【中国发明,中国发明授权】光机电在线测控教学创新实验方法
有权-审定授权 中国
- 申请号：
- CN201510120048.0
- 专利权人：
- 常州工学院
- 授权公告日/公开日：
- 2017.03.22
- 专利有效期：
- 2015.03.18-2035.03.18
- 技术分类：
- G09:教育；密码术；显示；广告；印鉴
- 转化方式：
- 转让
- 价值度指数：
-
- 57.0分
- 价格：
- 面议
发布人
朱锡芳
联系人朱锡芳
-
- 13011000141
- 专利信息&法律状态
- 专利自评
- 专利技术文档
- 价值度指数
- 发明人阵容
著录项
- 申请号
- CN201510120048.0
- 申请日
- 20150318
- 公开/公告号
- CN104658364A
- 公开/公告日
- 20150527
- 申请/专利权人
- [常州工学院]
- 发明/设计人
- [陈功, 张龙佳, 许清泉, 杨辉, 朱锡芳, 周祥才, 徐安成, 吴雪芬, 李金正, 张雯, 娄曦璐, 周芝凯]
- 主分类号
- G09B9/00
- IPC分类号
- C12N 9/0008(2013.01) C12N 9/16
- CPC分类号
- C12N 9/0008(2013.01) C12N 9/16(2013.01)
- 分案申请地址
- 国省代码
- 江苏(32)
- 颁证日
- G06T1/00
- 代理人
- [高桂珍]
摘要
本发明公开了一种光机电在线测控教学创新实验方法，具体包括步骤：1)创建光机电在线测控教学创新实验平台；2)进行创新实验平台的激光测厚实验；3)进行创新实验平台的CCD传感器缺陷检测实验；4)光机电在线测控教学创新实验平台的软件设计；5)进行光机电在线测控教学创新实验平台的开发的实验。本发明采用软硬件结合的设计思想，基于激光传感器三角法测量和CCD传感器机器视觉原理，构建光机电测控硬件平台和处理软件平台。根据不同的生产线运行状态和测量状态，设计针对性的上位机和下位机处理算法，实现模块化基础训练和综合性创新思维能力同时培养的光机电在线测控教学创新实验方法。该方法具有模块化、综合性、可扩展与创新性。
法律状态
| 法律状态公告日 | 20181221 |
| 法律状态 | 专利申请权、专利权的转移 |
| 法律状态信息 | 专利权的转移 IPC(主分类):G09B 9/00 登记生效日:20181130 变更事项:专利权人 变更前权利人:常州工学院 变更后权利人:常州东吉路国际贸易有限公司 变更事项:地址 变更前权利人:213022 江苏省常州市新北区巫山路1号 变更后权利人:213017 江苏省常州市天宁区竹林北路256号天宁科促中心938房间 |
| 法律状态公告日 | 20170322 |
| 法律状态 | 授权 |
| 法律状态信息 | 授权 |
| 法律状态公告日 | 20150624 |
| 法律状态 | 实质审查的生效 |
| 法律状态信息 | 实质审查的生效 IPC(主分类):G09B 9/00 申请日:20150318 |
| 法律状态公告日 | 20150527 |
| 法律状态 | 公开 |
| 法律状态信息 | 公开 |
| 事务数据公告日 | 20181221 |
| 事务数据类型 | 专利申请权、专利权的转移 |
| 转让详情 | 专利权的转移 IPC(主分类):G09B 9/00 登记生效日:20181130 变更事项:专利权人 变更前权利人:常州工学院 变更后权利人:常州东吉路国际贸易有限公司 变更事项:地址 变更前权利人:213022 江苏省常州市新北区巫山路1号 变更后权利人:213017 江苏省常州市天宁区竹林北路256号天宁科促中心938房间 |
权利要求
权利要求数量（6）
独立权利要求数量（1）
1.光机电在线测控教学创新实验方法，具体包括如下步骤：
1)创建光机电在线测控教学创新实验平台；
2)进行创新实验平台的激光测厚实验；
3)进行创新实验平台的CCD传感器缺陷检测实验；
4)光机电在线测控教学创新实验平台的软件设计；
5)进行光机电在线测控教学创新实验平台的开发的实验。
2.根据权利要求1所述的光机电在线测控教学创新实验方法，其特征在于：所述步骤1) 中，光机电在线测控教学创新实验平台包括C型扫描机构和激光传感器部分、三维调节机 构和CCD相机部分、被测物检测平台部分、下位机控制显示部分；
