电容式塑料制品扫描检测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及利用电容式传感器对高分子(塑料)制品进行检测的系统，包括可定位于设定空间任意一点的运动单元、用于扫描检测的电容器和接收转换信号的电容测量单元，其中运动单元的定位点设置有移动极板作为电容器的一极，与移动极板相对的方向设置有底座作为另一极，两极之间设置有检测空位，移动极板和底座分别设置有与电容测量单元相连的导线，实现了对塑料制品内部缺陷的无接触检测，克服了人工检测的误差和接触式检测对产品的损害，检测灵敏度高；电容式传感器配合运动单元对塑料制品进行自动扫描，实现了对产品的规格尺寸、内部一致性及不同产品间一致性的检测，检测结果的连续性强；同时由于运动单元可以实现自动扫描，节约了人力成本。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及自动检测技术，更具体地，涉及到利用电容传感器对塑料制品进行扫描检测的系统。
技术介绍
塑料(高分子)制品一出现就以其低廉的价格在工业上得到广泛的应用，随着制造工艺的进步和性能的不断增强，塑料制品在很多领域甚至已经取代了传统的金属材料， 由于其生产数量极大，对于塑料制品的生产厂家来说，如何快速而有效地对成品进行检测是一个很普遍的问题，一般情况下，塑料制品的检测主要包括外观规格是否合格、产品内部是否有缺陷，其中前者影响产品的美观程度，后者主要影响产品的力学性能。目前人们对塑料制品的检测方法主要有以下两种一是人工检测，即采用手工和肉眼检察的方法对塑料制品进行检测，如使用游标卡尺或者米尺测量产品的规格大小，或者通过肉眼检测塑料产品表面是否有缺陷，如划痕、 凹坑等，不过由于主观因素的影响，不同的人对同一制品的检测结果可能不同，同一个人在不同时间对同一产品的检测的结果也可能不同，所以这种方法具有很高的不确定性；同时， 对于不透明的材料，如果想要通过人工目测来实现对产品内部是否有气泡，塑封芯片的位置是否正确的检测，这几乎是不可能实现的。第二种方式是设备检测，作为对前一种方法的补充，用户往往使用设备来获得靠人工检测无法完成的数据，如利用已有的检测设备对产品进行拉伸、压缩、弯曲、剪切、加温老化等实验，通过分析得到产品的力学性能状况、耐温性能。不过这种方法通常需要专业的仪器设备和专业的人才，检测成本较高，同时这些方法大部分需要接触到产品，甚至破坏产品才能得到相关信息，使用范围有限。当然，工业上也有利用视觉分析，超声波探伤的等非接触方法进行检测的系统，不过视觉系统也不能检测塑料制品内部的缺陷，超声波对面积型缺陷的检出率较高，但对体积型缺陷的检出率较低，只适宜检测厚度较大的工件，对检测物体的材质、晶粒度有一定要求，且定量精度不高，检测结果无直接见证记录。目前暂无利用电容传感器专门对塑料制品的各项特征进行检测的设备。
技术实现思路
本技术的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种电容式塑料制品扫描检测系统，该系统结构简单，检测结果的连续性好，灵敏度高，可以自动对产品的规格尺寸和内部缺陷做出检测，节约大量人力资源成本。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案一种电容式塑料制品扫描检测系统，包括可定位于设定空间任意一点的运动单元、用于扫描检测的电容器和用于接收和转换信号的电容测量单元，所述运动单元的定位点设置有移动极板作为电容器的一个极，与移动极板相对的方向设置有用于放置塑料制品的底座作为电容器的另一极，两极之间设置有检测空位，所述移动极板和底座分别设置有与电容测量单元相连的导线，所述电容测量单元包括顺序连接的信号转换模块，用于连接电容器两极板引出的导线，并将电容转化为通用模拟量输出；模数转换模块，用于将上述通用模拟量转化为数字信号； 采集模块，用于采集模数转换模块输出的数字信号。进一步地，所述信号转换模块将电容器的电容值转化为通用模拟量的过程中，通用模拟量与电容值呈一一映射关系。作为一种优选实施方式，所述信号转换模块将电容器的电容值转化为通用模拟量的过程中，通用模拟量与电容值呈线性关系。为了实现定位点在空间任意一点的定位，所述运动单元包括相互正交的三条运动轴和用于控制三条运动轴运动状态的控制系统。为了让电容器的两个极板分别与相邻物件相互电气隔离，所述移动极板与运动单元之间设置有绝缘材料，所述底座的四周和底面设置有绝缘材料。进一步地，所述移动极板的材质为金属导体。更进一步地，所述移动极板的材质为不锈钢。