检测精度调节。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

权利要求：1.一种超声阵列检测物件平整度的测量装置，其特征在于，包括：超声发射模块1、平整度检测模块2、物件夹紧座3.13和系统控制显示模块4；所述平整度检测模块2包括：设置于所述超声发射模块1的反射侧的第一圆盘2.1；放置于所述第一圆盘2.1内的第一小球2.2；设置于所述第一圆盘2.1，用于检测所述第一小球2.2沿所述第一圆盘2.1内壁旋转的圈数的第一光电传感器2.3，所述第一光电传感器2.3通讯连接于所述系统控制显示模块4。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述超声发射模块1包括：球面形基板1.2和多个超声传感器1.1；多个所述超声传感器1.1均匀分布于所述球面形基板1.2的凹面。3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一圆盘2.1设置于所述球面形基板1.2中轴线的一侧；所述平整度检测模块2还包括：设置于所述球面形基板1.2中轴线的另一侧的第二圆盘2.11；放置于所述第二圆盘2.11内的第二小球2.21；设置于所述第二圆盘2.11，用于检测所述第二小球2.21沿所述第二圆盘2.11内壁旋转的圈数的第二光电传感器2.31，所述第二光电传感器2.31通讯连接于所述系统控制显示模块4。4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述第一小球2.2和或第二小球2.21的材料为聚苯乙烯；所述第一圆盘2.1和或第二圆盘2.11的材料为聚乙烯或聚氯乙烯或聚对苯二甲酸乙二酯。5.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，还包括：用于带动所述物件夹紧座3.13在垂直于所述球面形基板1.2中轴线的平面内移动的待检测物件移动模块3。6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，所述待检测物件移动模块3包括Y轴移动平台和X轴移动平台；所述X轴移动平台设置于所述Y轴移动平台；所述物件夹紧座3.13设置于所述X轴移动平台；所述Y轴移动平台包括Y轴驱动底板3.5、Y轴步进电机3.1和Y轴丝杠组件；所述Y轴步进电机3.1连接于所述Y轴丝杠组件；所述Y轴丝杠组件设置于所述Y轴驱动底板3.5；所述X轴移动平台包括X轴步进电机3.6、X轴丝杠支撑3.10和X轴丝杠组件；所述X轴步进电机3.6和所述X轴丝杠支撑3.10均固定于所述Y轴驱动底板3.5；所述X轴步进电机3.6连接于所述X轴丝杠组件；所述X轴丝杠组件设置于所述物件夹紧座3.13。7.一种超声阵列检测物件平整度的测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的测量装置，包括：步骤S1、超声发射模块1向待检测物件3.15发射声波；步骤S2、第一光电传感器2.3检测第一小球2.2沿第一圆盘2.1内壁旋转的圈数，并将检测到的数据发送至系统控制显示模块4；步骤S3、控制待检测物件移动模块3带动所述待检测物件3.15进行若干次同方向、同距离的移动，并在每次移动后重复所述步骤S1和S2；步骤S4、所述系统控制显示模块4根据所述第一光电传感器2.3的测到数据得到所述第一小球2.2的旋转速度，并判断所述第一小球2.2在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是否在第一预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：在所述系统控制显示模块4判断所述第一小球2.2在相邻两个检测位置的旋转速度的差值的绝对值是在第一预设平整度误差允许范围内时，所述系统控制显示模块4还计算所述第一小球2.2分别在第一次检测位置和第N次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第一速度差绝对值；和计算所述第一小球2.2分别在第一次检测位置和第N+1次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第二速度差绝对值；并计算所述第一速度差绝对值和所述第二速度差绝对值的差值的绝对值，记为第三速度差绝对值；且判断所述第三速度差绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。9.一种超声阵列检测物件平整度的测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的测量装置，包括：步骤S1、超声发射模块1向待检测物件3.15发射声波；步骤S2、第一光电传感器2.3检测第一小球2.2沿第一圆盘2.1内壁旋转的圈数，第二光电传感器2.31检测第二小球2.21沿第二圆盘2.11内壁旋转的圈数，并均将检测到的数据发送至系统控制显示模块4；步骤S3、所述系统控制显示模块4根据所述第一光电传感器2.3和第二光电传感器2.31的测到数据分别对应得到所述第一小球2.2和所述第二小球2.21的旋转速度，并判断所述第一小球2.2和所述第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值是否在第三预设平整度误差允许范围内，若是，则平整度合格；若否，则平整度不合格。10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，还包括：步骤S4、控制待检测物件移动模块3带动所述待检测物件3.15进行若干次同方向、同距离的移动，并在每次移动后重复所述步骤S1-S3，若各个检测位置的所述第一小球2.2和所述第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内，则整体平整度合格；否则，整体平整度不合格。11.根据权利要求10所述的测量方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：在各个检测位置的所述第一小球2.2和所述第二小球2.21的旋转速度的差值的绝对值均在所述第三预设平整度误差允许范围内时，所述系统控制显示模块4还计算所述第一小球2.2或所述第二小球2.21分别在第一次检测位置和第N次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第一速度差绝对值；和计算所述第一小球2.2或所述第二小球2.21分别在第一次检测位置和第N+1次检测位置的旋转速度的差值的绝对值，记为第二速度差绝对值；并计算所述第一速度差绝对值和所述第二速度差绝对值的差值的绝对值，记为第三速度差绝对值；且判断所述第三速度差绝对值是否在第二预设平整度误差允许范围内，若是，则整体平整度合格；若否，则整体平整度不合格。

百度查询： 中国科学技术大学 一种超声阵列检测物件平整度的测量方法与装置

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