大器的輸出電壓信號，高速數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率為100MHZ;采用激光發(fā)射的光 路系統(tǒng)集成以及作為非接觸式測量元件的電容式位移傳感器的搭配使用實現(xiàn)了板材厚度 的非接觸式測量； 所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)集成包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和顯示屏，由于高速數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù) 據(jù)為峰值混疊、背景噪聲復雜的雙極性信號，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對高速數(shù)據(jù)采集卡采集的 雙極性信號依次進行一次降噪、求解單邊包絡、二次降噪、平滑處理，以使峰值混疊、背景噪 聲復雜的雙極性信號轉換成峰值清晰、背景噪聲小的單極性信號，從而分別準確獲得縱波、 表面波、橫波第一次到達板材上表面0點處的時間以及縱波、橫波經(jīng)過板材下表面一次反 射到達板材上表面0點處的時間，根據(jù)時間軸自左向右的順序，首先是縱波沿板材上表面 傳播第一次到達板材上表面〇點處產(chǎn)生縱波的第一次波峰，之后是表面波沿板材上表面?zhèn)?播第一次到達板材上表面0點處產(chǎn)生表面波的第一次波峰，之后是橫波沿板材上表面?zhèn)鞑?第一次到達板材上表面0點處產(chǎn)生橫波的第一次波峰，因為表面波速度與橫波速度幾乎相 同，因此當電容式位移傳感器的中心點與掃描振鏡的水平距離L較小時表面波和橫波的波 峰因為時間差過小而混疊為一個波峰，當電容式位移傳感器的中心點與掃描振鏡的水平距 離L較大時表面波和橫波的波峰將因時間差變大而區(qū)分開，在縱波、表面波、橫波沿板材上 表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處之后，透射入板材內的縱波和橫波以一定入射角分 別入射至板材下表面，再由板材下表面反射至板材上表面〇點處，所以之后是縱波第二次 到達板材上表面〇點處產(chǎn)生縱波的第二次波峰，再之后是橫波第二次到達板材上表面〇點 處產(chǎn)生橫波的第二次波峰，再之后則依次是縱波和橫波經(jīng)過板材下表面的一次反射到達板 材上表面，再由板材上表面反射至板材下表面，并由板材下表面二次反射后第三次到達板 材上表面0點處產(chǎn)生的第三次波峰，縱波和橫波到達板材上表面0點處產(chǎn)生的第四次及第 四次以上的波峰以此類推，這里我們只關注縱波、橫波前兩次到達板材上表面0點處產(chǎn)生 的波峰，縱波的第一次波峰與第二次波峰的時間間隔為縱波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_ 板材上表面0點處和縱波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處的時間 間隔，橫波的第一次波峰與第二次波峰的時間間隔為橫波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_ 板材上表面0點處和橫波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處的時間 間隔T2，所述高溫檢測計設置在板材的上方用于測量板材的溫度，根據(jù)板材的板材屬性以 及高溫檢測計的測量溫度值，可以查得縱波在板材內的傳播速度vp以及橫波在板材內的傳 播速度vs，于是板材的厚度h主要有以下兩種計算方法： 方法一，利用縱波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處和縱波經(jīng)過板材 下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處的時間間隔1\計算板材的厚度h，時間 間隔的起點是縱波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處的時刻，時間間 隔1\的終點是縱波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處的時刻，假 設板材的厚度為h，則縱波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處的路徑長度 為L，傳播時間為f
而縱波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處 的路徑長度為
，于是縱波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝? 次到達板材上表面0點處和縱波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點 處的時間間隔為
，于是當縱波第一次到達板材上表面0點處和縱波第二 次到達板材上表面0點處的時間間隔為1\時，由
|得到板材的厚度
方法二，利用橫波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處和橫波經(jīng)過板材 下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處的時間間隔1~2計算板材的厚度h，時間 間隔T2的起點是橫波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處的時刻，時間間 隔1~ 2的終點是橫波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處的時刻，假 設板材的厚度為h，則橫波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝淮蔚竭_板材上表面0點處的路徑長度 為L，傳播時間為
?而橫波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點處 的路徑長度為
于是橫波沿板材上表面?zhèn)鞑サ谝? 次到達板材上表面0點處和橫波經(jīng)過板材下表面一次反射后第二次到達板材上表面0點 處的時間間隔為
_于是當橫波第一次到達板材上表面〇點處和橫波第二 次到達板材上表面0點處的時間間隔為1~2時，由
