一种薄片砂轮自动检测与分拣方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种薄片砂轮自动检测与分拣装置及方法，装置包括依次排布的循环送料机构、送料转运机构、检测机构、出料转运机构和循环出料机构，以及用于数据采集的数据采集卡和用于处理数据的工控机；所述的检测机构包括检测工位和位移传感器组；所述的检测工位包括圆盘底座和伺服电机、环状真空吸盘、检测辅助块，位移传感器组包括2D激光位移传感器和点激光位移传感器；本方法实现循环送料、检测、处理、分捡和出料，过程衔接连贯，自动化程度高；一次性检测薄片砂轮的厚度、环宽、表面粗糙度，检测项目广泛，大大提高了检测效率。

Method and device for automatic detection and sorting of thin grinding wheel

The invention discloses an automatic detection and sorting device and method for a thin slice of sand wheel. The device includes a circulating feeding mechanism, a feed transfer mechanism, a detection mechanism, a feed transfer mechanism and a circulating feeding mechanism, as well as a data acquisition card for data acquisition, and an industrial control machine for data processing. The detection station consists of a detection station and a displacement sensor group, which includes a disc base and a servo motor, a annular vacuum sucker and a detection auxiliary block. The displacement sensor group includes a 2D laser displacement sensor and a point laser displacement sensor. This method realizes the cycle feeding, detection, processing, sorting and discharging, and the process connection is connected. Through, high degree of automation; one-time detection of thin-section grinding wheel thickness, ring width, surface roughness, a wide range of detection items, greatly improving the detection efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种薄片砂轮自动检测与分拣方法及装置
本专利技术涉及超硬材料磨具检测领域，尤其涉及一种薄片砂轮自动检测与分拣方法及装置。
技术介绍
