专利名称：自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及纸张检测领域，尤其涉及一种能够动态检测纸张三维变形的自动 跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪。
背景技术：
纸张印刷使用的胶印机除了印刷系统外，还配有纸张张力调节系统和防缠纸装置 等辅助部件，在走纸过程中，胶印机的每部分都有张力控制单元，而且胶印机结构紧密，稳 定性强，目的是保证纸张走纸时的位置准确并减少变形。由此可见，纸张变形对套准的影响 非常大，套印准确是所有印刷品共同的质量要求，也是调好墨色的前提条件，对纸张生产厂 家而言，纸张变形小，确保套印准确是纸张非常需要重视的品质。基于对套印准确度的重视，在纸张检测时，除了关心纸张变形过程中的张力变化 及测出相应的弹性模量等量化数据，也需要测量纸张在变形过程中的纵横方向及纸张厚度 的变化，以提高检测精度，进一步在纸张生产的过程中解决纸张变形过大的问题，降低印刷 的难度和成本。目前，工业上测量纸张张力与变形的主要设备采用立式纸张抗张强度试验机，此 类试验机一般为单丝立式结构，因其占地面积较小容易放置而得到广泛使用。但是，该种试 验机只能在拉伸完成后得到测量值，而无法在变形过程中进行跟踪测量。并且，该种试验机 只能测量纸张长度的变形，而对于宽度变形和厚度变形无法测量。现有技术中一般采用纸 张测厚仪测量纸张的厚度，但是，纸张测厚仪在测量时需要两边压紧测量，而纸张在拉伸过 程中无法压紧。因此，现有技术无法对纸张进行动态测量，且不能在纸张变形过程中对纸张 的厚度与宽度的变化进行测量，存在纸张变形测量精度低，不能满足套印要求的技术问题。

实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形 分析仪，以解决现有技术中纸张变形测量精度低，不能检测纸张的厚度变形与宽度变形，不 能满足套印要求的技术问题。为达到上述目的，本实用新型提供一种自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与 变形分析仪，包括机架、拉伸机构、宽度检测机构和厚度检测机构，其中，拉伸机构设置在机架一侧，其进一步包括固定夹紧座、移动夹紧座、拉伸电机、滚 珠丝杆副、齿轮和齿轮测速传感器，固定夹紧座、移动夹紧座上设置有夹紧槽，用于夹紧纸 张；拉伸电机与齿轮连接，滚珠丝杆副分别与齿轮和移动夹紧座连接，齿轮测速传感器与齿 轮连接，用于测量齿轮的转速，得到拉伸长度值；宽度检测机构设置在拉伸机构上方与机架连接，其进一步包括第一跟踪电机、凸 轮机构、宽度摄像头调焦架、第一调焦电机、宽度摄像头、宽度显微镜和环形光源，第一跟踪 电机通过一联轴器连接至凸轮机构的一端，宽度摄像头调焦架连接至凸轮机构另一端，宽 度摄像头调焦架上设置有滚珠丝杆副和摄像头固定座，第一调焦电机设置在宽度摄像头调焦架上部通过一联轴器与宽度摄像头调焦架连接；滚珠丝杆副设置在宽度摄像头调焦架内 侧，摄像头固定座一端与滚珠丝杆副连接；联轴器与摄像头固定座通过螺杆连接，宽度摄像 头、宽度显微镜和环形光源依次连接且宽度显微镜连接至摄像头固定座另一端；厚度检测机构与机架连接，其设置在宽度检测机构下方且与拉伸机构相对应，厚 度检测机构进一步包括第二跟踪电机、厚度摄像头跟踪架、厚度摄像头调焦架、第二调焦 电机、厚度摄像头、厚度显微镜和环形光源，厚度摄像头跟踪架上设置有滚珠导轨副和厚度 摄像头跟踪安装座，第二跟踪电机设置在厚度摄像头跟踪架上部通过一联轴器与厚度摄像 头跟踪架连接；滚珠导轨副设置在厚度摄像头跟踪架内侧，厚度摄像头跟踪安装座一端与 滚珠导轨副连接；联轴器与厚度摄像头跟踪安装座通过螺杆连接；厚度摄像头调焦架连接 至厚度摄像头跟踪安装座另一端，厚度摄像头调焦架上设置有滚珠导轨副和厚度摄像头固 定座，第二调焦电机设置在厚度摄像头调焦架上部通过一联轴器与厚度摄像头调焦架连 接；滚珠导轨副设置在厚度摄像头调焦架内侧，厚度摄像头固定座一端与滚珠导轨副连接； 联轴器与厚度摄像头固定座通过螺杆连接，厚度摄像头、厚度显微镜和环形光源依次连接 且厚度显微镜连接至厚度摄像头固定座另一端。