CN102997833B - 厚度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种厚度测量的方法及其装置，其特征在于，所述方法包括：带材生产前，沿高速旋转体轴向移动测量第一距离对应的第一电流；设定所述第一电流的最小值为基准电流；根据所述第一电流和基准电流计算第一距离信号值；带材生产时，沿高速旋转体轴向移动测量第二距离对应的第二电流；根据所述第二电流和基准电流计算第二距离信号值；根据所述第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度。本发明实施例的厚度测量方法实现了安全、操作简便的带材在线厚度测量。

Description

厚度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及测试技术领域，尤其涉及一种非晶带材生产过程中的在线厚度测量方法及装置。

背景技术

非晶材料具有传统合金所不能比拟的优势，尤其是非晶带材，在电力、电子行业具有高效节能、减少二氧化碳排放量降低温室效应、节省空间等诸多优点，因此受到世界各国的广泛关注。在非晶带材生产过程中，要想实现能够长时间连续稳定地生产高质量的非晶带材，就要对其进行在线实时厚度检测。

目前市场上常见应用于薄带的在线厚度测量仪主要采用X射线法、同位素放射源法等。X射线测厚仪不但体积庞大，附件累赘，不易维护，使用时需要经常校准，而且射线发射管易老化，有辐射污染。同位素放射源法价格昂贵，同样有辐射污染，对周围操作人员健康构成威胁。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全、准确、操作简便的厚度测量方法及结构简单的测量装置。

在第一方面，本发明提供了一种测量厚度的方法，所述方法包括：

带材生产前，沿高速旋转体轴向移动测量第一距离对应的第一电流；

设定所述第一电流的最小值为基准电流；

根据所述第一电流和基准电流计算第一距离信号值；

带材生产时，沿高速旋转体轴向移动测量第二距离对应的第二电流；

根据所述第二电流和基准电流计算第二距离信号值；

根据所述第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度。

在第二方面，本发明提供了一种测量厚度的装置，所述装置包括：传动装置、检测装置和处理器；

所述传动装置，用于带动所述检测装置沿测量对象表面进行轴向位置移动；

所述检测装置，用于带材生产前，沿高速旋转体轴向测量第一距离对应的第一电流；以及带材生产时，沿高速旋转体轴向测量第二距离对应的第二电流；

所述处理器，包括基准设定单元、距离信号值计算单元和带材厚度计算单元；所述基准设定单元用于设定所述第一电流的最小值为基准电流；所述距离信号值计算单元用于根据所述第一电流和基准电流计算第一距离信号值，以及根据所述第二电流和基准电流计算第二距离信号值；所述带材厚度计算单元用于根据所述第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度。

本发明通过测量高速旋转体的受热膨胀量，利用膨胀量与带材厚度的线性关系来衡量非晶带材及其它工业生产带材的厚度值，提供了一种安全、准确、操作简便的在线厚度测量方法及结构简单的测量装置。

附图说明

图1为本发明实施例提供的厚度测量方法流程图；

图2为本发明实施例提供的厚度测量装置系统框图；

图3为本发明实施例提供的厚度测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例提供的厚度测量方法流程图，如图1所示，本实施例提供的厚度测量方法具体包括如下步骤：

步骤110，带材生产前，沿高速旋转体轴向移动测量第一距离对应的第一电流；

具体的，在带材生产前，高速旋转体冷却辊处于一个稳态的环境中，此时启动测量装置使伺服电机带动电磁传感器沿扫描滑道对高速旋转的冷却辊表面进行往复扫描，测量冷却辊沿轴向各个位置对应的第一电流。测量步距可以通过测量装置来设定。电磁传感器和冷却辊之间的间距即第一距离，已知第一电流与第一距离在一定范围内呈线性关系。该线性关系可以具体通过以下方法来确定：

