CN102410824A - 一种钢板厚度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

为了解决传统手工测量钢板厚度方法操作繁琐，精度较低的问题，本发明涉及一种钢板厚度的检测装置和方法，特别涉及一种通过气缸加载、传感器测量的检测装置及方法，属于测量领域。钢板厚度检测装置由加载测量系统、剪钳结构组成；剪钳结构一端夹紧钢板，另一端与加载测量系统连接，由加载测量系统完成加载、钢板厚度测量测量和通信。本发明采用微处理器和传感器相结合控制方式使得钢板测量装置的操作简单，无需频繁的量程切换，实现了电子化测量钢板的厚度，同时本发明通过高精度的位移传感器测量加载位移，压力传感器监测剪钳结构加载力，同时采用高次曲线拟合模型拟合钢板的厚度，能够获得高精度的测量结果。

Description

一种钢板厚度检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种钢板厚度的检测装置和方法，特别涉及一种通过气缸加载、传感器测量的检测装置及方法，属于测量领域。

背景技术

在冶金行业中，钢板厚度是钢板规格的重要指标之一。钢板的厚度测量分成接触式检测和非接触式检测。不同厚度规格的钢板要求公差范围不同，使用传统的检测工具需要工人根据钢板厚度规格手动选择合适的量程，定位、切换操作繁琐，测量速度较慢且误差随机性较大，测量工具长期使用会出现磨损从而导致误差偏移、影响测量结果。

发明内容

为了解决传统手工测量钢板厚度方法操作繁琐，精度较低的问题，本发明提出一种对钢板厚度检测的装置与方法，从而实现高精度的钢板厚度电子化测量。钢板厚度检测装置由加载测量系统、剪钳结构组成；剪钳结构一端夹紧钢板，另一端与加载测量系统连接，由加载测量系统完成加载、钢板厚度测量测量和通信。

一种钢板厚度检测装置，该装置由加载测量系统和剪钳结构组成；

加载测量系统包括主控模块、加载模块和传感器模块；主控模块包括微控制器单元、信号调理单元和加载控制单元；加载模块包括阀控单元、气缸和气源；传感器模块包括位移传感器和压力传感器；

微控制器单元分别与信号调理单元、加载控制单元连接；信号调理单元分别与位移传感器、压力传感器连接；加载控制单元与阀控单元连接，阀控单元分别与气缸、气源连接；

剪钳结构的两端A和B均有一个开口，A端的开口用于放置被测钢板，B端的开口中设置气缸，B端开口随气缸活塞杆伸长而张开，同时A端的开口随B端开口的张开而夹紧钢板；

微控制器单元向加载控制单元发出加载控制信号，加载控制单元将该加载控制信号传输给阀控单元，阀控单元根据接收的加载控制信号控制气源迫使气缸活塞杆伸长以及控制气缸收缩到原位；信号调理单元接收位移传感器传来的位移信号和压力传感器压力信号进行信号处理，并将处理后的信号传输给微控制器单元进行处理，其中，位移传感器用于测量气缸活塞杆伸长的长度，压力传感器用于测量气缸活塞杆给剪钳结构的压力。

进一步地，主控模块包括显示单元、存储单元、无线通信单元、接口单元；显示单元显示从微控制器单元输出的信息，存储单元用于存储微控制器单元输出的信息，无线通信单元将微控制器单元输出的信息按需求发送到指定地点，接口单元接收外部信号，将外部信号传输给微控制器单元以实现外部控制。

所述的信号调理单元是由滤波电路、放大电路、A/D转换电路组成；滤波电路分别与位移传感器、压力传感器连接，滤波电路用于实现将位移传感器传来的位移信号和压力传感器压力信号进行滤波处理；放大电路与滤波电路连接，放大电路用于将滤波电路传来的信号进行放大处理；A/D转换电路与放大电路、微控制器单元连接，A/D转换电路用于实现将放大电路传来的信号进行A/D转换处理，并将经过处理的信号传出给微控制器单元。

基于上述装置，本发明所述的一种钢板厚度检测方法，具体如下：

步骤一：建立钢板厚度检测装置位移传感器所测位移量S与钢板厚度H的高次曲线模型；

H＝a₀+a₁S+a₂S²+..+a_mS^m    (1)