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，其还包括一第三跟踪电机，第三跟踪电机分别与宽度检测机构和厚度检测机构 连接，用以带动宽度检测机构和厚度检测机构沿纸张长度方向平移，跟踪测量纸张变形。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，其凸轮机构为一偏心转盘。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，其宽度显微镜采用0. 7倍-4. 5倍显微镜头。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，其厚度显微镜采用0. 63X3.5倍-5X3. 5倍连续变倍显微镜头。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，上述的宽度摄像头和厚度摄像头的像素值均为300万像素。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，上述的各电机均为57系列两相混合式步进电机，且该步进电机的最小步距为 1. 8/16 度。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，还包括控制器和显示装置，控制器分别与拉伸机构、宽度检测机构、厚度检测机 构和显示装置连接，用于控制拉伸机构、宽度检测机构和厚度检测机构的运动，接收各机构 的测量结果，并将测量结果发送至显示装置进行显示。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，上述的显示装置为液晶显示器。依照本实用新型较佳实施例所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变 形分析仪，上述的控制器与上位机连接，接收上位机的控制信号。本实用新型的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪结构简单，安 装方便。该分析仪通过二维显微系统对试样拉伸过程中纸张厚度与宽度的变化进行实时测 量，同时通过齿轮测速传感器采集齿轮转速信号，再通过计算获取纸张拉伸长度的实时变形量，实现了实时跟踪检测纸张在拉伸过程中的长度变形、宽度变形和厚度变形。并且，其 通过摄像头来检测纸张的变形，只需改变显微镜头的放大倍数就能实现测量精度的调整。 装置采用300万像素的摄像机和5X3. 5倍的放大镜头，检测精度可达到0. 2um，测量精度高。 因此，本实用新型实现了纸张变形过程中对纸张的三维变形量的动态跟踪测量，并且测量 精度高，提高了检测精度，有助于在纸张生产的过程中解决纸张变形过大的问题，有效保证 纸张套印质量。另外，该系统还能够实现连续调焦，其设定好步进电机的控制信号，就可以 通过步进电机驱动滚珠丝杆副实现对显微镜头的连续调焦，操作简单，使用非常方便。

图1为本实用新型自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪的正视 图；图2为本实用新型实施例的拉伸机构的结构示意图；图3为本实用新型实施例的宽度检测机构与厚度检测机构的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本实用新型。请参阅图1，一种自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，包括机 架10、拉伸机构20、宽度检测机构30、厚度检测机构40和第三跟踪电机50。拉伸机构20 设置在机架10 —侧，宽度检测机构30设置在拉伸机构20上方与机架10连接，厚度检测机 构40与机架10连接，其设置在宽度检测机构30下方且与拉伸机构20相对应，第三跟踪电 机50分别与宽度检测机构30和厚度检测机构40连接，用以带动宽度检测机构30和厚度 检测机构40沿纸张长度方向平移，跟踪测量纸张变形。请再参阅图2，其为本实用新型实施例的拉伸机构的结构示意图。