所述C型扫描机构和激光传感器部分，外围框架(9)上较高的部分为第二桌面(11)， 第一工业机器人(12)固定于第二桌面(11)上，第一工业机器人(12)的一端为步进电机 (28)，步进电机(28)连接联轴器(30)和丝杆(31)，另一端由轴承支撑座(33)固定， 丝杆(31)上安放滑块(32)，滑块(32)上端设置C型扫描机构(1)，C型扫描机构(1) 前端内部分别安装上激光传感器(2)和下激光传感器(3)，上激光传感器(2)由C型扫 描机构(1)支撑固定，下激光传感器(3)可实现三维调节，上激光传感器(2)和下激光 传感器(3)的一端数据线(15)经C型扫描机构(1)内部延伸至后端，并延伸至外围框 架(9)的箱体内侧(10)的驱动电路板，在第一工业机器人(12)前后两侧各安装两个第 二限位开关(14)，步进电机(28)带动丝杆(31)转动，滑块(32)在丝杆(31)带动下 前后平移，滑块(32)接触到第二限位开关(14)时，停止滑动，并往相反方向继续滑动， 并依次反复运动；
所述三维机械调节机构包括分别沿X轴、Y轴和Z轴方向的X轴调节机构(23)、Y 轴调节机构(25)、Z轴调节机构(26)，三组调节机构的构造相同，Z轴调节机构(26)安 装在C型扫描机构(1)一侧，Z轴调节机构(26)的上端为步进电机(28)，步进电机(28) 连接联轴器(30)，联轴器(30)和支撑座(29)连接丝杆(31)的一端，丝杆(31)的另 一端连接轴承支撑座(33)，丝杆(31)上安装滑块(32)，X轴调节机构(23)的支撑座一 端连接于Z轴调节机构(26)的滑块位置，Y轴调节机构(25)的支撑座一端连接于X轴 调节机构(23)的滑块位置，三维调节机构数据线与控制电路(16)和计算机串口通信连 接，自动调焦CCD相机(24)固定于Y轴调节机构(25)的滑块位置，CCD相机数据线 和计算机USB口通信连接；
所述被测物检测平台部分，外围框架(9)上部较低部分表面为第一桌面(21)，第二 工业机器人(5)固定于第一桌面(21)上，第二工业机器人(5)上面固定支撑架(22)， 支撑架(22)上面放置平台(4)，平台(4)中央呈十字形孔状，第二工业机器人一侧固定 连接板(6)，连接板(6)与光栅尺(7)固定，另一侧安装两个第一限位开关(27)，步进 电机(28)带动丝杆(31)转动，滑块(32)在丝杆(31)上带动支撑架(22)、平台(4)、 连接板(6)、光栅尺(7)前后平移，滑块(32)接触到第一限位开关(27)时，停止滑动 并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述下位机控制显示部分，下位机(8)为具有液晶显示的控制电路，用于控制并显示 平台(4)的位置、反复运动的速度，具体包括光机电在线测控教学创新实验平台控制面板、 扫描机构传动速度控制面板和实时显示面板。
3.根据权利要求1所述的光机电在线测控教学创新实验方法，其特征在于：所述步骤2) 具体包括以下步骤：
步骤一：上位机软件设定C型扫描机构静止，下位机按钮设定铝薄板静止；铝薄板上 方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面；调节下传感器三维调节 机构使上下光点对准；此时实现某点静态测量；调节下位机按钮使铝薄板移动到某一位置， 或调节上位机软件扫描位置按钮使C型扫描机构移动到某一位置，可以实现薄膜上另一点 静态测量；
步骤二：上位机软件设定C型扫描机构静止，下位机按钮设定铝薄板移动；铝薄板上 方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面某一垂直方向，测量垂直 方向的一组点状光点，实现一维动态测量；
上位机软件设定C型扫描机构某一速度扫描，下位机按钮上设定铝薄板静止；铝薄板 上方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面某一水方向，测量水方 方向的一组点状光点，实现一维动态测量；
步骤三：上位机软件设定C型扫描机构某一速度扫描，下位机按钮设定铝薄板某一速 度移动；铝薄板上方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面，实现 二维动态测量。
4.根据权利要求1所述的光机电在线测控教学创新实验方法，其特征在于：所述步骤3) 具体包括以下步骤：
上位机软件设定三维机械调节机构于某一合适位置，下位机按钮设定铝薄板静止；被 测物放置于铝薄板上方，实现静止状态缺陷检测；
上位机软件设定三维机械调节机构于某一合适位置，下位机按钮设定铝薄板以某一速 度移动；被测物放置于铝薄板上方，实现动态缺陷检测。
