CN115077386B - 一种水溶胶表面全自动测量装置、系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水溶胶表面全自动测量装置、系统及其测量方法，包括激光收发获取模块、反射光强处理模块、光强反射调节机构、形貌分析管理模块、环境参数采集模块和固化干扰评估模块。本发明通过反射光强处理模块分析出经水溶胶表面反射的光强度数值，并对反射的光强度阈值进行分析，以调节镜头的测量转动角度，并对转动角度进行过量转动偏移补偿，能够精准测量出水溶胶的形貌尺寸，并根据水溶胶表面的形貌尺寸分析出涂覆在板材上的水溶胶固化所需的时间，便于对附着水溶胶的板材进行后续加工，提高了加工的效率，减少漫无目的的等待时间。

Description

一种水溶胶表面全自动测量装置、系统及其测量方法

技术领域

本发明属于水溶胶测量技术领域，涉及到一种水溶胶表面全自动测量装置、系统及其测量方法。

背景技术

水溶胶是以水为分散介质、透明或半透明、介于乳液和溶液之间的中间状态交替分散液，其粒径为10-100纳米，有较高的分散稳定性。由于水溶胶的特性以及水溶胶的形状成圆弧状，无法准确获取水溶胶表面的形状，进而无法获得涂覆在板材上的水溶胶高度以及环境参数对水溶胶固化速度的影响程度，无法准确获取板材制造过程中的等待时间，影响板材的后续加工，当附着在板材表面的水溶胶未干时，对板材进行后续加工直接影响板材的性能和品质，当将附着在板材表面的水溶胶晾干的时间过长，会影响后续板材的加工流程，进而影响材质制造的进度。

另外，由于测量水溶胶的激光测距传感器的测量量程有限，在对水溶胶进行测量的过程中，需转动角度以避免经水溶胶表面的反射的光强度微弱，无法检测出激光收发端到水溶胶待测点的距离，需设置角度调节结构以带动镜头进行转动，且需避免角度调节结构转动过程中因激光测距传感器的测量量程小而碰撞到放置水溶胶的平台。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水溶胶表面全自动测量装置、系统及其测量方法，解决了现有背景技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种水溶胶表面全自动测量装置，所述测量装置包括光强反射调节机构，光强反射调节机构包括执行测量工作台以及设置在执行测量工作台上的旋转夹持组件和与旋转夹持组件相配合的多重角度调节组件；

执行测量工作台包括U型工作台架，U型工作台架上滑动安装有Y轴操作平台，Y轴操作平台上滑动安装有X轴操作平台，Y轴操作平台的延伸板与设在U型工作台架上第一传动丝杠相配合，X轴操作平台的延伸板与安装在Y轴操作平台侧面的第二传动丝杠相配合；

X轴操作平台下方固定有导向板和第三传动丝杠，导向板的限位槽内滑动安装有与第三传动丝杠相配合的限位连接板，限位连接板通过第一连接柱与旋转夹持组件连接；

旋转夹持组件包括与第一连接柱相连接的U型加持框和弧形导板，弧形导板内侧开有第一弧形槽，第一弧形槽两侧对称开有弧形导向槽，U型加持框内设置有主动齿轮，主动齿轮通过贯穿U型加持框的输出轴与主动电机连接；

多重角度调节组件包括支撑连杆，支撑连杆上端通过连接支柱与弧形传动板固定连接，下端固定有支撑底板，支撑连杆两侧设置有与弧形导向槽滑动配合的第二连接柱；

支撑底板底面两侧对称设置有两挡板、第二铰接连杆以及传动调节件，两挡板间交接有第一铰接连杆，第一铰接连杆与第二铰接连杆相铰接，第二铰接连杆一端与传动调节件铰接，另一端与固定有镜头的平衡板相铰接。

进一步地，所述U型加持框两侧对称开有第一齿槽，弧形导板两侧对称开有第二齿槽，旋转限位齿轮柱依次与第一齿槽和第二齿槽相配合。

进一步地，所述弧形传动板包括弧形板、活动齿板和缓冲弹簧，弧形板上分布有若干与主动齿轮相啮合的齿牙，弧形板两侧对称开有阶梯插接槽，连接导向柱与阶梯插接槽底部固定连接并与活动齿板滑动配合，缓冲弹簧一端与阶梯插接槽内壁连接，另一端与活动齿板连接。

进一步地，所述传动调节件包括两限位挡板和动力传动丝杠，两限位挡板间设置有导向连板，动力传动丝杠通过轴承依次贯穿两限位挡板，动力传动丝杠通过联轴器与电机连接，连接导向限位板上开有与导向连板滑动配合的导向孔以及与动力传动丝杠螺纹配合的螺纹导通孔，第二铰接连杆一端与连接导向限位板相铰接，另一端与平衡板一端相铰接。