拉伸机构20包 括固定夹紧座201、移动夹紧座202、拉伸电机203、滚珠丝杆副204、齿轮205和齿轮测速 传感器206。固定夹紧座201、移动夹紧座202上设置有夹紧槽207，用于夹紧试样纸张。拉 伸电机203通过联轴器60与齿轮205连接，滚珠丝杆副204分别与齿轮205和移动夹紧座 202连接，齿轮测速传感器206与齿轮205连接，用于测量齿轮205的转速，得到拉伸长度 值。启动拉伸电机203后，齿轮205转动，同时，滚珠丝杆副204进行换向，带动移动夹紧座 202水平运动，从而实现对纸张进行拉伸。拉伸过程中，通过齿轮测速传感器206测量得到 齿轮205的实时转速，再通过计算即可得到拉伸长度值，进而得到长度方向的实时变形量。请参阅图3，其为本实用新型实施例的宽度检测机构与厚度检测机构的结构示意 图。宽度检测机构30包括第一跟踪电机301、凸轮机构302、宽度摄像头调焦架303、第一 调焦电机304、宽度摄像头305、宽度显微镜306和环形光源80，第一跟踪电机301通过联轴 器60连接至凸轮机构302的一端，宽度摄像头调焦架303连接至凸轮机构302另一端，宽 度摄像头调焦架303上设置有滚珠丝杆副307和摄像头固定座308，第一调焦电机304设 置在宽度摄像头调焦架303上部通过联轴器60与宽度摄像头调焦架303连接。滚珠丝杆 副307设置在宽度摄像头调焦架303内侧，摄像头固定座308 —端与滚珠丝杆副307连接。 联轴器60与摄像头固定座308通过螺杆70连接，宽度摄像头305、宽度显微镜306和环形 光源80依次连接且宽度显微镜306连接至摄像头固定座308另一端。[0027]在本实例中，上述的凸轮机构302为偏心装置，第一跟踪电机301通过该偏心装置 带动宽度摄像头调焦架303伸出或缩回，在纸张变形过程中沿宽度方向进行跟踪，实现宽 度方向的跟踪测量。在本实用新型的一个较佳实施例中，凸轮机构302可采用一偏心转盘。请继续参阅图3，厚度检测机构40包括第二跟踪电机401、厚度摄像头跟踪架 402、厚度摄像头调焦架403、第二调焦电机404、厚度摄像头405、厚度显微镜406和环形光 源80，厚度摄像头跟踪架402上设置有滚珠导轨副407和厚度摄像头跟踪安装座408，第二 跟踪电机401设置在厚度摄像头跟踪架402上部通过一联轴器60与厚度摄像头跟踪架402 连接；滚珠导轨副407设置在厚度摄像头跟踪架402内侧，厚度摄像头跟踪安装座408 —端 与滚珠导轨副407连接；联轴器60与厚度摄像头跟踪安装座408通过螺杆70连接；厚度摄 像头调焦架403连接至厚度摄像头跟踪安装座408另一端，厚度摄像头调焦架403上设置 有滚珠导轨副407和厚度摄像头固定座409，第二调焦电机404设置在厚度摄像头调焦架 403上部通过一联轴器60与厚度摄像头调焦架403连接；滚珠导轨副407设置在厚度摄像 头调焦架403内侧，厚度摄像头固定座409 —端与滚珠导轨副407连接；联轴器60与厚度 摄像头固定座409通过螺杆70连接，厚度摄像头405、厚度显微镜406和环形光源80依次 连接且厚度显微镜406连接至厚度摄像头固定座409另一端。在本实用新型的较佳实施例中，上述的各电机均采用57系列两相混合式步进电 机，步进电机的最小步距为1.8/16度。根据国标规定的15mm的标准式样宽度，上述的宽度 显微镜采用0. 7倍-4. 5倍显微镜头。并且，针对100微米薄纸的厚度变形量的测试，厚度 显微镜采用0. 63X3. 5倍-5X3. 5倍连续变倍显微镜头。另外，为了提高测量精度，达到厚 度方向微米级变形量的检测和获得高清晰的测量结果，宽度摄像头和厚度摄像头的像素值 均为300万像素。本实用新型的分析仪还可包括控制器和显示装置，用以控制各机构的动作并将测 量结果进行显示。其中，控制器分别与拉伸机构、宽度检测机构、厚度检测机构和显示装置 连接，用于控制拉伸机构、宽度检测机构和厚度检测机构的运动，接收各机构的测量结果， 并将测量结果发送至显示装置进行显示。一般，控制器与上位机连接，接收上位机的控制信 号，显示装置可采用液晶显示器。