5.根据权利要求1所述的光机电在线测控教学创新实验方法，其特征在于：所述步骤4) 具体包括以下步骤：
步骤一：测厚部分Visual Basic软件平台主窗口主要由4个窗口组成，分别有状态显示 窗口、参数设定窗口、图像显示窗口和数据分析窗口；状态显示窗口显示上下激光传感器 是否在有效测量范围内、上下传感器的量程间距；参数设定窗口显示选择静态或者动态扫 描，对于静态扫描可以设置C型机构在整个扫描间距中的具体位置，对于动态扫描可以选 择不同的扫描速度实现C型机构的匀速移动；图像显示窗口显示背景颜色、测量数据的实 时分布曲线和测量厚度的上下限；对于数据分析窗口则显示从测量开始到此时的最大和最 小值；
步骤二：测厚部分Matlab软件平台主窗口主要由5个窗口组成，分别有人机界面编辑 窗口、代码窗口、状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口、数据分析窗口；状态显 示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口和数据分析窗口设置同Visual Basic软件；代码窗口 显示源代码，可以在此窗口调用Matlab信号处理函数库，编辑测厚数据滤波代码；人机界 面编辑窗口可以设置和调整界面窗口的控件、图形显示窗口和数据分析窗口；
步骤三：缺陷检测Matlab软件平台主窗口主要由3个窗口组成，分别有人机界面编辑 窗口、代码窗口、状态显示窗口、参数设定窗口和图像显示窗口；状态显示窗口显示缺陷 种类并统计缺陷数；参数设定窗口显示设置CCD相机打开和关闭、采集图像的间隔时间、 视频图像的存储和离线视频图像的读取；图像显示窗口有两个，一个显示实时图像，另一 个显示灰度转化和阈值分割后处理后图像。
6.根据权利要求1所述的光机电在线测控教学创新实验方法，其特征在于：所述步骤5) 具体包括以下几种实验类型：
实验一、激光传感器检测原理和三维调节机构：侧重于传感器检测技术原理，需要学 生明确检测原理、格式转化、数据传输以及三维调节机构对测量数据的影响；
实验二、基于Matlab上位机监控界面编程设计：侧重于对于Matlab软件人机界面的设 计和实现，针对所开设的Matlab课程侧重于理论的不足以及该软件易上手的特点，使学生 快速掌握最简单的人机界面；
实验三、基于Matlab的传感器串口通信及数据采集：侧重于传感器检测技术和单片机 原理这2门课的拓展，需要学生清楚传感器的原理以及测量数据如何通过数据线发送到计 算机串口，了解Matlab软件如何读取串口数据；
实验四、静态和动态厚度高精度测量与控制：侧重于下位机和上位机的静态和动态综 合控制，介绍实际生产线和检测设备，并需要学生学会使用软件并读取数据；
实验五、多种测量数据软件处理设计：侧重于信号与系统和数字信号处理这2门课的 拓展，将实验三和四所采集的数据，采用离线形式在Matlab软件中以不同的方式进行滤波 并比较滤波性能；
实验六、厚度检测测量误差分析：侧重于误差原理和分析理论，采用标准量块，针对 静态、动态检测，分析厚度检测测量误差；
实验七、静态和动态图像缺陷的检测和控制：侧重于数字图像处理的实际应用，针对 静态、动态检测，分析常见的时域和频域滤波技术；
实验八、下位机的控制和实现：侧重于单片机原理和液晶显示理论知识，综合性强难 度较大，适于拓展。
说明书
技术领域
本发明属于光电测控技术领域，涉及一种光机电在线测控教学创新实验方 法。
背景技术
近年来，随着光电研究技术的逐渐兴起，各大高校都相继开设了光电测控相 关专业的课程，此类课程既要求学生掌握传感器、工程光学、控制工程、计算机 控制技术、误差理论与数据处理、信号分析与处理的基础理论知识，又要求学生 能够利用测控仪器技术、光电测试技术、自动检测技术和Matlab软件解决一些 实际问题，例如激光传感器的测量、利用下位机控制电机转动、被测物测厚静态 和动态数据的滤波处理、串口数字信号通信、数据采集卡模拟信号通信等。目前 大多数高校教学都只停留在基础理论知识的学习上，缺少学生亲自利用光电测控 处理方法综合性地解决实际工业生产中的检测问题，所学习的Matlab软件仅侧 重于原理学习，并没有结合实际开发实践，再加上缺乏学生进行创新实验的设备 和环境，严重影响了教学的质量和效果，不利于培养学生的实际动手能力和创新 思维能力。鉴于上述原因，在为企业锂电池薄膜生产线所开发的测控设备的基础 上，研制开发了光机电在线测控教学创新实验平台，对提高教学质量和培养创新 型人才是十分必要的。