一种水溶胶表面全自动测量系统，包括激光收发获取模块、反射光强处理模块、光强反射调节机构、形貌分析管理模块、环境参数采集模块和固化干扰评估模块；

激光收发获取模块用于以脉冲方式发送激光至水溶胶表面，并接收经水溶胶表面反射的光强度，反射的光强度发送至反射光强处理模块；

反射光强处理模块用于提取激光收发获取模块接收的经水溶胶表面反射的光强度，判断经水溶胶表面反射的光强度是否大于设定的光强度阈值，若小于设定的光强度阈值，则反射光强处理模块发送控制指令至光强反射调节机构，用于控制位于光强反射调节机构上的镜头进行角度调节；

光强反射调节机构用于获取反射光强处理模块发送的控制指令，控制激光测距传感器上的镜头沿弧形导轨进行转动，并实时分析激光测距传感器上的镜头相对于光强反射调节机构的转动角度；

形貌分析管理模块用于获取镜头转动的角度，根据镜头转动的角度分析出镜头转动角度所对应的过量转动偏移补偿，并获取经过量转动偏移补偿后的激光发射点到水溶胶表面的距离，根据光强反射调节机构中的镜头在XYZ轴上的高度以及激光发射点到水溶胶表面的距离分析出水溶胶表面的形貌数据；

环境参数采集模块用于实时采集待测水溶胶所在环境中的温度、湿度以及空气流通速率；

固化干扰评估模块用于获取形貌分析管理模块发送的水溶胶表面的形貌数据分析出水溶胶实际固化速率，并获取环境参数采集模块采集的环境中的温度、湿度以及空气流通速率，通过环境固化加速模型分析出在当前环境参数下的水溶胶固化促进加速系数

，能够根据水溶胶固化促进加速系数分析出不同环境参数下的水溶胶固化时间。

进一步地，所述光强反射调节机构对水溶胶表面全自动测量方法，包括以下步骤：

步骤1、建立放置待测水溶胶表面的水平承载台坐标面，将旋转夹持组件上的多重角度调节组件进行复位；

步骤2、启动与第一传动丝杠相连的第一执行电机，带动多重角度调节组件沿X轴进行移动，移动过程中，实时获取判断经水溶胶表面反射的光强度；

步骤3、判断光强度是否小于设定的光强度阈值，若小于设定的光强度阈值，则与主动齿轮连接的电机工作，带动主动齿轮转动，进而带动弧形传动板沿弧形导向槽的轨迹方向转动，直至激光收发端接收的反射光强度大于设定的第一光强度安全阈值；

步骤4、实时获取镜头XYZ轴的位置坐标，根据激光收发端到镜头的距离，分析出水溶胶表面的形貌尺寸。

进一步地，当经水溶胶表面反射的光强度小于光强度安全阈值时，需调节多重角度调节组件使得镜头转动w3的转动角度，经转动角度的计算方法，如下：

步骤H1、获取弧形传动板的转动时间t1，根据转动时间t1计算出第一转动角度a1，根据第一转动角度a1进行转动角度的过量转动偏移补偿；

步骤H2、当主动齿轮与弧形传动板端部相啮合时，经镜头发出的激光经水溶胶表面反射的光强度小于设定的第一光强度安全阈值，则启动与动力传动丝杠相连的电机继续工作，直至激光收发端接收的反射光强度等于设定的第一光强度安全阈值；

步骤H3、获取与动力传动丝杠相连的两电机分别转动时长，根据转动时长筛选出位于支撑底板两端的动力传动丝杠在导向连板的位置，计算出平衡板的第二转动角度a2；

步骤H4、对镜头的第二转动角度a2进行过量转动偏移补偿。

进一步地，所述步骤H1和步骤H4中的过量转动偏移补偿的步骤为：

步骤L1、获取经水溶胶表面反射的光强度等于光强度阈值所对应的激光收发端到水溶胶表面的距离d；

步骤L2、调节多重角度调节组件转动w3角度，采用弧形计算公式，计算出转动w3角度所对应的水溶胶表面的弧形扫描长度s，

；

步骤L3、获取多重角度调节组件相对于平衡状态下的转动角度w1，根据步骤H1以及转动角度w1，确定水溶胶表面的激光光强点位置；

步骤L4、控制镜头沿镜头的反方向水平移动，并实时判断水平移动过程中，经水溶胶表面反射的光强度所对应的距离di以及多重角度调节组件相对于平衡状态下的角度，确定水溶胶表面的激光光强点位置；

步骤L5、判断步骤L4下水溶胶表面的激光光强点位置与步骤L3中的水溶胶表面的激光光强点位置是否相重合，若重合，则停止镜头继续向反方向水平移动。

进一步地，所述水溶胶实际固化速率的计算公式：

，V为水溶胶在空气中的实际固化速率，

为水溶胶初始放置在水平承载台时水溶胶最高点到水平承载台表面的距离，

为水溶胶固化后水溶胶最高点到水平承载台表面的距离，

为监测时间间隔T内水溶胶到水平承载台表面的距离的变化量，K为设定的距离差阈值，

为水溶胶从初始放置在水平承载台到水溶胶最高点到水平承载台表面的距离的变化量小于距离差阈值时所对应的固化时长。

进一步地，所述环境固化加速模型为

，其中，

为温度干扰比例系数，取值0.45，

为湿度干扰比例系数，取值0.23，

、

和

分别为环境中的温度、湿度和空气流通速率，

、

和

分别为标准环境参数下温度、湿度和空气流通速率。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种水溶胶表面全自动测量装置、系统及其测量方法，通过反射光强处理模块分析出经水溶胶表面反射的光强度数值，并对反射的光强度阈值进行分析，以调节镜头的测量转动角度，满足反射的光强度阈值大于设定的光强度阈值，且结合形貌分析管理模块对反射的光强度大于设定的光强度阈值的光强度返回时间以及镜头在XYZ轴上的高度分析出水溶胶表面的形貌数据，能够测量出水溶胶的形貌尺寸。