目前，薄片砂轮作为工业生产的工具之一，在众多领域的金属、非金属材料切割、修磨方面，发挥着重要作用。薄片砂轮的技术要求中，厚度的偏差和表面粗糙程度直接影响加工精度和质量。近年来，随着微电子技术、微加工技术的快速发展，以集成电路(IC)为代表的电子关键元器件的精密切割用超硬材料薄片砂轮厚度越来越薄，厚度的偏差也成为必检的关键技术指标之一。现有的薄片件的厚度检测方法主要有机械接触式和非接触式两种。机械接触式是采用千分尺等接触式量仪测量薄片件厚度。申请号CN201621200717.1的专利，公开了一种自动测厚仪，采用千分尺接触测量金属、陶瓷等工件，检测过程直接、方便。但该自动测厚仪若针对薄片砂轮，则容易对砂轮造成损坏。而且该自动测厚仪采样频率小，数据量小造成检测结果不全面、不精确，接触式方式还会造成检测效率不高。非接触式主要采用电涡流传感器、超声波测厚仪、激光传感器等测量位移量获得厚度值。申请号为CN201310502732.6的专利，公开了一种采用电涡流法对泡沫塑料测厚的方法，该方法将探头接触被测件表面并施加压力，并增加金属辅助板，极易损坏砂轮和探头，且电涡流非接触测量发采样频率小，检测效率低，只能针对金属件，局限性大。申请号为CN201510431127.3公开了一种超声波测厚仪，但超声测厚受温度、传播介质、检测表面的影响很大，无法适用于表面极其粗糙的薄片砂轮的检测；如中国专利申请CN201710649876.2、中国专利申请CN201520611508.5、中国专利申请CN201621271866.7、中国专利申请CN201310665971.3均公开了激光法测厚的装置，但检测的对象均为太阳能电池片、锂电池极片、密封垫片、晶圆片等材料均质、表面粗糙度小的工件，而激光传感器检测表面极其粗糙、非均质、易变形的薄片砂轮时容易产生噪点干扰，而且检测数据中包含砂轮表面粗糙度信息，不能直接用于厚度计算。薄片砂轮厚度和环宽的检测目前主要采用千分尺或游标卡尺在砂轮对称位置人工测量2～3次，从而得出检测值，不仅容易损伤砂轮，而且在面对一些批量较大的砂轮时，需要耗费大量人力和时间。中国专利申请CN201220631885.1公开了一种砂轮厚度检测装置，但只能对砂轮厚度进行大致判断，不能定量精确测厚，而且仍然需要大量人工操作的工作。目前，针对薄片砂轮表面粗糙度则主要采用手感眼观的方式进行人为定性判断，采用高精度轮廓仪、三维显微镜等方式不仅成本很高，而且检测效率低下。综上所述，目前还没有一种装置或方法能够实现薄片砂轮的厚度、环宽、表面粗糙度一次性的、流水线性质的高准确性自动化检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种薄片砂轮自动检测与分拣装置，能够使得薄片砂轮的检测实现自动上料、检测、分捡，检测项目广泛，对被检砂轮损害小。本专利技术采用的技术方案为：所述装置的薄片砂轮自动检测及分拣方法，包括以下步骤：步骤1：循环送料机构将多片待检测薄片砂轮自动运输至进料指定位置；步骤2：送料转运机构将一片待检测薄片砂轮自进料指定位置转移至检测工位；步骤3:检测工位上设置有检测辅助面，检测工位上方设置有位移传感器组，所述的位移传感器组包括2D激光位移传感器和点激光位移传感器，检测辅助面和薄片砂轮上端面之间的高度差为薄片砂轮厚度；位移传感器组采集待检测薄片砂轮的采样位移数据；2D激光位移传感器发射的线形激光的光斑同时照射在薄片砂轮表面和检测辅助面上，且线形激光覆盖薄片砂轮环宽的范围，线形激光沿砂轮径向通过砂轮的中心；点激光位移传感器发射的点激光的光斑照射在薄片砂轮环的中部；2D激光位移传感器和点激光位移传感器进行扫描采样；2D激光位移传感器对薄片砂轮表面的单次采样位移数据为L个数据点，构成一行数据{y1,y2,…,yL}，对薄片砂轮表面采样一周，构成一组二维数组；点激光位移传感器单次采样位移数据为一个数据点，对薄片砂轮表面采样一周，构成一组一维数组；步骤4:对采样位移数据进行处理，得到薄片砂轮的厚度值、环宽值和表面粗糙度值：数据处理过程如下：步骤4.1：提取2D激光位移传感器采集的二维数组中的轮廓高点：针对二维数组中的一行数据{y1,y2,…,yL}，设置一个宽度K的窗口在该行数据上逐点滑动，获得L-K+1个包含K个数据的数据段{y1,y2,…,yK}，{y2,y3,…,yK+1}，…，{yL-K+1,yL-K+2,…,yL}，每个数据段按降序排列后取前N个数据点，根据公式(1)对所述的N个数据点进行优化平均，得到优化平均值优化平均值作为一个轮廓高点Yi′；优化平均计算公式：式(1)中，为N个数据点的算术平均值，a为N个数据中大于的数据个数，b为N个数据中小于的数据个数，Yi为N个数据中大于或者小于的数据点；从所述二