发明内容
针对上述教学环节存在的问题，本发明的目的在于提供一种模拟锂电池薄膜 生产线和薄膜厚度和缺陷检测装置的硬件和软件教学创新试验方法，该方法具有 模块化、综合性、可扩展与创新性。
为达到上述目的，本发明采用软硬件结合的设计思想，基于激光传感器三角 法测量和CCD传感器机器视觉原理，构建光机电测控硬件平台和处理软件平台。 根据不同的生产线运行状态和测量状态，设计针对性的上位机和下位机处理算 法，实现模块化基础训练和综合性创新思维能力同时培养的光机电在线测控教学 创新实验方法。
本发明的具体技术解决方案是：
光机电在线测控教学创新实验方法，具体包括如下步骤：
1)创建光机电在线测控教学创新实验平台；
2)进行创新实验平台的激光测厚实验；
3)进行创新实验平台的CCD传感器缺陷检测实验；
4)光机电在线测控教学创新实验平台的软件设计；
5)进行光机电在线测控教学创新实验平台的开发的实验。
进一步，所述步骤1)中，光机电在线测控教学创新实验平台包括C型扫描 机构和激光传感器部分、三维调节机构和CCD相机部分、被测物检测薄铝板平 台部分、下位机控制显示部分；
所述C型扫描机构和激光传感器部分，外围框架上较高的部分为第二桌面， 第一工业机器人固定于第二桌面上，第一工业机器人的一端为步进电机，步进电 机连接联轴器和丝杆，另一端由轴承支撑座固定，丝杆上安放滑块，滑块上端设 置C型扫描机构，C型扫描机构前端内部分别安装上激光传感器和下激光传感 器，上激光传感器由C型扫描机构支撑固定，下激光传感器可实现三维调节， 上激光传感器和下激光传感器的一端数据线经C型扫描机构内部延伸至后端， 并延伸至外围框架的箱体内侧的驱动电路板，在第一工业机器人前后两侧各安装 两个第二限位开关，步进电机带动丝杆转动，滑块在丝杆带动下前后平移，滑块 接触到第二限位开关时，停止滑动，并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述三维机械调节机构包括分别沿X轴、Y轴和Z轴方向的X轴调节机构、 Y轴调节机构、Z轴调节机构，三组调节机构的构造相同，Z轴调节机构安装在 C型扫描机构一侧，Z轴调节机构的上端为步进电机，步进电机连接联轴器，联 轴器和支撑座连接丝杆的一端，丝杆的另一端连接轴承支撑座，丝杆上安装滑块， X轴调节机构的支撑座一端连接于Z轴调节机构的滑块位置，Y轴调节机构的支 撑座一端连接于X轴调节机构的滑块位置，三维调节机构数据线与控制电路和 计算机串口通信连接，自动调焦CCD相机固定于Y轴调节机构的滑块位置，CCD 相机数据线和计算机USB口通信连接；
所述被测物检测平台部分，外围框架上部较低部分表面为第一桌面，第二工 业机器人固定于第一桌面上，第二工业机器人上面固定支撑架，支撑架上面放置 平台，平台中央呈十字形孔状，第二工业机器人一侧固定连接板，连接板与光栅 尺固定，另一侧安装两个第一限位开关，步进电机带动丝杆转动，滑块在丝杆上 带动支撑架、平台、连接板、光栅尺前后平移，滑块接触到第一限位开关时，停 止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动；
所述下位机控制显示部分，下位机为具有液晶显示的控制电路，用于控制并 显示平台的位置、反复运动的速度，具体包括光机电在线测控教学创新实验平台 控制面板、扫描机构传动速度控制面板和实时显示面板。
进一步，所述步骤2)具体包括以下步骤：
步骤一：上位机软件设定C型扫描机构静止，下位机按钮设定铝薄板静止； 铝薄板上方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面；调节 下传感器三维调节机构使上下光点对准；此时实现某点静态测量；调节下位机按 钮使铝薄板移动到某一位置，或调节上位机软件扫描位置按钮使C型扫描机构 移动到某一位置，可以实现薄膜上另一点静态测量；
步骤二：上位机软件设定C型扫描机构静止，下位机按钮设定铝薄板移动； 铝薄板上方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面某一垂 直方向，测量垂直方向的一组点状光点，实现一维动态测量；
上位机软件设定C型扫描机构某一速度扫描，下位机按钮上设定铝薄板静 止；铝薄板上方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面某 一水方向，测量水方方向的一组点状光点，实现一维动态测量；