本发明通过固化干扰评估模块对测量的水溶胶的形貌尺寸进行分析，获得水溶胶在环境参数中的实际固化速率，并分析出水溶胶所在环境中的环境参数对水溶胶固化促进加速系数，进而分析出当前环境下的水溶胶固化时间，能够精准地分析出涂覆在板材上的水溶胶固化所需的时间，便于对附着水溶胶的板材进行后续加工，提高了加工的效率，减少漫无目的的等待时间。

本发明通过软硬件相结合，对经水溶胶表面反射的光强度进行实时判断，并控制多重角度调节组件上的镜头进行转动角度调节，保证经水溶胶表面反射的光强度大于设定的光强度阈值，且考虑到激光测距传感器的测量量程小而存在的多重角度调节组件与放置水溶胶的板材或平台发生碰撞，以便于根据反射的光强度分析出镜头到水溶胶表面的距离，且对转动角度调节后的镜头进行过量转动偏移补偿，能够保证镜头转动角度前后激光发射到水溶胶表面的测量点相重合，提高了水溶胶表面测量的完整性以及精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明中光强反射调节机构的结构示意图；

图2为本发明中图1沿垂直第三传动丝杠轴线方向的剖视图；

图3为本发明中图1沿垂直第一传动丝杠轴线方向的剖视图；

图4为本发明中图3的局部放大示意图；

图5为本发明中旋转夹持组件的局部剖视图；

图6为本发明图3中A的局部放大示意图；

图7为本发明图5中B的局部放大示意图；

图8为本发明图5中C的局部放大示意图;

图9为本发明中水溶胶测量过程中镜头与水溶胶表面的位置示意图；

附图标记：1、执行测量工作台；2、旋转夹持组件；3、多重角度调节组件；11、U型工作台架；12、Y轴操作平台；13、X轴操作平台；14、第一传动丝杠；15、第二传动丝杠；16、导向板；17、限位连接板；18、第三传动丝杠；19、第一连接柱；21、U型加持框；22、弧形导板；23、第一弧形槽；24、弧形导向槽；25、主动齿轮；26、旋转限位齿轮柱；27、手持端部；31、支撑连杆；311、第二连接柱；312、连接支柱；32、弧形传动板；321、弧形板；322、齿牙；323、阶梯插接槽；324、活动齿板；325、连接导向柱；326、缓冲弹簧；33、支撑底板；34、第一铰接连杆；35、第二铰接连杆；36、传动调节件；361、限位挡板；362、导向连板；363、动力传动丝杠；364、连接导向限位板；365、导向孔；366、螺纹导通孔；37、平衡板；38、镜头。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

水溶胶是以水为分散介质、透明或半透明、介于乳液和溶液之间的中间状态交替分散液，其粒径为10-100纳米，有较高的分散稳定性。

若采用摄像头采集附着在产品表面的水溶胶图像，由于水溶胶的特性以及水溶胶的形状成圆弧状，无法准确获取水溶胶表面的形状，进而无法获得涂覆在板材上的水溶胶高度以及环境参数对水溶胶固化速度的影响程度，无法准确获取板材制造过程中的等待时间，影响板材的后续加工，当附着在板材表面的水溶胶未干时，对板材进行后续加工直接影响板材的性能和品质，当将附着在板材表面的水溶胶晾干的时间过长，会影响后续板材的加工流程，进而影响材质制造的进度。

为了提高板材的加工品质以及板材加工的速度，现采用实验对附着在板材上的水溶胶进行形貌测量，本发明研究的水溶胶的含水量相同。

一种水溶胶表面全自动测量系统，包括激光收发获取模块、反射光强处理模块、光强反射调节机构、形貌分析管理模块、环境参数采集模块和固化干扰评估模块。

激光收发获取模块包括激光收发端，激光收发端安装在激光测距传感器上，经激光收发端的激光经镜头发出，激光收发获取模块用于以脉冲方式发送激光至水溶胶表面，并接收经水溶胶表面反射的光强度，反射的光强度发送至反射光强处理模块。

其中，激光测距传感器以脉冲方式发射激光，发射激光的脉冲周期大于发射的激光脉冲经水溶胶表面反射接收到的光强的时间，能够识别出各激光脉冲反射会的光强，避免反射会的光强与发射的激光脉冲不相对应，造成接收的光混乱。