维数组的一行数据{y1,y2,…,yL}中可获得一组轮廓高点数据{Y1′,Y2′,…Yi′…,YL-K+1′}；步骤4.2：针对步骤4.1中获得的轮廓高点进行移动平均计算，采用各移动平均值组成的一行数据组替换步骤4.1中的轮廓高点数据，作为新的轮廓特征点；步骤4.3：根据步骤4.2中获得的轮廓特征点，设定判断条件寻找分布在薄片砂轮上的轮廓特征点以及分布在检测辅助面上的轮廓特征点，划分薄片砂轮区域和检测辅助面区域；分布在薄片砂轮上的轮廓特征点数据应满足条件：位于明显上升沿和明显下降沿特征之间的一段数据，并且该段数据中的每个值均大于步骤4.2中获得的全部轮廓特征点数据的均值；针对步骤4.2中获得的全部轮廓特征点数据，寻找到薄片砂轮区域以后，在其内侧且对应的原始采样数据波动幅度明显小于薄片砂轮区域对应原始数据波动幅度的一段数据即为分布在检测辅助面上的轮廓特征点，即为检测辅助面区域；步骤4.4：薄片砂轮厚度计算：步骤4.3获得的一行数据中分布在薄片砂轮区域上的轮廓特征点的均值减去同一行数据中分布在检测辅助面区域上的轮廓特征点的均值，即为一次采样的砂轮厚度值；将2D激光位移传感器的二维数组中的每行数据均进行步骤4.1-4.4的数据处理，得2D激光位移传感器各次采样的砂轮厚度值；各次采样的砂轮厚度值的平均值作为最终的待检薄片砂轮的厚度值，各次采样的砂轮厚度值的最大偏差作为评价待检薄片砂轮厚度一致性的指标；步骤4.5：薄片砂轮环宽计算；根据步骤4.3分布在薄片砂轮区域上的轮廓特征点的个数以及2D激光位移传感器单次采样的数据间隔，计算出该次采样的砂轮环宽值；将2D激光位移传感器的二维数组中的每行数据均进行步骤4.1-4.3及4.5的数据处理，得各次采样的砂轮环宽值；各次采样的砂轮环宽值的平均值作为最终的待检薄片砂轮的环宽值，各次采样的砂轮环宽值的最大偏差作为评价待检薄片砂轮环宽一致性的指标；步骤4.6：点激光位移传感器的一维数组的中位线拟合：针对点激光位移传感器的一维数组，先采用移动平均法获得均值数据，然后利用最小二乘法对这些均值数据进行曲线拟合，获得中位线；步骤4.7：砂轮表面粗糙度Ra计算：计算点激光位移传感器的一维数组中数据相对于拟合中位线的偏离值，依据公式(2)计算出表征砂轮表面粗糙程度的参数Ra：参数Ra本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于权利要求1所述装置的薄片砂轮自动检测及分拣方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：循环送料机构将多片待检测薄片砂轮自动运输至进料指定位置；步骤2：送料转运机构将一片待检测薄片砂轮自进料指定位置转移至检测工位；步骤3:检测工位上设置有检测辅助面，检测工位上方设置有位移传感器组，所述的位移传感器组包括2D激光位移传感器和点激光位移传感器，检测辅助面和薄片砂轮上端面之间的高度差为薄片砂轮厚度；位移传感器组采集待检测薄片砂轮的采样位移数据；2D激光位移传感器发射的线形激光的光斑同时照射在薄片砂轮表面和检测辅助面上，且线形激光覆盖薄片砂轮环宽的范围，线形激光沿砂轮径向通过砂轮的中心；点激光位移传感器发射的点激光的光斑照射在薄片砂轮环的中部；2D激光位移传感器和点激光位移传感器进行扫描采样；2D激光位移传感器对薄片砂轮表面的单次采样位移数据为L个数据点，构成一行数据{y1,y2,…,yL}，对薄片砂轮表面采样一周，构成一组二维数组；点激光位移传感器单次采样位移数据为一个数据点，对薄片砂轮表面采样一周，构成一组一维数组；步骤4:对采样位移数据进行处理，得到薄片砂轮的厚度值、环宽值和表面粗糙度值：数据处理过程如下：步骤4.1：提取2D激光位移传感器采集的二维数组中的轮廓高点：针对二维数组中的一行数据{y1,y2,…,yL}，设置一个宽度K的窗口在该行数据上逐点滑动，获得L‑K+1个包含K个数据的数据段{y1,y2,…,yK}，{y2,y3,…,yK+1}，…，{yL‑K+1,yL‑K+2,…,yL}，每个数据段按降序排列后取前N个数据点，根据公式(1)对所述的N个数据点进行优化平均，得到优化平均值...