步骤三：上位机软件设定C型扫描机构某一速度扫描，下位机按钮设定铝 薄板某一速度移动；铝薄板上方放置被测物；上下激光传感器光点对准被测物上 表面和下表面，实现二维动态测量。
进一步，所述步骤3)具体包括以下步骤：
上位机软件设定三维机械调节机构于某一合适位置，下位机按钮设定铝薄板 静止；被测物放置于铝薄板上方，实现静止状态缺陷检测；
上位机软件设定三维机械调节机构于某一合适位置，下位机按钮设定铝薄板 以某一速度移动；被测物放置于铝薄板上方，实现动态缺陷检测。
进一步，所述步骤4)具体包括以下步骤：
步骤一：测厚部分Visual Basic软件平台主窗口主要由4个窗口组成，分别 有状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口和数据分析窗口；状态显示窗口 显示上下激光传感器是否在有效测量范围内、上下传感器的量程间距；参数设定 窗口显示选择静态或者动态扫描，对于静态扫描可以设置C型机构在整个扫描 间距中的具体位置，对于动态扫描可以选择不同的扫描速度实现C型机构的匀 速移动；图像显示窗口显示背景颜色、测量数据的实时分布曲线和测量厚度的上 下限；对于数据分析窗口则显示从测量开始到此时的最大和最小值；
步骤二：测厚部分Matlab软件平台主窗口主要由5个窗口组成，分别有人 机界面编辑窗口、代码窗口、状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口、数 据分析窗口；状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口和数据分析窗口设置 同Visual Basic软件；代码窗口显示源代码，可以在此窗口调用Matlab信号处理 函数库，编辑测厚数据滤波代码；人机界面编辑窗口可以设置和调整界面窗口的 控件、图形显示窗口和数据分析窗口；
步骤三：缺陷检测Matlab软件平台主窗口主要由3个窗口组成，分别有人 机界面编辑窗口、代码窗口、状态显示窗口、参数设定窗口和图像显示窗口；状 态显示窗口显示缺陷种类并统计缺陷数；参数设定窗口显示设置CCD相机打开 和关闭、采集图像的间隔时间、视频图像的存储和离线视频图像的读取；图像显 示窗口有两个，一个显示实时图像，另一个显示灰度转化和阈值分割后数字图像 处理后图像。
进一步，所述步骤5)具体包括以下几种实验类型：
实验一、激光传感器检测原理和三维调节机构：侧重于传感器检测技术原理， 需要学生明确检测原理、格式转化、数据传输以及三维调节机构对测量数据的影 响；
实验二、基于Matlab上位机监控界面编程设计：侧重于对于Matlab软件人 机界面的设计和实现，针对所开设的Matlab课程侧重于理论的不足以及该软件 易上手的特点，使学生快速掌握最简单的人机界面；
实验三、基于Matlab的传感器串口通信及数据采集：侧重于传感器检测技 术和单片机原理这2门课的拓展，需要学生清楚传感器的原理以及测量数据如何 通过数据线发送到计算机串口，了解Matlab软件如何读取串口数据；
实验四、静态和动态厚度高精度测量与控制：侧重于下位机和上位机的静态 和动态综合控制，介绍实际生产线和检测设备，并需要学生学会使用软件并读取 数据；
实验五、多种测量数据软件处理设计：侧重于信号与系统和数字信号处理这 2门课的拓展，将实验三和四所采集的数据，采用离线形式在Matlab软件中以不 同的方式进行滤波并比较滤波性能；
实验六、厚度检测测量误差分析：侧重于误差原理和分析理论，采用标准量 块，针对静态、动态检测，分析厚度检测测量误差；
实验七、静态和动态图像缺陷的检测和控制：侧重于数字图像处理的实际应 用，针对静态、动态检测，分析常见的时域和频域滤波技术；
实验八、下位机的控制和实现：侧重于单片机原理和液晶显示理论知识，综 合性强难度较大，适于拓展。
本发明的有益效果是：
本发明采用软硬件结合的设计思想，基于激光传感器三角法测量和CCD传 感器机器视觉原理，构建光机电测控硬件平台和处理软件平台。根据不同的生产 线运行状态和测量状态，设计针对性的上位机和下位机处理算法，实现模块化基 础训练和综合性创新思维能力同时培养的光机电在线测控教学创新实验方法。该 方法具有模块化、综合性、可扩展与创新性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1是光机电在线测控教学创新实验平台正面结构图；
图2是光机电在线测控教学创新实验平台背面结构图；
图3是工业机器人的结构图；
图4是静止状态激光传感器厚度检测示意图；