其中，a₀-a_m为模型系数，m为高次曲线模型的阶数；

步骤二：确定高次曲线模型中的模型系数；

a1、确定本装置所测位移量的最大量程，将最大量程划分成i个子区间，i个子区间以国家标准规格钢板厚度为分界点；

a2、利用本装置测量国家标准尺寸的钢板，获取各分界点处的钢板厚度和位移传感器数据；

测量每种尺寸的钢板时，将待测钢板放置在剪钳结构的A端，微控制器单元向加载控制单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，剪钳结构A端逐渐夹紧；同时微控制器单元判断压力传感器采集的压力信号达到预设压力P时，微控制器单元给加载控制单元锁紧控制信号，加载控制单元将该信号传递给阀控单元，阀控单元控制气缸锁紧；微控制器单元记录此时的位移传感器数据；然后微控制器单元发送卸载信号给加载单元，加载单元将该信号传递给加载模块的阀控单元，阀控单元控制气缸收缩到原位；

a3、根据各分界点的钢板厚度和位移传感器数据拟合得到高次曲线模型的各模型参数；

步骤三：零点校准，即计算高次曲线模型的定零点校正补偿系数b；

剪钳结构A端在不放置待测钢板，微控制器单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，此时，剪钳结构B端开始加载；同时，微处理器单元读取压力传感器采集的压力值，当压力值达到预设压力P时，微控制器单元给加载控制单元锁紧控制信号，控制气缸锁紧；记录此时位移传感器所测的位移量S′，代入公式(1)得到钢板厚度H′，计算零点校正补偿系数b＝H′-a₀-a₁S′-a₂S′²-a₃S′³-...-a_mS′^m；然后微控制器单元给加载控制单元卸载信号，加载模块的阀控单元控制气缸收缩原位；零点校准结束后得到校正后的高次曲线模型如下：

H＝a₀+a₁S+a₂S²+..+a_mS^m+b    (2)

步骤四：实际钢板测量；

将待测钢板放置在剪钳结构的A端，微控制器单元向加载控制单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，剪钳结构A端逐渐夹紧；当压力传感器采集的压力信号达到预设压力P时，微控制器单元控制气缸锁紧；微控制器单元将当前的位移传感器数据代入公式(2)得到测量的钢板厚度；最后，微控制器单元发送卸载信号给加载单元，控制气缸收缩到原位，钢板厚度测量结束。

该方法进一步包括：微控制器单元控制显示单元实时显示压力传感器和位移传感器的测量值，以及钢板厚度的计算结果；微控制器单元将钢板厚度的检测结果使用Zigbee无线通信技术按需求发送到指定地点；微控制器单元通过接口单元接受外部控制。

有益效果

1.本发明一种钢板厚度检测方法及装置，使用剪钳结构、加载测量系统进行钢板厚度测量，对比传统的手工测量方法操作繁琐的问题，本发明采用微处理器和传感器相结合控制方式使得钢板测量装置的操作简单，无需频繁的量程切换，实现了电子化测量钢板的厚度。

2.本发明通过高精度的位移传感器测量加载位移，压力传感器监测剪钳结构加载力，同时采用高次曲线拟合模型拟合钢板的厚度，能够获得高精度的测量结果。

附图说明

图1为钢板厚度检测装置原理结构图；

图2为图1中的加载测量系统原理框图；

图3为图1中的信号调理电路单元原理框图；

图4为图1中的钢板厚度检测装置与剪钳结构连接关系示例图；

图5为钢板厚度计算模型流程图；

图6为钢板厚度测量过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明一种钢板厚度检测装置，如图1所示，它是由加载测量系统1、剪钳结构2组成；剪钳结构2的两端A和B均有一个开口，A端的开口用于放置被测钢板，B端的开口中设置气缸4-2，B端开口随气缸4-2活塞杆伸长而张开，同时A端的开口随B端开口的张开而夹紧钢板。

加载测量系统1，如图2所示，包括主控模块3、加载模块4和传感器模块5；主控模块3包括微控制器单元3-1、信号调理单元3-2和加载控制单元3-3、显示单元3-4、存储单元3-5、无线通信单元3-6、接口单元3-7；加载模块4包括阀控单元4-1、气缸4-2和气源4-3；传感器模块5包括位移传感器5-1和压力传感器5-2；