再进一步地，所述移动极板下表面与底座上表面相互平行。与现有技术相比，本技术的有益效果在于本技术利用平板式电容传感器作为检测手段，实现了对塑料制品内部缺陷的无接触检测，克服了人工检测的误差和接触式检测对产品的损害，检测灵敏度高；电容式传感器配合运动单元对塑料制品进行自动扫描，实现了对产品的规格尺寸、内部一致性及不同产品间一致性的检测，检测结果的连续性强；同时由于运动单元可以实现自动扫描，节约了人力成本。附图说明图1为本技术所述电容式塑料制品扫描检测系统运动单元结构示意图。图2为本技术所述电容传感器移动极板安装示意图。图3为本技术所述电容测量单元功能示意图。图4为本技术所述电容式塑料制品扫描检测系统扫描过程示意图。图5为本技术所述电容式塑料制品扫描检测系统塑封芯片结构示意图。图6为本技术所述电容式塑料制品扫描检测系统输出信号-行程曲线。图7为本技术所述同一扫描轨迹上不同坐标位置的输出信号对比图。图8为本技术所述不同扫描轨迹上相同坐标位置的输出信号对比图。图中1-运动单元；2-底座；3-定位点；4-移动极板；5-绝缘材料；6_塑料制品(塑料板)；7-1扫描轨迹I ；7-2扫描轨迹II ；7-3扫描轨迹III ；8-芯片；9-螺母；10-接□。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本技术做出进一步说明。实施例1参见图1和图2，本技术所述的电容式塑料制品扫描检测系统包括可定位于设定空间任意一点的运动单元1、用于扫描检测的电容器和用于接收和转换信号的电容测量单元，其中运动单元1的定位点3通过接口 10连接有移动极板4作为电容器的一个极， 移动极板4为金属材质，优选为不锈钢，与移动极板4相对的方向设置有用于放置塑料制品的底座2作为电容器的另一极，底座2也为金属材料，移动极板4的下表面与底座2的上表面平行，两个极板之间设置有检测空位。移动极板4和底座2还分别设置有与电容测量单元相连的导线，为了使该平板电容器的极板与周围环境电气隔离，在移动极板4与定位点3 之间设置有绝缘层5并通过接口 10进行锁定，同时在底座2周围设置有橡胶层，塑料板等绝缘材料。作为定位点3可以定位于设定空间任意一点的一个具体实施例，运动单元1由相互正交的三条运动轴X、Y、Z及其控制系统组成，其中三条运动轴分别配备有用于驱动的步进电机，步进电机的运动由控制系统通过现场总线或其它公知的方式进行控制和协调，在本实施例中，该运动单元1的三条运动轴行程相同。基于以上结构，所述的移动极板4和底座2形成的平板电容器的电容值其中ε为平板电容器之间介质的介电常数，A为两平板间的相对面积，d为两板间的相对距离，以上三个参数中的任意一个改变都会导致平板电容器的电容值发生改变。在本实施例中，由于电容器的移动极板4面积小于固定极板(底座2)的面积且扫描过程中移动极板4均处于底座2的正上方，所以①式中平板电容器的相对面积A即为移动极板4下表面的面积。参见图3，与上述平板电容器的两块极板相连的电容测量单元，用于测量该平板电容器的电容值并对接收信号进行处理，该测量单元内顺序连接有信号转换模块、模数(A/ D)转换模块和采集模块三部分，其中信号转换模块用于连接电容器两极板引出的导线并将上述电容器的电容值转换成通用模拟量输出，该通用模拟量为标准模拟电压或模拟电流， 在特定的电容检测单元中，每一个电容值均对应一个唯一确定的通用模拟量，两者之间呈一一映射关系，模数转换模块信号将该通用模拟量转化成数字量并送给采集模块，采集模块可以对接收到的数字信号进行记录。如
技术介绍
所述，在工业生产中，塑料制品通常需要检测的项目是外观尺寸和产品内部缺陷，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种电容式塑料制品扫描检测系统，包括可定位于设定空间任意一点的运动单元、用于扫描检测的电容器和用于接收和转换信号的电容测量单元，其特征在于，所述运动单元的定位点设置有移动极板作为电容器的一个极，与移动极板相对的方向设置有用于放置塑料制品的底座作为电容器的另一极，两极之间设置有检测空位，所述移动极板和底座分别设置有与电容测量单元相连的导线，所述电容测量单元包括顺序连接的：信号转换模块，用于连接电容器两极板引出的导线，并将电容转化为通用模拟量输出；模数转换模块，用于将上述通用模拟量转化为数字信号；采集模块，用于采集模数转换模块输出的数字信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高福荣，周峰，姚科，
申请(专利权)人：广州市香港科大霍英东研究院，
类型：实用新型
国别省市：81