反射光强处理模块用于提取激光收发获取模块接收的经水溶胶表面反射的光强度，判断经水溶胶表面反射的光强度是否大于设定的光强度阈值，若小于设定的光强度阈值，则反射光强处理模块发送控制指令至光强反射调节机构，用于控制位于多重角度调节组件3上的镜头进行角度调节，以保证经镜头出发射的激光经水溶胶表面反射后接收到的光强度大于设定的光强度阈值，若大于设定的光强度阈值，则通过激光发出与接收的时间差分析出经水溶胶表面反射的大于设定的光强度阈值的激光从发射部位到水溶胶表面反射点的距离。

由于水溶胶的表面为弧形状，当激光入射到水溶胶弧状表面时，经激光反射和折射，使得激光收发获取模块捕捉到经激光反射后的光强微弱，即反射回的光强度小于设定的光强度阈值，小于设定的光强度阈值的光强度无法根据反射的微弱光强进行激光从发射部位到水溶胶表面反射点的距离分析，会造成测量数据误差大的问题，需保证激光收发端接收的经水溶胶反射的光强度大于设定的光强度阈值。

光强反射调节机构用于获取反射光强处理模块发送的控制指令，控制激光测距传感器上的镜头沿弧形导轨进行转动，并实时分析激光测距传感器上的镜头相对于光强反射调节机构的转动角度。

光强反射调节机构对水溶胶表面全自动测量方法，包括以下步骤：

步骤1、建立放置待测水溶胶表面的水平承载台坐标面，将旋转夹持组件2上的多重角度调节组件3进行复位；

多重角度调节组件3的复位状态为如图5中的状态，为平衡状态，即支撑连杆31垂直于放置待测水溶胶表面的水平承载台，调节支撑底板33两端的连接导向限位板364使得连接导向限位板364均位于靠近电机的动力传动丝杠363一端。

步骤2、启动与第一传动丝杠14相连的第一执行电机，带动多重角度调节组件3沿X轴进行移动，移动过程中，实时获取判断经水溶胶表面反射的光强度；

步骤3、判断光强度是否小于设定的光强度阈值，若小于设定的光强度阈值，则与主动齿轮25连接的电机工作，带动主动齿轮25转动，进而带动弧形传动板32沿弧形导向槽24的轨迹方向转动，直至激光收发端接收的反射光强度大于设定的第一光强度安全阈值。

与第二传动丝杠15相连的第二执行电机转动，可带动镜头38沿Y轴方向进行移动，实现镜头38在平面上的往复扫描，能够获得水溶胶表面的全形貌尺寸，第三传动丝杠18能够调节镜头38相对于水溶胶表面的高度，满足传感器测量量程受限的问题。

步骤4、实时获取镜头XYZ轴的位置坐标，根据激光收发端到镜头的距离，分析出水溶胶表面的形貌尺寸。

在激光测距传感器上的镜头沿弧形导轨转动的过程中，激光收发获取模块实时发送和接收光强度，一旦接收的光强度大于设定的第一光强度安全阈值时，反射光强处理模块控制光强反射调节机构停止运动。

其中，第一光强度安全阈值大于设定的光强度阈值，第一光强度安全阈值等于激光收发端发射的激光与水溶胶表面待测点的切线方向相垂直状态下所接收的反射光强度。

形貌分析管理模块用于获取镜头转动的角度，根据镜头转动的角度分析出镜头转动角度所对应的过量转动偏移补偿，以保证角度转动后的镜头所测量的水溶胶表面的实际测量位置点与镜头转动前的激光入射到水溶胶表面的位置相重合，并获取经过量转动偏移补偿后的激光发射点到水溶胶表面的距离，根据光强反射调节机构中的镜头在XYZ轴上的高度以及激光发射点到水溶胶表面的距离分析出水溶胶表面的形貌数据。

所述水溶胶表面的形貌数据为三维图像，即由空间坐标进行展示，表示为（xi，yi，zi），xi为在第i个采样点下镜头在x轴上的位置坐标，yi为在第i个采样点下镜头在y轴上的位置坐标，zi为在第i个采样点下激光发射点到水溶胶表面的距离。

对镜头38的转动角度进行过量转动偏移补偿，以保证镜头38角度转动前、后，激光发射到水溶胶表面的测量点相重合，如图9所示，q0 为未进行角度转动情况下的激光收发端位置，qi为经水溶胶反射的光强度小于等于设定的光强度阈值的激光收发端位置，