微控制器单元3-1分别与信号调理单元3-2、加载控制单元3-3、显示单元3-4、存储单元3-5、无线通信单元3-6、接口单元3-7连接；信号调理单元3-2分别与位移传感器5-1、压力传感器5-2连接；加载控制单元3-3与阀控单元4-1连接，阀控单元4-1分别与气缸4-2、气源4-3连接；

微控制器单元3-1向加载控制单元3-3发出加载控制信号，加载控制单元3-3将该加载控制信号传输给阀控单元4-1，阀控单元4-1根据接收的加载控制信号控制气源4-3迫使气缸4-2活塞杆伸长以及控制气缸4-2收缩到原位；信号调理单元3-2接收位移传感器5-1传来的位移信号和压力传感器5-2压力信号进行信号处理，并将处理后的信号传输给微控制器单元3-1进行处理，其中，位移传感器5-1用于测量气缸4-2活塞杆伸长的长度，压力传感器5-2用于测量气缸4-2活塞杆给剪钳结构2的压力；显示单元3-4显示从微控制器单元3-1输出的信息，存储单元3-5用于存储微控制器单元3-1输出的信息，无线通信单元3-6将微控制器单元3-1输出的信息按需求发送到指定地点，接口单元3-7接收外部信号，将外部信号传输给微控制器单元3-1以实现外部控制。

所述的信号调理单元3-2，如图3所示，由滤波电路3-2-1、放大电路3-2-2、A/D转换电路3-2-3组成；滤波电路3-2-1分别与位移传感器5-1、压力传感器5-2连接，滤波电路3-2-1用于实现将位移传感器5-1传来的位移信号和压力传感器5-2压力信号进行滤波处理；放大电路3-2-2与滤波电路3-2-1连接，放大电路3-2-2用于将滤波电路3-2-1传来的信号进行放大处理；A/D转换电路3-2-3与放大电路3-2-2、微控制器单元3-1连接，A/D转换电路3-2-3用于实现将放大电路3-2-2传来的信号进行A/D转换处理，并将经过处理的信号传输给微控制器单元3-1；

具体地，剪钳结构2B端开口结构与加载测量系统中的气缸4-2、位移传感器5-1和压力传感器5-2连接关系如图4所示，气缸和压力传感器并列位于剪钳结构2B端开口结构中，气缸的活塞杆与剪钳结构2B端开口结构之间连接压力传感器；在实际操作过程中，气缸4-2可以采用具有单向或者双向移动活塞杆的；而位移传感器5-1可采用拉杆式直线位移传感器。

基于上述装置，本发明所述的一种钢板厚度检测方法，如图6所示，具体工作过程如下：

步骤一：建立钢板厚度检测装置位移传感器所测位移量S与钢板厚度H的高次曲线模型；

H＝a₀+a₁S+a₂S²+..+a_mS^m    (1)

其中，a₀-a_m为模型系数，m为高次曲线模型的阶数；

步骤二：确定高次曲线模型中的模型系数，具体流程如图5所示；

a1、确定本装置所测位移量的最大量程，将最大量程划分成i个子区间，i个子区间以国家标准规格钢板厚度为分界点；

a2、利用本装置测量国家标准尺寸的钢板，获取各分界点处的钢板厚度和位移传感器数据；

测量每种尺寸的钢板时，将待测钢板放置在剪钳结构的A端，微控制器单元向加载控制单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，剪钳结构A端逐渐夹紧；同时微控制器单元判断压力传感器采集的压力信号达到预设压力P时，微控制器单元给加载控制单元锁紧控制信号，加载控制单元将该信号传递给阀控单元，阀控单元控制气缸锁紧；微控制器单元记录此时的位移传感器数据；然后微控制器单元发送卸载信号给加载单元，加载单元将该信号传递给加载模块的阀控单元，阀控单元控制气缸收缩到原位；