【技术特征摘要】
1.一种基于权利要求1所述装置的薄片砂轮自动检测及分拣方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：循环送料机构将多片待检测薄片砂轮自动运输至进料指定位置；步骤2：送料转运机构将一片待检测薄片砂轮自进料指定位置转移至检测工位；步骤3:检测工位上设置有检测辅助面，检测工位上方设置有位移传感器组，所述的位移传感器组包括2D激光位移传感器和点激光位移传感器，检测辅助面和薄片砂轮上端面之间的高度差为薄片砂轮厚度；位移传感器组采集待检测薄片砂轮的采样位移数据；2D激光位移传感器发射的线形激光的光斑同时照射在薄片砂轮表面和检测辅助面上，且线形激光覆盖薄片砂轮环宽的范围，线形激光沿砂轮径向通过砂轮的中心；点激光位移传感器发射的点激光的光斑照射在薄片砂轮环的中部；2D激光位移传感器和点激光位移传感器进行扫描采样；2D激光位移传感器对薄片砂轮表面的单次采样位移数据为L个数据点，构成一行数据{y1,y2,…,yL}，对薄片砂轮表面采样一周，构成一组二维数组；点激光位移传感器单次采样位移数据为一个数据点，对薄片砂轮表面采样一周，构成一组一维数组；步骤4:对采样位移数据进行处理，得到薄片砂轮的厚度值、环宽值和表面粗糙度值：数据处理过程如下：步骤4.1：提取2D激光位移传感器采集的二维数组中的轮廓高点：针对二维数组中的一行数据{y1,y2,…,yL}，设置一个宽度K的窗口在该行数据上逐点滑动，获得L-K+1个包含K个数据的数据段{y1,y2,…,yK}，{y2,y3,…,yK+1}，…，{yL-K+1,yL-K+2,…,yL}，每个数据段按降序排列后取前N个数据点，根据公式(1)对所述的N个数据点进行优化平均，得到优化平均值优化平均值作为一个轮廓高点Yi′；优化平均计算公式：式(1)中，为N个数据点的算术平均值，a为N个数据中大于的数据个数，b为N个数据中小于的数据个数，Yi为N个数据中大于或者小于的数据点；从所述二维数组的一行数据{y1,y2,…,yL}中可获得一组轮廓高点数据{Y1′,Y2′,…Yi′…,YL-K+1′}；步骤4.2：针对步骤4.1中获得的轮廓高点进行移动平均计算，采用各移动平均值组成的一行数据组替换步骤4.1中的轮廓高点数据，作为新的轮廓特征点；步骤4.3：根据步骤4.2中获得的轮廓特征点，设定判断条件寻找分布在薄片砂轮上的轮廓特征点以及分布在检测辅助面上的轮廓特征点，划分薄片砂轮区域和检测辅助面区域；分布在薄片砂轮上的轮廓特征点数据应满足条件：位于明显上升沿和明显下降沿特征之间的一段数据，并且该段数据中的每个值均大于步骤4.2中获得的全部轮廓特征点数据的均值；针对步骤4.2中获得的全部轮廓特征点数据，寻找到薄片砂轮区域以后，在其内侧且对应的原始采样数据波动幅度明显小于薄片砂轮区域对应原始数据波动幅度的一段数据即为分布在检测辅助面上的轮廓特征点，即为检测辅助面区域；步骤4.4：薄片砂轮厚度计算：步骤4.3获得的一行数据中分布在薄片砂轮区域上的轮廓特征点的均值减去同一行数据中分布在检测辅助面区域上的轮廓特征点的均值，即为一次采样的砂轮厚度值；将2D激光位移传感器的二维数组中的每行数据均进行步骤4.1-4.4的数据处理，得2D激光位移传感器各次采样的砂轮厚度值；各次采样的砂轮厚度值的平均值作为最终的待检薄片砂轮的厚度值，各次采样的砂轮厚度值的最大偏差作为评价待检薄片砂轮厚度一致性的指标；步骤4.5：薄片砂轮环宽计算；根据步骤4.3分布在薄片砂轮区域上的轮廓特征点的个数以及2D激光位移传感器单次采样的数据间隔，计算出该次采样的砂轮环宽值；将2D激光位移传感器的二维数组中的每行数据均进行步骤4.1-4.3及4.5的数据处理，得各次采样的砂轮环宽值；各次采样的砂轮环宽值的平均值作为最终的待检...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建辉，师超钰，闫宁，赵延军，杜晓旭，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41