在设备校准时，把传感器和冷却辊间的距离调整为0，读取第一电流值，再将距离逐渐调整增加，观察第一电流值的变化，找出传感器的线性工作区域，再根据线性工作区域内的电流和第一距离的具体数值确定其满足的线性关系。例如，一个测量装置，当第一距离为0时，第一电流为4mA，第一距离为8mm时，第一电流为20mA，第一距离大于8mm时，第一电流为20mA，上述第一距离由千分尺测量得到。则可知在第一距离为[0,8]范围内，满足线性关系I=4+2d。其中I为第一电流，d为第一距离。第一距离变化1mm，第一电流变化6mA。

根据上述存在的线性关系，测量初始状态冷却辊在轴向各个位置上的多个第一电流，并将测得的第一电流及其对应的轴向位移参数存储在处理器中。

步骤120，设定第一电流的最小值为基准电流；

具体的，在处理器存储的多个第一电流中选取最小值，设定该电流值为基准电流。例如，在位移为10cm的位置测得第一电流的最小值为5mA，则设定基准电流为5mA。

步骤130，根据第一电流和基准电流计算第一距离信号值；

具体的，包括以下两个步骤：

步骤131，将高速旋转体轴向各位置的第一电流与基准电流进行差值计算，得到轴向各位置的第一电流变化量；

例如，在位移为8cm的位置，测得第一电流为6mA，上述已知基准电流为5mA,则在该位置上的第一电流变化量是1mA;又如，在位移为14cm的位置，测得第一电流为5.6mA,则该位置上的第一电流变化量是0.6mA。

步骤132，根据高速旋转体轴向各位置的第一电流变化量，以及单位电流变化量与膨胀量的已知对应关系，得到轴向上各位置的第一距离信号值。

例如，根据上述第一距离变化1mm，第一电流变化6mA的固有关系，得到在位移为8cm的位置对应的1mA第一电流变化量的第一距离信号值为0.1667mm，在位移为14cm的位置对应的0.6mA第一电流变化量的第一距离信号值为0.1mm。依次计算轴向各位置的第一距离信号值，输出沿轴向的第一距离信号值曲线，该第一距离信号值曲线表示了冷却辊在初始状态的表面平整度。

步骤140，带材生产时，沿高速旋转体轴向移动测量第二距离对应的第二电流；

具体的，在带材生产时，随着带材厚度增加，钢水由液态转变为固态时放出的热量就多，冷却辊受热膨胀就多。启动测量装置使伺服电机带动电磁传感器沿扫描滑道对高速旋转的冷却辊表面进行往复扫描，测量冷却辊沿轴向各个位置的第二电流。测量步距与测量第一电流时相同。电磁传感器和冷却辊之间的间距即第二距离，已知第二电流与第二距离也遵循第一电流与第一距离的线性关系。将测量到的各个位置的第二电流及其对应的轴向位移参数进行存储。

步骤150，根据第二电流和基准电流计算第二距离信号值；

具体的，包括以下两个步骤：

步骤151，将高速旋转体轴向各位置的第二电流与基准电流进行差值计算，得到轴向各位置的第二电流变化量；

例如，在位移为8cm的位置，测得第二电流为5.8mA，上述已知基准电流为5mA,则在该位置上的第二电流变化量是0.8mA;又如，在位移为14cm的位置，测得第二点流为5.45mA,则该位置上的第一电流变化量是0.45mA。;

步骤152，根据高速旋转体轴向各位置的第二电流变化量，以及单位电流变化量与膨胀量的已知对应关系，得到轴向上各位置的第二距离信号值。

例如，根据上述第一距离变化1mm，第一电流变化6mA的固有关系，得到在位移为8cm的位置对应的0.8mA第二电流变化量的第二距离信号值为0.1333mm，在位移为14cm的位置对应的0.45mA第二电流变化量的第二距离信号值为0.0766mm。依次计算轴向各位置的第二距离信号值，输出沿轴向的第二距离信号值曲线。