a3、根据各分界点的钢板厚度和位移传感器数据拟合得到高次曲线模型的各模型参数；

步骤三：零点校准，即计算高次曲线模型的定零点校正补偿系数b；

剪钳结构A端在不放置待测钢板，微控制器单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，此时，剪钳结构B端开始加载；同时，微处理器单元读取压力传感器采集的压力值，当压力值达到预设压力P时，微控制器单元给加载控制单元锁紧控制信号，控制气缸锁紧；记录此时位移传感器所测的位移量S′，代入公式(1)得到钢板厚度H′，计算零点校正补偿系数b＝H′-a₀-a₁S′-a₂S′²-a₃S′³-...-a_mS′^m；然后微控制器单元给加载控制单元卸载信号，加载模块的阀控单元控制气缸收缩原位；零点校准结束后得到校正后的高次曲线模型如下：

H＝a₀+a₁S+a₂S²+..+a_mS^m+b    (2)

步骤四：实际钢板测量；

将待测钢板放置在剪钳结构的A端，微控制器单元向加载控制单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，剪钳结构A端逐渐夹紧；当压力传感器采集的压力信号达到预设压力P时，微控制器单元控制气缸锁紧；微控制器单元将当前的位移传感器数据代入公式(2)得到测量的钢板厚度；最后，微控制器单元发送卸载信号给加载单元，控制气缸收缩到原位，钢板厚度测量结束。

该方法进一步包括：微控制器单元控制显示单元实时显示压力传感器和位移传感器的测量值，以及钢板厚度的计算结果；微控制器单元将钢板厚度的检测结果使用Zigbee无线通信技术按需求发送到指定地点；微控制器单元通过接口单元接受外部控制。

Claims (8)

1.一种钢板厚度检测装置，其特征在于：该装置由加载测量系统(1)和剪钳结构(2)组成；

加载测量系统(1)包括主控模块(3)、加载模块(4)和传感器模块(5)；主控模块(3)包括微控制器单元(3-1)、信号调理单元(3-2)和加载控制单元(3-3)；加载模块(4)包括阀控单元(4-1)、气缸(4-2)和气源(4-3)；传感器模块(5)包括位移传感器(5-1)和压力传感器(5-2)；

微控制器单元(3-1)分别与信号调理单元(3-2)、加载控制单元(3-3)连接；信号调理单元(3-2)分别与位移传感器(5-1)、压力传感器(5-2)连接；加载控制单元(3-3)与阀控单元(4-1)连接，阀控单元(4-1)分别与气缸(4-2)、气源(4-3)连接；

剪钳结构(2)的两端A和B均有一个开口，A端的开口用于放置被测钢板，B端的开口中设置气缸(4-2)，B端开口随气缸(4-2)活塞杆伸长而张开，同时A端的开口随B端开口的张开而夹紧钢板；

微控制器单元(3-1)向加载控制单元(3-3)发出加载控制信号，加载控制单元(3-3)将该加载控制信号传输给阀控单元(4-1)，阀控单元(4-1)根据接收的加载控制信号控制气源(4-3)迫使气缸(4-2)活塞杆伸长以及控制气缸(4-2)收缩到原位；信号调理单元(3-2)接收位移传感器(5-1)传来的位移信号和压力传感器(5-2)压力信号进行信号处理，并将处理后的信号传输给微控制器单元(3-1)进行处理，其中，位移传感器(5-1)用于测量气缸(4-2)活塞杆伸长的长度，压力传感器(5-2)用于测量气缸(4-2)活塞杆给剪钳结构(2)的压力。

2.如权利要求1所述的一种钢板厚度检测装置，其特征在于：主控模块(3)进一步包括显示单元(3-4)、存储单元(3-5)、无线通信单元(3-6)、接口单元(3-7)；显示单元(3-4)显示从微控制器单元(3-1)输出的信息，存储单元(3-5)用于存储微控制器单元(3-1)输出的信息，无线通信单元(3-6)将微控制器单元(3-1)输出的信息按需求发送到指定地点，接口单元(3-7)接收外部信号，将外部信号传输给微控制器单元(3-1)以实现外部控制。