为经过过量转动偏移补偿后的激光收发端发射的激光到水溶胶表面的位置点，此时在

位置时激光收发端接收的光强大于设定的光强度阈值小于第一光强度安全阈值，s为激光收发端在qi位置转动w3角度后激光照射点水溶胶表面

位置所需补偿的弧形扫描长度，即水溶胶表面上激光光强点从

位置到bi位置所对应的需补偿扫描长度，w3为激光发射端从经水溶胶表面反射的光强度小于光强度阈值的

位置到激光收发端的激光照射点与镜头转动前的激光入射到水溶胶表面的

位置相重合所对应的转动角度，

为激光发射端转动w3角度所对应的位置，w2为激光收发端从qi位置到

位置所对应的转动角度。

当经水溶胶表面反射的光强度小于光强度安全阈值时，需调节多重角度调节组件3使得镜头38转动w3的转动角度，经具体转动角度的计算方法，如下：

步骤H1、获取弧形传动板32的转动时间t1，根据转动时间t1计算出第一转动角度a1，根据第一转动角度a1进行转动角度的过量转动偏移补偿，所述转动时间t小于等于主动齿轮25与弧形传动板32中部的齿牙相啮合到主动齿轮25与弧形传动板32端部的齿牙相啮合的时间；

通过转动的过量补偿，能够保证经转动前和转动后的激光发射到水溶胶表面的测量点相重合，避免因镜头跟随多重角度调节组件3进行转动，导致激光发射到水溶胶表面的位置发生偏差；

步骤H2、当主动齿轮25与弧形传动板32端部相啮合时，经镜头38发出的激光经水溶胶表面反射的光强度小于设定的第一光强度安全阈值，则启动与动力传动丝杠363相连的电机继续工作，直至激光收发端接收的反射光强度等于设定的第一光强度安全阈值，激光收发端到激光镜头的下端部的距离固定；

步骤H3、获取与动力传动丝杠363相连的两电机分别转动时长t2和t3，根据转动时长t2和t3筛选出位于支撑底板33两端的动力传动丝杠363在导向连板362的位置，计算出平衡板37的第二转动角度a2；

通过训练位于支撑底板33两端的电机分别从平衡状态分别转动时长T（电机电动364从位于导向连板362一端到另一端的总时长）的过程，获得各不同转动时长组合下的平衡板37的转动角度，进而根据转动时长t2和转动时长t3筛选出镜头38的转动角度。

步骤H4、对镜头38的第二转动角度a2进行过量转动偏移补偿；

进一步的过量转动偏移补偿方法，步骤如下：

步骤L1、获取经水溶胶表面反射的光强度等于光强度阈值所对应的激光收发端到水溶胶表面的距离d；

步骤L2、调节多重角度调节组件3转动w3角度，采用弧形计算公式，计算出转动w3角度所对应的水溶胶表面的弧形扫描长度s，

；

步骤L3、获取多重角度调节组件3相对于平衡状态下的转动角度w1，根据步骤H1以及转动角度w1，确定水溶胶表面的激光光强点位置；

步骤L4、控制镜头38沿镜头38的反方向水平移动，并实时判断水平移动过程中，经水溶胶表面反射的光强度所对应的距离di以及多重角度调节组件3相对于平衡状态下的角度，确定水溶胶表面的激光光强点位置；

步骤L5、判断步骤L4下水溶胶表面的激光光强点位置与步骤L3中的水溶胶表面的激光光强点位置是否相重合，若重合，则停止镜头38继续向反方向水平移动。

以监测时间间隔T为间隔，多次采集同一待测的水溶胶表面的形貌数据，由于水溶胶随着水份的蒸发，水溶胶的表面高度逐渐下降，直至固化后的水溶胶表面高度不发生改变。

环境参数采集模块用于实时采集待测水溶胶所在环境中的温度、湿度以及空气流通速率，并将采集的环境中的温度、湿度以及空气流通速率发送至固化干扰评估模块。

固化干扰评估模块用于获取形貌分析管理模块发送的水溶胶表面的形貌数据分析出水溶胶实际固化速率，并获取环境参数采集模块采集的环境中的温度、湿度以及空气流通速率，通过环境固化加速模型分析出在当前环境参数下的水溶胶固化促进加速系数

，能够根据水溶胶固化促进加速系数分析出不同环境参数下的水溶胶固化时间

，

为标准环境参数下的水溶胶固化速率，即标准环境参数为温度为22℃、湿度35%以及空气流通速率为350mm/s，能够准确获得水溶胶固化时间。

其中，水溶胶实际固化速率的计算公式：

，V为水溶胶在空气中的实际固化速率，

为水溶胶初始放置在水平承载台时水溶胶最高点到水平承载台表面的距离，

为水溶胶固化后水溶胶最高点到水平承载台表面的距离，

为监测时间间隔T内水溶胶到水平承载台表面的距离的变化量，K为设定的距离差阈值，当

小于K时，表明水溶胶已彻底固化完成，

为水溶胶从初始放置在水平承载台到水溶胶最高点到水平承载台表面的距离的变化量小于距离差阈值时所对应的固化时长。

环境固化加速模型为

，其中，

为温度干扰比例系数，取值0.45，

为湿度干扰比例系数，取值0.23，

、

和

分别为环境中的温度、湿度和空气流通速率，

、

和

分别为标准环境参数下温度、湿度和空气流通速率。

如图1-8所示，一种水溶胶表面全自动测量装置，包括光强反射调节机构，光强反射调节机构包括执行测量工作台1以及设置在执行测量工作台1上的旋转夹持组件2和与旋转夹持组件2相配合的多重角度调节组件3；