步骤160，根据第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度。

具体的，第一距离信号值与第二距离信号值的差即是膨胀量，根据膨胀量、以及膨胀量与带材厚度的已知对应关系，计算沿轴向的带材厚度。以此算出各个位置对应的带材厚度，得到沿轴向的带材厚度曲线，并显示输出。

带材厚度计算利用公式：带厚=K×膨胀量，系数K为带厚修正值，在仪器校准时确定，在测量中不可以修改，系数K的确定方法是通过根据第一电流和第二电流计算出第一距离信号值和第二距离信号值，在进行差值计算得到已知的膨胀量，再由千分尺测量对应的带材厚度，即得到该生产设备固有的带后修正值系数K。例如：已知测得的膨胀量为300um，用千分尺测量得到对应的带厚为28um，则系数K为0.093。将这个系数K的取值存储在处理器中，用于进行膨胀量的计算。

在本实施例中，根据上述数据计算位移8cm处第一距离信号值与第二距离信号值的差值即膨胀量为0.1667-0.1333=0.0333mm=333um,则可知在该位置的带厚=333um×0.093=30.97um；位移14cm处第一距离信号值与第二距离信号值的差值即膨胀量为0.1-0.0766=0.0234=234um,则可知在该位置的带厚为234um×0.093=21.76um。根据同样的方法可以获得沿轴向方向各个位置的带厚，并以曲线形式输出。这种输出方式非常直观，便于生产操作人员进行判断，并据此对生产过程进行控制。

本发明还提供了一种应用上述方法的厚度测量装置。图2为本发明实施例提供的厚度测量装置结构示意图。如图所示，本发明实施例的厚度测量装置具体包括：传动装置210、检测装置220、处理器230和显示装置240。

具体的，传动装置210可以是如图3所示的包括扫描滑道211、牵引丝杠212、伺服电机213、连接杆214和原点脉冲反馈传感器（图中未示出）的伺服扫描装置，用于带动所述检测装置沿测量对象表面进行轴向位置移动；连接杆214的一端位于牵引丝杠212上，另一端套装在扫描滑道211上，扫描滑道211与牵引丝杠212水平装设，用于固定连接杆214的移动方向。当厚度测量装置工作时，伺服电机213启动，带动牵引丝杠212转动，从而带动连接杆214随着牵引丝杠212横向移动。原点脉冲反馈传感器（图中未示出）用于设定扫描开始的起始位置，确保每次扫描都从原点位置开始，按照设定的步距进行扫描测试。

检测装置220可以采用高精度的电磁式微位移传感器，用于带材生产前，沿高速旋转体轴向测量第一距离对应的第一电流；以及带材生产时，沿高速旋转体轴向测量第二距离对应的第二电流。

处理器230可以采用可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）、单片机、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)等来实现。处理器230包括基准设定单元231、距离信号值计算单元232和带材厚度计算单元233；基准设定单元231用于设定第一电流的最小值为基准电流；距离信号值计算单元232用于根据第一电流和基准电流计算第一距离信号值，以及根据第二电流和基准电流计算第二距离信号值；带材厚度计算单元233用于根据第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度；进一步具体的，将第一距离信号值和第二距离信号值进行差值计算，得到膨胀量，根据膨胀量、以及膨胀量与带材厚度的已知对应关系，计算带材厚度。

显示装置240可以是显示器或者触摸屏等，用于显示输出处理器传送的第一距离信号值曲线、第二距离信号值曲线和带材厚度曲线。

在带材生产前，检测装置220随着传动装置210的连接杆214在伺服电机213带动的牵引丝杠212的牵引下沿扫描滑道211在被测的高速旋转体250表面往复扫描，获取各个位置的第一电流。在高速旋转体转动250过程中，对在圆周方向上的第一电流做平均处理，不考虑异常跳动的情况，因此一个位移只对应一个第一电流。测量得到的第一电流传送给处理器230存储，并在处理器230中计算转换为第一距离信号值，通过处理器230连接的显示装置240输出。在带材生产中，检测装置220继续执行扫描获取各个位置的第二电流，并将测量得到的第二电流传送给处理器230存储，在处理器230中计算转换为第二距离信号值并通过处理器230连接的显示装置240输出。最终处理230执行带材厚度计算，由显示装置240输出带材厚度曲线。