图5是C型机构静止、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态一的示意图；
图6是C型机构静止、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态二的示意图；
图7是C型机构静止、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态三的示意图；
图8是C型机构移动、铝薄板静止激光传感器厚度检测状态一的示意图；
图9是C型机构移动、铝薄板静止激光传感器厚度检测状态二的示意图；
图10是C型机构移动、铝薄板静止激光传感器厚度检测状态三的示意图；
图11是C型机构、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态一的示意图；
图12是C型机构、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态二的示意图；
图13是C型机构、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态三的示意图；
图14是C型机构、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态四的示意图；
图15是C型机构、铝薄板移动激光传感器厚度检测状态五的示意图；
图16是铝薄板静止激光传感器厚度检测示意图；
图17是铝薄板移动激光传感器厚度检测状态一的示意图；
图18是铝薄板移动激光传感器厚度检测状态二的示意图；
图19是铝薄板移动激光传感器厚度检测状态三的示意图；
图20是Visual basic测厚软件平台逻辑结构图；
图21是Matlab测厚软件平台逻辑结构图；
图22是Matlab缺陷检测软件平台逻辑结构图。
图中：1、C型扫描机构；2、上激光传感器；3、下激光传感器；4、平台； 5、第二工业机器人；6、连接板；7、光栅尺；8、下位机9、外围框架；10、箱 体内侧；11、第二桌面；12、第一工业机器人；13、坦克链；14、第二限位开关； 15、数据线；16、控制电路；17、驱动电路板一；18、驱动电路板二；19、电动 机和驱动电路的开关电源；20、激光传感器的供电电源；21、第一桌面；22、支 撑架；23、X轴调节机构；24、自动调焦CCD相机；25、Y轴调节机构；26、 Z轴调节机构；27、第一限位开关；28、步进电机；29、支撑座；30、联轴器； 31、丝杆；32、滑块；33、轴承支撑座。
具体实施方式
光机电在线测控教学创新实验平台的实验方法。
步骤1：光机电在线测控教学创新实验平台
步骤1.1C型扫描机构和激光传感器部分
由图1-3，外围框架9由铝型材制成。外框架较高部分表面为大理石第二桌 面11，第一工业机器人12固定于大理石第二桌面11。第一工业机器人12其一 端为步进电机28连接联轴器30和丝杆31，另一端由轴承支撑块33固定。丝杆 31上端安放滑块32。滑块32上端为C型扫描机构1，C型扫描机构1前端内部 安装上下激光传感器2、3，上激光传感器2由C型扫描机构1支撑固定，下激 光传感器3可以实现三维调节，激光传感器2、3的一端数据线15经C型扫描 机构1内部到后端通过坦克链13至外围框架箱体内侧10驱动电路板17、18。 在第一工业机器人12前后两侧各安装2个第二限位开关14。步进电机28带动 丝杆31转动，滑块32在丝杆31带动下前后平移，滑块32接触到第二限位开关 14时，停止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动。
步骤1.2三维调节机构和CCD相机部分
三维机械调节机构分X轴、Y轴和Z轴方向，三组调节机构构造相同。
Z轴调节机构26安装在C型扫描机构1一侧。Z轴调节机构26由步进电机 28和型材构成，步进电机28接联轴器30，联轴器30和支撑座29连接丝杆31 的一端，丝杆31另一端连接支撑座33。丝杆31上安装滑块32。X轴调节机构 23的支撑座一端连接于Z轴调节机构26的滑块位置，Y轴调节机构25的支撑 座一端连接于X轴调节机构23的滑块位置。三维调节机构数据线接控制电路和 计算机串口通信连接。
自动调焦CCD相机24固定于Y轴调节机构25的滑块。CCD相机数据线和 计算机USB口通信连接。
步骤1.3被测物检测薄铝板平台部分