，得到板材的厚度
上述兩種板材厚度計算方法中，因為當電容式位移傳感器的中心點與掃描振鏡的水平 距離L較小時，第一次到達板材上表面0點處的表面波及橫波是混疊在一起的，不利于橫波 到達時間的甄別，其次因為縱波第一次和第二次到達板材上表面0點處的時間相對橫波更 短，因此利用方法一來計算板材厚度所記錄數(shù)據(jù)量更小、且時間間隔短、誤差小，因此方法 一與方法二中優(yōu)選方法一計算板材的厚度值； 所述顯示屏用于顯示經(jīng)過一次降噪、求解單邊包絡、二次降噪、平滑處理之后得到的單 極性信號的圖形，以及經(jīng)計算之后得到的板材的厚度值，顯示屏所顯示的單極性信號圖形 的橫坐標為時間，縱坐標為經(jīng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后的前置放大器的輸出電壓，工作人員可 在顯示屏上直接查看板材的計算厚度值； 板材的計算厚度值通過數(shù)據(jù)線從數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)傳送到PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)中 預存有期望的板材預設厚度值，PLC控制系統(tǒng)將板材的計算厚度值與板材預設厚度值進行 比較，并根據(jù)比較結果向所述伺服電機發(fā)送正轉/反轉運動指令，伺服電機正轉或反轉使 得上輥輪向上或向下移動以調整上輥輪和下輥輪之間的間距使得后續(xù)生產(chǎn)板材的厚度值 與PLC控制系統(tǒng)的板材預設厚度值一致；PLC控制系統(tǒng)的具體算法是，首先將板材的計算厚 度值與板材預設厚度值進行比較并得到計算厚度值與板材預設厚度值的差值，若差值的絕 對值超過預定許可范圍，表示系統(tǒng)可能出現(xiàn)重大故障，則PLC控制系統(tǒng)控制蜂鳴器發(fā)出報 警蜂鳴，同時向上位機發(fā)出指令控制停機，等待檢測；若差值的絕對值在預定許可范圍內并 且差值為正，表明板材的實際厚度值偏大，于是PLC控制系統(tǒng)發(fā)送指令控制所述伺服電機 正轉，伺服電機通過減速器帶動第一絲桿正向旋轉，第一移動平臺因為第一螺紋孔和第一 絲桿的嚙合會向下運動，上輥輪同時向下運動，下輥輪固定不動，于是上輥輪和下輥輪之間 的間距變小，后續(xù)生產(chǎn)板材厚度值減小進而向板材預設厚度值靠攏，如果沒有達到板材預 設厚度值，則上述使板材厚度值減小的過程會再次重復進行，直到板材計算厚度值與板材 預設厚度值相等；若差值的絕對值在許可范圍內并且差值為負，表明板材的實際厚度值偏 小，于是PLC控制系統(tǒng)發(fā)送指令控制所述伺服電機反轉，伺服電機通過減速器帶動第一絲 桿反向旋轉，第一移動平臺因為第一螺紋孔和第一絲桿的嚙合會向上運動，上輥輪同時向 上運動，下輥輪固定不動，于是上輥輪和下輥輪之間的間距變大，后續(xù)生產(chǎn)板材厚度值增大 進向板材預設厚度值靠攏，如果沒有達到板材預設厚度值，則上述使板材厚度值增加的過 程會再次重復進行，直到板材計算厚度值與板材預設厚度值相等。
2. 如權利要求1所述的一種基于激光超聲的板材厚度在線檢測及調整系統(tǒng)，其特征 在于：所述豎向移動臺包括豎向設置的基座以及可豎向滑移地設置在基座上的第二移動平 臺，基座的縱向設置有兩根第二絲桿，第二移動平臺內設置有兩個與第二絲桿嚙合的第二 螺紋孔，第二絲桿的兩端通過軸承可轉動地設置在基座的上側壁和下側壁上，基座的上側 設置有可同時驅動兩根第二絲桿正轉或反轉的第二電機、以及可同時調節(jié)兩根第二絲桿正 轉或反轉的第二手動旋鈕，第二電機位于第二電機安裝室內，第二手動旋鈕位于第二電機 安裝室外部，工作時，通過第二電機或者第二手動旋鈕的轉動使兩根第二絲桿同時正轉或 同時反轉，第二移動平臺由于第二螺紋孔與第二絲桿的嚙合實現(xiàn)豎向的上下移動，第二移 動平臺通過螺栓與所述控制柜固定連接以實現(xiàn)控制柜沿豎向的移動；設計第二絲桿的螺 距，使得控制柜在豎向移動臺上的移動精度為0. 1mm，這樣可滿足控制柜在豎向的移動精度 要求。
3. 如權利要求1或2所述的一種基于激光超聲的板材厚度在線檢測及調整系統(tǒng)，其特 征在于：所述掃描振鏡的內部鏡片以一定速率在20°角的空間范圍內自由偏轉，從而控制 第二激光束以一定速度在大小為500*500mm的方框內任意入射。
4. 如權利要求3所述的一種基于激光超聲的板材厚度在線檢測及調整系統(tǒng)，其特征在 于：所述電容式位移傳感器螺紋套接在第三絲桿上，第三絲桿通過軸承可轉動地連接在控 制柜下端，通過第三絲桿的轉動，實現(xiàn)電容式位移傳感器的豎向位置的調節(jié)。
5. 如權利要求1所述的一種基于激光超聲的板材厚度在線檢測及調整系統(tǒng)，其特征在 于：所述電容式位移傳感器設置在板材上表面〇點處上方20mm處。
6. 如權利要求1所述的一種基于激光超聲的板材厚度在線檢測及調整系統(tǒng)，其特征在 于：所述激光發(fā)射器為Nd:YAG激光發(fā)射器，激光發(fā)射器的發(fā)射激光脈沖波長為1064nm。
【專利摘要】一種基于激光超聲的板材厚度在線檢測及調整系統(tǒng)，包括板材輥壓機構與板材厚度在線檢測機構，板材輥壓機構包括上輥輪、下輥輪、上下輥輪間距調整機構、以及PLC控制系統(tǒng)，板材厚度在線檢測機構包括光路系統(tǒng)集成、高溫檢測計、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成、以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)集成將峰值混疊、背景噪聲復雜的雙極性信號轉換成峰值清晰、背景噪聲小的單極性信號，從而準確獲得縱波、橫波前兩次到達板材上表面O點處的時間進而計算板材厚度值，將測得的板材厚度值與PLC控制系統(tǒng)內的板材預設厚度值進行比較，通過PLC控制系統(tǒng)對伺服電機發(fā)送正轉/反轉運動指令，從而調節(jié)上輥輪相對下輥輪的間距以使板材厚度值與板材預設厚度值一致。
【IPC分類】B21B38-04, B21B37-24
【公開號】CN104772348
【申請?zhí)枴緾N201510154514
【發(fā)明人】楊世錫, 劉永強, 甘春標, 劉學坤
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日