一种金属带材流水线厚度测量方法与流程

1.本发明涉及产品参数测量及质量监测领域，尤其涉及一种金属带材流水线厚度测量方法。


背景技术：

2.随着中国经济快速发展和工业化水平的不断提高，金属带材广泛应用于工业生产的各个环节，带材主要以绕包、贴敷等方式进行使用，对厚度的精度要求较高，需对带材进行专业测量，避免因生产过程中的测量不及时，造成原料浪费。为防止上述现象的发生，通常采用抽检方式进行管控，无法全面提升生产合格率，而对于流水线上的生产情况的实时监测，还缺乏有效手段，目前相关的测量方法有两种：
3.一是超声测厚法：其根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度；二是激光超声薄层材料厚度检测方法：利用激光脉冲辐照材料表面，因热弹性效应产生应力脉冲，应力脉冲同时以纵波、横波和表面波等形式的超声波向试样内部或沿表面传播，通过超声波的反射、散射或衰减表征缺陷，从而获取材料的厚度。
4.该两种方案均具有一定的应用效果，但仍存在明显的不足：第一种方法测量设备需贴合被测物，且在连续测量时，还需在待测材料表面涂抹耦合剂；另一种方案主要用于测量镀层或膜层厚度，对材料本身厚度缺乏准确测量依据；
5.为此，我们提出了一种金属带材流水线厚度测量方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提出一种适用于流水线的金属带材厚度测量方法，能够满足标准要求测量精度指标，避免因生产过程中的测量不及时，造成原料浪费的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
8.一种金属带材流水线厚度测量方法，由金属带材厚度自动检测系统实施，所述金属带材厚度自动检测系统包括金属带材流水线的实时采样装置和后台监测计算装置，该测量方法具体包括以下步骤：
9.s1、建立采样模型基准：选取流水线中一段布置整体高度为h的支架结构，将激光发射接收单元布置于结构上下两端a
t
点和ab点，金属带材沿箭头方向在流水线上匀速前进；
10.在理想状态下，带材上下平面与激光成垂直关系，受带材运动所产生的振动影响，带材上下平面与水平面成θ角；
11.s2、确定采样数据计算模型：由上方a
t
点垂直入射激光光源，经带材b
t
点反射后，由c
t
点接收,光源发射至接收时间长度为t，a点至b点距离为高度h
t
，a点至c点距离为偏离半径r
t
，则：
12.光经过的路程l
t
＝c
×
t
t
，c为光速；
13.存在关系：r
t2
+h
t2
＝(l
t-h
t
)2；
14.则高度
15.由下方ab点垂直入射激光光源，经带材bb点反射后，由cb点接收,光源发射至接收时间长度为t，a点至b点距离为高度hb，a点至c点距离为偏离半径rb[0016][0017]
因此，金属带材厚度d＝h-h
t-hb；
[0018]
s3、确定测量偏移量：当金属带材传输时，振动会引起带材平面发生水平角偏移θ，则光反射时，会产生反射偏移量：r＝h
×
tan2θ；
[0019]
s4、确定光源接收装置：光源接收装置应覆盖偏移量范围进行设计，透镜半径宜≥r。
[0020]
作为本发明进一步的方案：步骤s2中所述高度h的设计范围为2.5～3.5m，光速约为3
×
108m/s，要想使分辨率达到1mm，则测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间：0.001m/(3
×
108m/s)＝3ps，要分辨出3ps的时间，现有的激光位移传感器巧妙地避开了这一障碍，利用统计学原理，即平均法则实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度，根据该原理设计的激光位移传感器能在2m的量程范围内使测量精度达到1μm，可满足生产需求。
[0021]
作为本发明进一步的方案：步骤s3中所述振动会引起带材平面发生水平角偏移θ的范围确定：传送带工作时金属带材的振动主要由转轴滚动摩擦力和带材自身重力的合力作用造成，转轴滚动摩擦力越大，悬空带材长度越短时，振动范围最小。
[0022]
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
[0023]
(1)本发明的金属带材的流水线厚度检测方法，有别于以人工测量的现有方法，通过自动化手段和数据分析计算，实现了在金属带材生产过程中的实时检测；
[0024]
(2)本发明的厚度检测方法，提出一种新的测量方式，通过上下平面的同步测量，结合振动偏离角度数据的动态修正，可有效提升测量精度。
附图说明
[0025]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
[0026]
图1为本发明一种金属带材流水线厚度测量方法的流程图；
[0027]
图2为本实施例中带材上下平面与水平面成θ角的示意图；
[0028]
图3为本实施例中发生水平角偏移θ的示意图。
具体实施方式
[0029]
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。
[0030]
实施例
[0031]
请参阅图1-3，一种金属带材流水线厚度测量方法，由金属带材厚度自动检测系统
实施，所述金属带材厚度自动检测系统包括金属带材流水线的实时采样装置和后台监测计算装置，该测量方法具体包括以下步骤：
[0032]
首先，建立采样模型基准：请参阅图2，选取流水线中一段布置整体高度为h的支架结构，将激光发射接收单元布置于结构上下两端a
t
点和ab点，金属带材沿箭头方向在流水线上匀速前进；
[0033]
在理想状态下，带材上下平面与激光成垂直关系，受带材运动所产生的振动影响，带材上下平面与水平面成θ角；
[0034]
