基于虚拟仪器的压延机在线测厚系统

　　压延机是橡胶、塑料行业中广泛应用的成型机械，广泛用于塑料薄膜、胶带、胶布、地板革等产品的生产.产品厚度的准确性和稳定性是衡量压延机性能的重要指标，该指标不合格不仅影响产品质量，而且会造成原材料大量浪费.因此在线测厚装置已成为压延机生产中不可缺少的重要部分[1].目前工业现场应用的测厚方法主要有基于百分表、千分尺等手动测量　　工具的人工测量方法，或射线式测厚法和电容式测厚法等[2—4].人工测量方法测量效率低，测量点少，很难全面考察产品的厚度分布情况;射线式测厚仪成本高，维修困难，而且辐射材料可能对人体产生不良影响;电容式测厚仪稳定性较差，当产品材料发生改变或温度、湿度等环境因素发生改变时，会严重影响其测量的准确性.

　　本文提出了一种基于虚拟仪器的压延机在线测厚系统，结合 USB、RS485 串行通讯技术和单片机技术构建了分布式自动测厚系统.采用基于线阵 CCD的光学投影法对厚度进行测量，精度高、稳定性好、抗干扰能力强，成功实现了压延机产品的在线厚度测量.

　　1 测量原理

　　基于线阵 CCD 传感器的光学投影测厚原理如图1 所示.厚度为 h 的被测产品紧密贴覆在压延机生产线上的滚轮表面.一束平行光自左向右照射到滚轮右侧的透镜，成像于线阵 CCD 光敏面上的 AB 范围内.产品厚度 h 的获取需经 2 个步骤：首先，用平行光直接照射未贴覆产品的滚轮，记录平行光在 CCD光敏面上的成像范围，即如图 1 中 AC 所示.然后让平行光照射贴覆有被测薄片产品的滚轮，此时线阵CCD 上的成像范围改变为 AB;AB 与 AC 间像元数差值即反映被测产品的厚度 h.设图 1 中光学成像系统的放大倍率为β，BC 间像元数为 N，像元中心距为 d，则被测薄片厚度为

　　为保证被测产品边缘成像清晰、稳定，在实际光学系统中采用基于双分离消色差透镜的准直、成像系统，光源采用高亮度 LED 冷光源.

　　2 系统组成

　　压延机在线测厚系统如图 2 所示.基于 CCD 传感器的测头安装在滚动导轨的滑块上，滑块通过弹性连接与滚珠丝杠相连.伺服电机驱动滚珠丝杠使测头在x方向作往复运动，测量产品在x方向的厚度分布.滚轮由变频电机驱动，控制产品在 y 方向的运行.测量时，由计算机控制伺服电机的运行状态，同时记录CCD 传感器测得的产品厚度值以及当前厚度值的 x，y 位置坐标.

　　由上可见，压延机在线测厚系统为现场分布式测控系统.在系统总体设计中，引入虚拟仪器设计思想，采用 USB、RS485 总线通讯方式将各个模块连接起来组成虚拟仪器测控系统;在各个模块的局部设计中应用单片机技术，构建功能相对独立，又能与主计算机进行交互通讯的智能信息处理单元.下面对各个模块的具体设计进行介绍.