外框架较低部分表面为大理石第一桌面21，第二工业机器人5固定于大理 石第一桌面21上，第二工业机器人5上面固定由铝型材制成的支撑架22，支撑 架22上面放置薄铝板平台4，薄铝板平台4中央呈十字形孔状，第二工业机器 人一侧固定连接板6，连接板6与光栅尺7固定，另一侧安装两个第一限位开关 27，步进电机28带动丝杆31转动，滑块32在丝杆31带动支撑架22、薄铝板 平台4、连接板6、光栅尺7前后平移，滑块32接触到第一限位开关27时，停 止滑动并往相反方向继续滑动，并依次反复运动。
步骤1.4下位机控制显示部分
下位机8为具有液晶显示的控制电路，可以控制并显示薄铝板平台的位置、 反复运动的速度。
机箱上的电源按钮控制整个C型扫描机构、激光传感器和CCD相机的供电。 下位机的电源按钮控制铝薄板的启动和光栅的供电。
步骤2：创新实验平台的激光测厚
步骤2.1
由图4，上位机软件设定C型扫描机构静止，下位机按钮设定铝薄板静止。 铝薄板上方放置被测物。上下激光传感器光点对准被测物上表面和下表面。调节 下传感器三维调节机构使上下光点对准。此时实现某点静态测量。调节下位机按 钮使铝薄板移动到某一位置，或调节上位机软件扫描位置按钮使C型扫描机构 移动到某一位置，可以实现薄膜上另一点静态测量。
步骤2.2
由图5-7，上位机软件设定C型扫描机构静止，下位机按钮设定铝薄板某一 速度移动。铝薄板上方放置被测物。上下激光传感器光点对准被测物上表面和下 表面某一垂直方向，测量垂直方向的一组点状光点，实现一维动态测量。
由图8-10，上位机软件设定C型扫描机构某一速度扫描，下位机按钮10上 设定铝薄板静止。铝薄板上方放置被测物。上下激光传感器2、3光点对准被测 物上表面和下表面某一水方向，测量水方方向的一组点状光点，实现一维动态测 量。
步骤2.3
由图11-15，上位机软件设定C型扫描机构某一速度扫描，下位机按钮设定 铝薄板某一速度移动。铝薄板上方放置被测物。上下激光传感器光点对准被测物 上表面和下表面，实现二维动态测量。
步骤3：创新实验平台的CCD传感器缺陷检测
步骤3.1
由图16，上位机软件设定三维机械调节机构于某一合适位置，下位机按钮 设定铝薄板静止。被测物放置于铝薄板上方，实现静止状态缺陷检测。
由图17-19，上位机软件设定三维机械调节机构于某一合适位置，下位机按 钮设定铝薄板以某一速度移动。被测物放置于铝薄板上方，实现动态缺陷检测。
步骤4：光机电在线测控教学创新实验平台的软件
由图20，光机电在线测控处理软件由Visual Basic和Matlab开发，其中测 厚部分由Visual Basic和Matlab开发、缺陷检测部分由Matlab开发。
步骤4.1
测厚部分Visual Basic软件平台如图20所示，主窗口主要由4个窗口组成， 分别有状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口和数据分析窗口。状态显示 窗口显示上下激光传感器是否在有效测量范围内、上下传感器的量程间距。参数 设定窗口显示选择静态或者动态扫描，对于静态扫描可以设置C型机构在整个 扫描间距中的具体位置；对于动态扫描可以选择不同的扫描速度实现C型机构 的匀速移动。图像显示窗口显示背景颜色、测量数据的实时分布曲线和测量厚度 的上下限；对于数据分析窗口则显示从测量开始到此时的最大和最小值。
步骤4.2
测厚部分Matlab软件平台如图21所示，主窗口主要由5个窗口组成，分别 有人机界面编辑窗口、代码窗口、状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口、 数据分析窗口。状态显示窗口、参数设定窗口、图像显示窗口和数据分析窗口设 置同Visual Basic软件。代码窗口显示源代码，可以在此窗口调用Matlab信号处 理函数库，编辑测厚数据滤波代码。人机界面编辑窗口可以设置和调整界面窗口 的控件、图形显示窗口和数据分析窗口。
步骤4.3
缺陷检测Matlab软件平台如图22所示，主窗口主要由3个窗口组成，分别 有人机界面编辑窗口、代码窗口、状态显示窗口、参数设定窗口和图像显示窗口。 状态显示窗口显示缺陷种类并统计缺陷数。参数设定窗口显示设置CCD相机打 开和关闭、采集图像的间隔时间、视频图像的存储和离线视频图像的读取。图像 显示窗口有两个，一个显示实时图像，另一个显示灰度转化和阈值分割后数字图 像处理后图像。
步骤5：光机电在线测控教学创新实验平台的开发的实验
本发明的光机电在线测控创新实验平台，提供结合光学、机械和电子8个不 同的创新型实验。
这些实验分别是：
实验一、激光传感器检测原理和三维调节机构
侧重于传感器检测技术原理。需要学生明确检测原理、格式转化、数据传输 以及三维调节机构对测量数据的影响。