为尽量减少带材振动角度，将测量段进行缩减，设置0.2m、0.5m、1m三个区段配置传动滚轴进行测试。
[0035]
其次，确定采样数据计算模型：由上方a
t
点垂直入射激光光源，经带材b
t
点反射后，由c
t
点接收,光源发射至接收时间长度为t，a点至b点距离为高度h
t
，a点至c点距离为偏离半径r
t
，则：
[0036]
光经过的路程l
t
＝c
×
t
t
，c为光速；
[0037]
存在关系：r
t2
+h
t2
＝(l
t-h
t
)2；
[0038]
则高度
[0039]
由下方ab点垂直入射激光光源，经带材bb点反射后，由cb点接收,光源发射至接收时间长度为t，a点至b点距离为高度hb，a点至c点距离为偏离半径rb[0040]
则高度
[0041]
因此，金属带材厚度d＝h-h
t-hb；
[0042]
本实施例中所述高度h的设计范围为2.5～3.5m，光速约为3
×
108m/s，要想使分辨率达到1mm，则测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间：0.001m/(3
×
108m/s)＝3ps，要分辨出3ps的时间，现有的激光位移传感器巧妙地避开了这一障碍，利用统计学原理，即平均法则实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度，根据该原理设计的激光位移传感器能在2m的量程范围内使测量精度达到1μm，可满足生产需求。
[0043]
然后，确定测量偏移量：请参阅图3，当金属带材传输时，振动会引起带材平面发生水平角偏移θ，则光反射时，会产生反射偏移量：r＝h
×
tan2θ，通过调整配置的传动滚轴，确定合适的水平角偏移θ范围；
[0044]
需要说明的是，振动会引起带材平面发生水平角偏移，水平角偏移θ的范围确定具体为：传送带工作时金属带材的振动主要由转轴滚动摩擦力和带材自身重力的合力作用造成，转轴滚动摩擦力越大，悬空带材长度越短时，振动范围最小。
[0045]
最后，确定光源接收装置：光源接收装置应覆盖偏移量范围进行设计，透镜半径宜≥r；当金属带材生产时，测量装置实时测量带材厚度，将数据采样至生产管理端。
[0046]
综上，本发明的金属带材的流水线厚度检测方法，有别于以人工测量的现有方法，通过自动化手段和数据分析计算，实现了在金属带材生产过程中的实时检测；通过提出一种新的测量方式，通过上下平面的同步测量，结合振动偏离角度数据的动态修正，可有效提升测量精度。
[0047]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种金属带材流水线厚度测量方法，由金属带材厚度自动检测系统实施，所述金属带材厚度自动检测系统包括金属带材流水线的实时采样装置和后台监测计算装置，其特征在于，该测量方法具体包括以下步骤：s1、建立采样模型基准：选取流水线中一段布置整体高度为h的支架结构，将激光发射接收单元布置于结构上下两端a
t
点和a
b
点，金属带材沿箭头方向在流水线上匀速前进；在理想状态下，带材上下平面与激光成垂直关系，受带材运动所产生的振动影响，带材上下平面与水平面成θ角；s2、确定采样数据计算模型：由上方a
t
点垂直入射激光光源，经带材b
t
点反射后，由c
t
点接收,光源发射至接收时间长度为t，a点至b点距离为高度h
t
，a点至c点距离为偏离半径r
t
，则：光经过的路程l
t
＝c
×
t
t
，c为光速；存在关系：r
t2
+h
t2
＝(l
t-h
t
)2；则高度由下方a
b
点垂直入射激光光源，经带材b
b
点反射后，由c
b
点接收,光源发射至接收时间长度为t，a点至b点距离为高度h
b
，a点至c点距离为偏离半径r
b
则高度因此，金属带材厚度d＝h-h
t-h
b
；s3、确定测量偏移量：当金属带材传输时，振动会引起带材平面发生水平角偏移θ，则光反射时，会产生反射偏移量：r＝h
×
tan2θ；s4、确定光源接收装置：光源接收装置应覆盖偏移量范围进行设计，透镜半径宜≥r。2.根据权利要求1所述的一种金属带材流水线厚度测量方法，其特征在于，步骤s2中所述高度h的设计范围为2.5～3.5m，光速约为3
×
108m/s，要想使分辨率达到1mm，则测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间：0.001m/(3
×
108m/s)＝3ps，要分辨出3ps的时间，现有的激光位移传感器巧妙地避开了这一障碍，利用统计学原理，即平均法则实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度，根据该原理设计的激光位移传感器能在2m的量程范围内使测量精度达到1μm，可满足生产需求。3.根据权利要求1所述的一种金属带材流水线厚度测量方法，其特征在于，步骤s3中所述振动会引起带材平面发生水平角偏移θ的范围确定：传送带工作时金属带材的振动主要由转轴滚动摩擦力和带材自身重力的合力作用造成，转轴滚动摩擦力越大，悬空带材长度越短时，振动范围最小。

技术总结
本发明公开了一种金属带材流水线厚度测量方法，涉及产品参数测量及质量监测领域，由金属带材厚度自动检测系统实施，所述金属带材厚度自动检测系统包括金属带材流水线的实时采样装置和后台监测计算装置，该测量方法具体包括以下步骤：建立采样模型基准、确定采样数据计算模型、确定测量偏移量与确定光源接收装置；本发明通过自动化手段和数据分析计算，实现了在金属带材生产过程中的实时检测，并提出一种新的测量方式，通过上下平面的同步测量，结合振动偏离角度数据的动态修正，可有效提升测量精度。测量精度。测量精度。


技术研发人员：吴明孝 白银浩 杨威 种鹏蛟 孔祥湾 黄振亮
受保护的技术使用者：温州安能科技有限公司
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/18