本实用新型的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪通过二维显 微系统即宽度检测机构和厚度检测机构对试样拉伸过程中纸张厚度与宽度的变化进行实 时测量，同时通过齿轮测速传感器采集齿轮转速信号，再通过计算获取纸张拉伸长度的实 时变形量，实现了实时跟踪检测纸张在拉伸过程中的长度变形、宽度变形和厚度变形。其具 体工作过程如下首先，夹紧纸张，调整二维显微摄像系统，使宽度检测机构和厚度检测机构清洗捕 捉到纸张的特征边缘；之后，启动拉伸电机对纸张进行连续拉伸，实时读取齿轮测速传感器 的测量结果，得到齿轮的实时转速，再通过计算得到拉伸长度值，从而得到长度方向的实时 变形量。同时，启动第一跟踪电机、第二跟踪电机和第三跟踪电机对纸张宽度和厚度变形进 行动态跟踪宽度摄像头观察纸张宽度方向的飘逸量，当飘逸量超过宽度摄像头的视场范 围时，调整第一跟踪电机和第三跟踪电机，将纸张的特征边缘调整至视场中间，完成跟踪定 位；厚度摄像头观察纸张厚度方向的漂移量，当漂移量超过厚度摄像头的视场范围时，调整 第二跟踪电机和第三跟踪电机，将纸张的特征边缘调整至视场中间，完成跟踪定位。最后，跟踪定位完成后，启动第一调焦电机和第二调焦，对宽度摄像头和厚度摄像头进行精确对 焦，找清被摄对象后拍摄图像，并对拍摄图像进行分析，得到宽度和厚度实时变形量。上述步骤中，每一装置的动作参数均可通过控制器进行设置，并且，每一测量结果 和图像拍摄过程中的图像对焦以及最终的拍摄图像均可通过显示装置进行显示。本实用新型的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪结构简单，安 装方便。该分析仪通过二维显微系统对试样拉伸过程中纸张厚度与宽度的变化进行实时测 量，同时通过齿轮测速传感器采集齿轮转速信号，再通过计算获取纸张拉伸长度的实时变 形量，实现了实时跟踪检测纸张在拉伸过程中的长度变形、宽度变形和厚度变形。并且，其 通过摄像头来检测纸张的变形，只需改变显微镜头的放大倍数就能实现测量精度的调整。 采用300万像素的摄像机、4. 5倍和5X3. 5倍的放大镜头，检测精度可达到0. 2um，测量精度 高。因此，本实用新型实现了纸张变形过程中对纸张的三维变形量的动态跟踪测量，并且测 量精度高，提高了检测精度，有助于在纸张生产的过程中解决纸张变形过大的问题，有效保 证纸张套印质量。另外，该系统还能够实现连续调焦，其设定好步进电机的控制信号，就可 以通过步进电机驱动滚珠丝杆副实现对显微镜头的连续调焦，操作简单，使用非常方便。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但本实用新型并非局限于此，任 何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本实用新型的保护范围内。
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权利要求一种自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征在于，包括机架、拉伸机构、宽度检测机构和厚度检测机构，其中，所述拉伸机构设置在所述机架一侧，其进一步包括固定夹紧座、移动夹紧座、拉伸电机、滚珠丝杆副、齿轮和齿轮测速传感器，所述固定夹紧座、移动夹紧座上设置有夹紧槽，用于夹紧纸张；所述拉伸电机与所述齿轮连接，所述滚珠丝杆副分别与所述齿轮和移动夹紧座连接，所述齿轮测速传感器与所述齿轮连接，用于测量齿轮的转速，得到拉伸长度值；所述宽度检测机构设置在所述拉伸机构上方与所述机架连接，其进一步包括第一跟踪电机、凸轮机构、宽度摄像头调焦架、第一调焦电机、宽度摄像头、宽度显微镜和环形光源，所述第一跟踪电机通过一联轴器连接至所述凸轮机构的一端，所述宽度摄像头调焦架连接至所述凸轮机构另一端，所述宽度摄像头调焦架上设置有滚珠丝杆副和摄像头固定座，所述第一调焦电机设置在所述宽度摄像头调焦架上部通过一联轴器与所述宽度摄像头调焦架连接；所述滚珠丝杆副设置在所述宽度摄像头调焦架内侧，所述摄像头固定座一端与所述滚珠丝杆副连接；所述联轴器与所述摄像头固定座通过螺杆连接，所述宽度摄像头、宽度显微镜和环形光源依次连接且所述宽度显微镜连接至所述摄像头固定座另一端；所述厚度检测机构与所述机架连接，其设置在所述宽度检测机构下方且与所述拉伸机构相