实验二、基于Matlab上位机监控界面编程设计
侧重于对于Matlab软件人机界面的设计和实现。针对所开设的Matlab课程 侧重于理论的不足以及该软件易上手的特点，使学生快速掌握最简单的人机界 面。
实验三、基于Matlab的传感器串口通信及数据采集
侧重于传感器检测技术和单片机原理这2门课的拓展，需要学生清楚传感器 的原理以及测量数据如何通过数据线发送到计算机串口，了解Matlab软件如何 读取串口数据。
实验四、静态和动态厚度高精度测量与控制
侧重于下位机和上位机的静态和动态综合控制。介绍实际生产线和检测设 备，并需要学生学会使用软件并读取数据。
实验五、多种测量数据软件处理设计
侧重于信号与系统和数字信号处理这2门课的拓展。将实验三和四所采集的 数据，采用离线形式在Matlab软件中以不同的方式进行滤波并比较滤波性能。
实验六、厚度检测测量误差分析
侧重于误差原理和分析理论。采用标准量块，针对静态、动态检测，分析厚 度检测测量误差。
实验七、静态和动态图像缺陷的检测和控制
侧重于数字图像处理的实际应用。针对静态、动态检测，分析常见的时域和 频域滤波技术。
实验八、下位机的控制和实现
侧重于单片机原理和液晶显示理论知识，综合性强难度较大，适于拓展。
第一个实验属于光学和机械领域问题；第二到第五个实验属于Matlab的使 用和厚度检测应用；第六个实验属于误差分析问题；第七个实验属于Matlab的 数字图像处理的应用；第八个实验属于电气类拓展类问题。
通过这些实验使学生能够深入理解和扎实掌握有关传感器检测、误差分析、 信号与系统、Matlab软件、单片机原理、数字信号处理和控制工程等方面的基础 理论知识，同时也使学生对工业自动生产线的锂电池薄膜生产和厚度检测有感性 认识；创新实验可以培养学生敢于挑战测控领域的技术难题，提高学生独立解决 技术难题的能力，从而增强学生的探索兴趣和创新意识。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范 围之内。
价值度评估
技术价值
经济价值
法律价值
0 0 057.0分
0 50 75 100专利价值度是通过科学的评估模
型对专利价值进行量化的结果，
基于专利大数据针对专利总体特
征指标利用计算机自动化技术对
待评估专利进行高效、智能化的
分析，从技术、经济和法律价值
三个层面构建专利价值评估体
系，可以有效提升专利价值评估
的质量和效率。
总评：57.0分
该专利价值中等 （仅供参考）
本专利文献中包含【1 个技术分类】，从一定程度上而言上述指标的数值越大可以反映出所述专利的技术保护及应用范围越广。 【专利权的维持时间9 年】专利权的维持时间越长，其价值对于权利人而言越高。 尤其重要是，该专利 【权利转移1 次】、 都从侧面反应出该专利的技术、经济和法律价值。
技术价值 29.0
该指标主要从专利申请的著录信息、法律事件等内容中挖掘其技术价值，专利类型、独立权利要求数量、无效请求次数等内容均可反映出专利的技术性价值。 技术创新是专利申请的核心，若您需要进行技术借鉴或寻找可合作的项目，推荐您重点关注该指标。
部分指标包括：
授权周期（发明）
24 个月独立权利要求数量
0 个从属权利要求数量
0 个说明书页数
8 页实施例个数
0 个发明人数量
12 个被引用次数
0 次引用文献数量
0 个优先权个数
0 个技术分类数量
1 个无效请求次数
0 个分案子案个数
0 个同族专利数
0 个专利获奖情况
无保密专利的解密
否经济价值 9.0
该指标主要指示了专利技术在商品化、产业化及市场化过程中可能带来的预期利益。 专利技术只有转化成生产力才能体现其经济价值，专利技术的许可、转让、质押次数等指标均是其经济价值的表征。 因此，若您希望找到行业内的运用广泛的热点专利技术及侵权诉讼中的涉案专利，推荐您重点关注该指标。
部分指标包括：
申请人数量
1申请人类型
院校许可备案
0 次权利质押
0 次权利转移
1 个海关备案
否法律价值 19.0
该指标主要从专利权的稳定性角度评议其价值。专利权是一种垄断权，但其在法律保护的期间和范围内才有效。 专利权的存续时间、当前的法律状态可反映出其法律价值。故而，若您准备找寻权属稳定且专利权人非常重视的专利技术，推荐您关注该指标。
部分指标包括：
存活期/维持时间
9法律状态
有权-审定授权
苏公网安备 32041202001399号
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