执行测量工作台1包括U型工作台架11，U型工作台架11上滑动安装有Y轴操作平台12，Y轴操作平台12上滑动安装有X轴操作平台13，Y轴操作平台12和X轴操作平台13的运动轨迹相垂直，Y轴操作平台12的延伸板与设在U型工作台架11上第一传动丝杠14相配合，第一传动丝杠14由第一执行电机控制转动运行，X轴操作平台13的延伸板与安装在Y轴操作平台12侧面的第二传动丝杠15相配合，第二传动丝杠15通过联轴器与第二执行电机连接，通过第一执行电机带动第一传动丝杠14转动，通过第二执行电机带动第二传动丝杠15转动。

Y轴操作平台12上开有与U型工作台架11上的第一导轨滑动配合的第一导槽，X轴操作平台13上开有与Y轴操作平台12上的第二导轨滑动配合的第二导槽，所述Y轴操作平台12上的第一导槽和第二导轨相垂直。

第一传动丝杠14的轴线与第二传动丝杠15的轴向相垂，以控制X轴操作平台13在XY平面内移动。

X轴操作平台13下方固定有导向板16和第三传动丝杠18，第三传动丝杠18贯穿导向板16与第三执行电机连接，导向板16的限位槽内滑动安装有与第三传动丝杠18相配合的限位连接板17，限位连接板17通过第一连接柱19与旋转夹持组件2连接，通过第三传动丝杠18转动，带限位连接板17沿限位槽进行滑动，调节旋转夹持组件2在Z轴上的高度。

旋转夹持组件2包括与第一连接柱19相连接的U型加持框21和弧形导板22，U型加持框21两侧对称开有第一齿槽，弧形导板22两侧对称开有第二齿槽，旋转限位齿轮柱26依次与第一齿槽和第二齿槽相配合，当拔出与旋转限位齿轮柱26相连接的手持端部27可调节U型加持框21和弧形导板22的相对转动，当推动手持端部27将旋转限位齿轮柱26插入U型加持框21和弧形导板22时，阻碍U型加持框21和弧形导板22的相对转动，弧形导板22内侧开有第一弧形槽23，第一弧形槽23两侧对称开有弧形导向槽24，U型加持框21内设置有主动齿轮25，主动齿轮25通过贯穿U型加持框21的输出轴与主动电机连接。

多重角度调节组件3包括支撑连杆31，支撑连杆31上端通过连接支柱312与弧形传动板32固定连接，下端固定有支撑底板33，支撑连杆31两侧设置有与弧形导向槽24滑动配合的第二连接柱311，弧形传动板32包括弧形板321、活动齿板324和缓冲弹簧326，弧形板321上分布有若干与主动齿轮25相啮合的齿牙322，弧形板321两侧对称开有阶梯插接槽323，连接导向柱325与阶梯插接槽323底部固定连接并与活动齿板324滑动配合，缓冲弹簧326一端与阶梯插接槽323内壁连接，另一端与活动齿板324连接，当主动齿轮25带动弧形传动板32进行测量角度调节的过程中，主动齿轮25啮合至弧形传动板32一端时，主动齿轮25继续与活动齿板324啮合，带动活动齿板324沿连接导向柱325方向移动，缓冲弹簧326被压缩，当主动齿轮25上的齿牙322依次与活动齿板324啮合时，缓冲弹簧326从压缩到恢复过程中的往复运动，能够保证镜头的测量角度旋转至45°时，不继续进行转动，同时避免主动齿轮25与弧形传动板32相脱节，提高了测量角度转动的稳定性和可靠性。

支撑底板33底面两侧对称设置有两挡板、第二铰接连杆35以及传动调节件36，两挡板间交接有第一铰接连杆34，第一铰接连杆34与第二铰接连杆35相铰接，传动调节件36包括两限位挡板361和动力传动丝杠363，两限位挡板361间设置有导向连板362，动力传动丝杠363通过轴承依次贯穿两限位挡板361，动力传动丝杠363通过联轴器与电机连接，连接导向限位板364上开有与导向连板362滑动配合的导向孔365以及与动力传动丝杠363螺纹配合的螺纹导通孔366，第二铰接连杆35一端与连接导向限位板364相铰接，另一端与平衡板37一端相铰接，平衡板37下端固定有激光镜头38。