3.如权利要求1所述的一种钢板厚度检测装置，其特征在于：所述的信号调理单元(3-2)是由滤波电路(3-2-1)、放大电路(3-2-2)、A/D转换电路(3-2-3)组成；滤波电路(3-2-1)分别与位移传感器(5-1)、压力传感器(5-2)连接，滤波电路(3-2-1)用于实现将位移传感器(5-1)传来的位移信号和压力传感器(5-2)压力信号进行滤波处理；放大电路(3-2-2)与滤波电路(3-2-1)连接，放大电路(3-2-2)用于将滤波电路(3-2-1)传来的信号进行放大处理；A/D转换电路(3-2-3)与放大电路(3-2-2)、微控制器单元(3-1)连接，A/D转换电路(3-2-3)用于实现将放大电路(3-2-2)传来的信号进行A/D转换处理，并将经过处理的信号传输给微控制器单元(3-1)。

4.一种钢板厚度检测方法，其特征在于：该方法基于权利要求1所述的钢板厚度检测装置，钢板厚度检测方法如下：

步骤一：建立钢板厚度检测装置位移传感器所测位移量S与钢板厚度H的高次曲线模型；

H＝a₀+a₁S+a₂S²+..+a_mS^m    (1)

其中，a₀-a_m为模型系数，m为高次曲线模型的阶数；

步骤二：确定高次曲线模型中的模型系数；

a1、确定本装置所测位移量的最大量程，将最大量程划分成i个子区间，i个子区间以国家标准规格钢板厚度为分界点；

a2、利用本装置测量国家标准尺寸的钢板，获取各分界点处的钢板厚度和位移传感器数据；

测量每种尺寸的钢板时，将待测钢板放置在剪钳结构的A端，微控制器单元向加载控制单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，剪钳结构A端逐渐夹紧；同时微控制器单元判断压力传感器采集的压力信号达到预设压力P时，微控制器单元给加载控制单元锁紧控制信号，加载控制单元将该信号传递给阀控单元，阀控单元控制气缸锁紧；微控制器单元记录此时的位移传感器数据；然后微控制器单元发送卸载信号给加载单元，加载单元将该信号传递给加载模块的阀控单元，阀控单元控制气缸收缩到原位；

a3、根据各分界点的钢板厚度和位移传感器数据拟合得到高次曲线模型的各模型参数；

步骤三：零点校准，即计算高次曲线模型的定零点校正补偿系数b；

剪钳结构A端在不放置待测钢板，微控制器单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，此时，剪钳结构B端开始加载；同时，微处理器单元读取压力传感器采集的压力值，当压力值达到预设压力P时，微控制器单元给加载控制单元锁紧控制信号，控制气缸锁紧；记录此时位移传感器所测的位移量S′，代入公式(1)得到钢板厚度H′，计算零点校正补偿系数b＝H′-a₀-a₁S′-a₂S′²-a₃S′³-...-a_mS′^m；然后微控制器单元给加载控制单元卸载信号，加载模块的阀控单元控制气缸收缩原位；零点校准结束后得到校正后的高次曲线模型如下：

H＝a₀+a₁S+a₂S²+..+a_mS^m+b    (2)

步骤四：实际钢板测量；

将待测钢板放置在剪钳结构的A端，微控制器单元向加载控制单元发出加载信号，控制气源迫使气缸活塞杆伸长，剪钳结构A端逐渐夹紧；当压力传感器采集的压力信号达到预设压力P时，微控制器单元控制气缸锁紧；微控制器单元将当前的位移传感器数据代入公式(2)得到测量的钢板厚度；最后，微控制器单元发送卸载信号给加载单元，控制气缸收缩到原位，钢板厚度测量结束。

5.如权利要求4所述的一种钢板厚度检测方法，其特征在于：该方法进一步包括：微控制器单元控制显示单元实时显示压力传感器和位移传感器的测量值，以及钢板厚度的计算结果。

6.如权利要求4所述的一种钢板厚度检测方法，其特征在于：该方法进一步包括：微控制器单元将钢板厚度的检测结果使用无线通信技术按需求发送到指定地点。

7.如权利要求4所述的一种钢板厚度检测方法，其特征在于：该方法进一步包括：微控制器单元通过接口单元接受外部控制。

8.如权利要求6所述的一种钢板厚度检测方法，其特征在于：无线电通信采用Zigbee无线通信技术。

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