对应，所述厚度检测机构进一步包括第二跟踪电机、厚度摄像头跟踪架、厚度摄像头调焦架、第二调焦电机、厚度摄像头、厚度显微镜和环形光源，所述厚度摄像头跟踪架上设置有滚珠导轨副和厚度摄像头跟踪安装座，所述第二跟踪电机设置在所述厚度摄像头跟踪架上部通过一联轴器与所述厚度摄像头跟踪架连接；所述滚珠导轨副设置在所述厚度摄像头跟踪架内侧，所述厚度摄像头跟踪安装座一端与所述滚珠导轨副连接；所述联轴器与所述厚度摄像头跟踪安装座通过螺杆连接；所述厚度摄像头调焦架连接至所述厚度摄像头跟踪安装座另一端，所述厚度摄像头调焦架上设置有滚珠导轨副和厚度摄像头固定座，所述第二调焦电机设置在所述厚度摄像头调焦架上部通过一联轴器与所述厚度摄像头调焦架连接；所述滚珠导轨副设置在所述厚度摄像头调焦架内侧，所述厚度摄像头固定座一端与所述滚珠导轨副连接；所述联轴器与所述厚度摄像头固定座通过螺杆连接，所述厚度摄像头、厚度显微镜和环形光源依次连接且所述厚度显微镜连接至所述厚度摄像头固定座另一端。
2.如权利要求1所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征 在于，还包括一第三跟踪电机，所述第三跟踪电机分别与所述宽度检测机构和厚度检测机 构连接，用以带动所述宽度检测机构和厚度检测机构沿纸张长度方向平移，跟踪测量纸张 变形。
3.如权利要求1所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征 在于，所述凸轮机构为一偏心转盘。
4.如权利要求1所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征 在于，所述宽度显微镜采用0. 7倍-4. 5倍显微镜头。
5.如权利要求1所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征 在于，所述厚度显微镜采用1 X 3. 5倍-5 X 3. 5倍连续变倍显微镜头。
6.如权利要求1所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征 在于，所述宽度摄像头和厚度摄像头的像素值均为300万像素。
7.如权利要求1或2所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪， 其特征在于，所述各电机均为57系列两相混合式步进电机，且该步进电机的最小步距为 1. 8/16 度。
8.如权利要求1所述的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，其特征 在于，所述分析仪还包括控制器和显示装置，所述控制器分别与所述拉伸机构、宽度检测机 构、厚度检测机构和显示装置连接，用于控制所述拉伸机构、宽度检测机构和厚度检测机构 的运动，接收各机构的测量结果，并将所述测量结果发送至所述显示装置进行显示。
9.如权利要求8所述的纸张三维变形量检测系统，其特征在于，所述显示装置为液晶 显不器。
10.如权利要求8所述的纸张三维变形量检测系统，其特征在于，所述控制器与上位机 连接，接收上位机的控制信号。
专利摘要一种自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪，包括机架、拉伸机构、宽度检测机构和厚度检测机构，其中，拉伸机构设置在机架一侧，用于对纸张进行拉伸并实时测量纸张变形过程中的拉伸长度值；宽度检测机构设置在拉伸机构上方与机架连接，用于动态跟踪检测纸张变形过程中的宽度变化量；厚度检测机构与机架连接，其设置在宽度检测机构下方且与拉伸机构相对应，用于动态跟踪检测纸张变形过程中的厚度变化量。本实用新型的自动跟踪测量纸张三维变形的纸张张力与变形分析仪实现了纸张三维变形量的动态跟踪测量，且测量精度高，有助于提高纸张质量保证套印质量。另外，本实用新型还具有结构简单、安装使用方便的优点。
文档编号G01N3/08GK201653808SQ20102019517
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者朱金辉, 李自明 申请人:上海伦恩通用技术有限公司