通过调节位于支撑底板33两端的连接导向限位板364相对动力传动丝杠363的位置，可调节平衡板37的倾斜角度，当从平衡板37处于水平状态开始，调节与动力传动丝杠363相连接的电机工作，使得位于支撑底板33左侧的连接导向限位板364处于导向连板362的最左端，且位于支撑底板33右侧的连接导向限位板364处于导向连板362的最左端时，平衡板37从逆时针转动转动45°，当开始调节与动力传动丝杠363相连接的电机工作，使得位于支撑底板33左侧的连接导向限位板364位于导向连板362最右端时，且位于支撑底板33右侧的连接导向限位板364处于导向连板362的最右端时，平衡板37从顺时针转动转动45°，通过传动调节件36与第一铰接连杆34和第二铰接连杆35的配合，能够弥补弧形传动板32无法继续90°转交调节的难题，进而实现镜头38的双重角度调节，达到镜头38进行0-180°的转动调节范围，同时能够避免因激光传感器的测量量程有限而导致若弧形传动板32为半圆形可进行90°转动所造成的弧形传动板32与承载水溶胶表面的水平承载台发生碰撞，同时因半圆型的弧形传动板32阻碍测量量程有限的激光测距传感器的测量，损坏多重角度调节组件3的问题，在满足测量角度转动调节的同时，能够提高测量的便利性。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水溶胶表面全自动测量装置，其特征在于：所述测量装置包括光强反射调节机构，光强反射调节机构包括执行测量工作台（1）以及设置在执行测量工作台（1）上的旋转夹持组件（2）和与旋转夹持组件（2）相配合的多重角度调节组件（3）；

执行测量工作台（1）包括U型工作台架（11），U型工作台架（11）上滑动安装有Y轴操作平台（12），Y轴操作平台（12）上滑动安装有X轴操作平台（13），Y轴操作平台（12）的延伸板与设在U型工作台架（11）上第一传动丝杠（14）相配合，X轴操作平台（13）的延伸板与安装在Y轴操作平台（12）侧面的第二传动丝杠（15）相配合；

X轴操作平台（13）下方固定有导向板（16）和第三传动丝杠（18），导向板（16）的限位槽内滑动安装有与第三传动丝杠（18）相配合的限位连接板（17），限位连接板（17）通过第一连接柱（19）与旋转夹持组件（2）连接；

旋转夹持组件（2）包括与第一连接柱（19）相连接的U型加持框（21）和弧形导板（22），弧形导板（22）内侧开有第一弧形槽（23），第一弧形槽（23）两侧对称开有弧形导向槽（24），U型加持框（21）内设置有主动齿轮（25），主动齿轮（25）通过贯穿U型加持框（21）的输出轴与主动电机连接；

多重角度调节组件（3）包括支撑连杆（31），支撑连杆（31）上端通过连接支柱（312）与弧形传动板（32）固定连接，下端固定有支撑底板（33），支撑连杆（31）两侧设置有与弧形导向槽（24）滑动配合的第二连接柱（311）；

支撑底板（33）底面两侧对称设置有两挡板、第二铰接连杆（35）以及传动调节件（36），两挡板间交接有第一铰接连杆（34），第一铰接连杆（34）与第二铰接连杆（35）相铰接，第二铰接连杆（35）一端与传动调节件（36）铰接，另一端与固定有镜头（38）的平衡板（37）相铰接。

2.根据权利要求1所述的一种水溶胶表面全自动测量装置，其特征在于：所述U型加持框（21）两侧对称开有第一齿槽，弧形导板（22）两侧对称开有第二齿槽，旋转限位齿轮柱（26）依次与第一齿槽和第二齿槽相配合。

3.根据权利要求2所述的一种水溶胶表面全自动测量装置，其特征在于：所述弧形传动板（32）包括弧形板（321）、活动齿板（324）和缓冲弹簧（326），弧形板（321）上分布有若干与主动齿轮（25）相啮合的齿牙（322），弧形板（321）两侧对称开有阶梯插接槽（323），连接导向柱（325）与阶梯插接槽（323）底部固定连接并与活动齿板（324）滑动配合，缓冲弹簧（326）一端与阶梯插接槽（323）内壁连接，另一端与活动齿板（324）连接。

4.根据权利要求3所述的一种水溶胶表面全自动测量装置，其特征在于：所述传动调节件（36）包括两限位挡板（361）和动力传动丝杠（363），两限位挡板（361）间设置有导向连板（362），动力传动丝杠（363）通过轴承依次贯穿两限位挡板（361），动力传动丝杠（363）通过联轴器与电机连接，连接导向限位板（364）上开有与导向连板（362）滑动配合的导向孔（365）以及与动力传动丝杠（363）螺纹配合的螺纹导通孔（366），第二铰接连杆（35）一端与连接导向限位板（364）相铰接，另一端与平衡板（37）一端相铰接。

5.根据权利要求4所述的一种水溶胶表面全自动测量装置的测量系统，其特征在于：包括激光收发获取模块、反射光强处理模块、光强反射调节机构、形貌分析管理模块、环境参数采集模块和固化干扰评估模块；

激光收发获取模块用于以脉冲方式发送激光至水溶胶表面，并接收经水溶胶表面反射的光强度，反射的光强度发送至反射光强处理模块；

反射光强处理模块用于提取激光收发获取模块接收的经水溶胶表面反射的光强度，判断经水溶胶表面反射的光强度是否大于设定的光强度阈值，若小于设定的光强度阈值，则反射光强处理模块发送控制指令至光强反射调节机构，用于控制位于光强反射调节机构上的镜头进行角度调节；

光强反射调节机构用于获取反射光强处理模块发送的控制指令，控制激光测距传感器上的镜头沿弧形导轨进行转动，并实时分析激光测距传感器上的镜头相对于光强反射调节机构的转动角度；

形貌分析管理模块用于获取镜头转动的角度，根据镜头转动的角度分析出镜头转动角度所对应的过量转动偏移补偿，并获取经过量转动偏移补偿后的激光发射点到水溶胶表面的距离，根据光强反射调节机构中的镜头在XYZ轴上的高度以及激光发射点到水溶胶表面的距离分析出水溶胶表面的形貌数据；

环境参数采集模块用于实时采集待测水溶胶所在环境中的温度、湿度以及空气流通速率；

固化干扰评估模块用于获取形貌分析管理模块发送的水溶胶表面的形貌数据分析出水溶胶实际固化速率，并获取环境参数采集模块采集的环境中的温度、湿度以及空气流通速率，通过环境固化加速模型分析出在当前环境参数下的水溶胶固化促进加速系数

，能够根据水溶胶固化促进加速系数分析出不同环境参数下的水溶胶固化时间。

6.基于权利要求5所述的一种水溶胶表面全自动测量系统的全自动测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、建立放置待测水溶胶表面的水平承载台坐标面，将旋转夹持组件（2）上的多重角度调节组件（3）进行复位；

步骤2、启动与第一传动丝杠（14）相连的第一执行电机，带动多重角度调节组件（3）沿X轴进行移动，移动过程中，实时获取判断经水溶胶表面反射的光强度；

步骤3、判断光强度是否小于设定的光强度阈值，若小于设定的光强度阈值，则与主动齿轮（25）连接的电机工作，带动主动齿轮（25）转动，进而带动弧形传动板（32）沿弧形导向槽（24）的轨迹方向转动，直至激光收发端接收的反射光强度大于设定的光强度阈值；

步骤4、实时获取镜头XYZ轴的位置坐标，根据激光收发端到镜头的距离，分析出水溶胶表面的形貌尺寸。

7.根据权利要求6所述的全自动测量方法，其特征在于：当经水溶胶表面反射的光强度小于设定的第一光强度安全阈值时，需调节多重角度调节组件（3）使得镜头（38）转动w3的转动角度，经转动角度的计算方法，如下：

步骤H1、获取弧形传动板（32）的转动时间t1，根据转动时间t1计算出第一转动角度a1，根据第一转动角度a1进行转动角度的过量转动偏移补偿；

步骤H2、当主动齿轮（25）与弧形传动板（32）端部相啮合时，经镜头（38）发出的激光经水溶胶表面反射的光强度小于设定的第一光强度安全阈值，则启动与动力传动丝杠（363）相连的电机继续工作，直至激光收发端接收的反射光强度等于设定的第一光强度安全阈值；

步骤H3、获取与动力传动丝杠（363）相连的两电机分别转动时长，根据转动时长筛选出位于支撑底板（33）两端的动力传动丝杠（363）在导向连板（362）的位置，计算出平衡板（37）的第二转动角度a2；

步骤H4、对镜头（38）的第二转动角度a2进行过量转动偏移补偿。

8.根据权利要求7所述的全自动测量方法，其特征在于：所述步骤H1和步骤H4中的过量转动偏移补偿的步骤为：

步骤L1、获取经水溶胶表面反射的光强度等于光强度阈值所对应的激光收发端到水溶胶表面的距离d；

步骤L2、调节多重角度调节组件（3）转动w3角度，采用弧形计算公式，计算出转动w3角度所对应的水溶胶表面的弧形扫描长度s，

；

步骤L3、获取多重角度调节组件（3）相对于平衡状态下的转动角度w1，根据步骤H1以及转动角度w1，确定水溶胶表面的激光光强点位置；

步骤L4、控制镜头（38）沿镜头（38）的反方向水平移动，并实时判断水平移动过程中，经水溶胶表面反射的光强度所对应的距离di以及多重角度调节组件（3）相对于平衡状态下的角度，确定水溶胶表面的激光光强点位置；

步骤L5、判断步骤L4下水溶胶表面的激光光强点位置与步骤L3中的水溶胶表面的激光光强点位置是否相重合，若重合，则停止镜头（38）继续向反方向水平移动。

9.根据权利要求6所述的全自动测量方法，其特征在于：所述水溶胶实际固化速率的计算公式：

，V为水溶胶在空气中的实际固化速率，

为水溶胶初始放置在水平承载台时水溶胶最高点到水平承载台表面的距离，

为水溶胶固化后水溶胶最高点到水平承载台表面的距离，

为监测时间间隔T内水溶胶到水平承载台表面的距离的变化量，K为设定的距离差阈值，

为水溶胶从初始放置在水平承载台到水溶胶最高点到水平承载台表面的距离的变化量小于距离差阈值时所对应的固化时长。

10.根据权利要求9所述的全自动测量方法，其特征在于：所述环境固化加速模型为

，其中，

为温度干扰比例系数，取值0.45，

为湿度干扰比例系数，取值0.23，

、

和

分别为环境中的温度、湿度和空气流通速率，

、

和

分别为标准环境参数下温度、湿度和空气流通速率。

Images