应用本实施例提供的厚度测量装置，对于3组不同带宽规格的带材进行了实际测量，每组分别测量A、B、C三个位移点，并使用机械式千分尺作为测量标准进行了对比，结果如下：

表1

表2

表3

根据表1-表3的测试结果对比可知，在上述三组测试中，利用本厚度测量装置得到的带材厚度测量结果，与机械式千分尺的测量结果误差均在0.5%以内。

本发明通过测量带材生产高速旋转体的受热膨胀量，利用膨胀量与带材厚度间具有线性关系来衡量工业生产带材的厚度值，提供了一种安全、准确、操作简便的带材在线厚度测量方法及结构简单的测量装置。因为该检测设备独立于生产设备，因此即使在测量过程中发生断带等异常情况，测量也可以持续进行不会中断。

本发明的测量方法和装置还可以用于其他通过测量旋转体的膨胀量来表征与旋转体接触的物体或物质的温度、旋转体内部压力、外部摩擦力、轴承载荷等等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种测量厚度的方法，其特征在于，所述方法包括：

带材生产前，沿高速旋转体轴向移动测量第一距离对应的第一电流；

设定所述第一电流的最小值为基准电流；

根据所述第一电流和基准电流计算第一距离信号值；

带材生产时，沿高速旋转体轴向移动测量第二距离对应的第二电流；

根据所述第二电流和基准电流计算第二距离信号值；

根据所述第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度；

其中，根据所述第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度具体为：将所述第一距离信号值和第二距离信号值进行差值计算，得到膨胀量，根据所述膨胀量、以及膨胀量与带材厚度的已知对应关系，计算带材厚度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一电流和基准电流计算第一距离信号值具体包括：

将高速旋转体轴向各位置的第一电流与所述基准电流进行差值计算得到轴向各位置的第一电流变化量；

根据高速旋转体轴向各位置的第一电流变化量，以及单位电流变化量与膨胀量的已知对应关系，得到轴向上各位置的第一距离信号值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第二电流和基准电流计算第二距离信号值具体包括：

将高速旋转体轴向各位置的第二电流与所述基准电流进行差值计算，得到轴向各位置的第二电流变化量；

根据高速旋转体轴向各位置的第二电流变化量，以及单位电流变化量与膨胀量的已知对应关系，得到轴向上各位置的第二距离信号值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将高速旋转体轴向各位置的所述第一距离信号值、第二距离信号值和带材厚度分别以第一距离信号值曲线、第二距离信号值曲线和带材厚度曲线的形式输出。

5.一种测量厚度的装置，其特征在于，所述装置包括：传动装置、检测装置和处理器；

所述传动装置，用于带动所述检测装置沿测量对象表面进行轴向位置移动；

所述检测装置，用于带材生产前，沿高速旋转体轴向测量第一距离对应的第一电流；以及带材生产时，沿高速旋转体轴向测量第二距离对应的第二电流；

所述处理器，包括基准设定单元、距离信号值计算单元和带材厚度计算单元；所述基准设定单元用于设定所述第一电流的最小值为基准电流；所述距离信号值计算单元用于根据所述第一电流和基准电流计算第一距离信号值，以及根据所述第二电流和基准电流计算第二距离信号值；所述带材厚度计算单元用于根据所述第一距离信号值和第二距离信号值计算带材厚度；

其中，所述带材厚度计算单元具体用于将所述第一距离信号值和第二距离信号值进行差值计算，得到膨胀量，根据所述膨胀量、以及膨胀量与带材厚度的已知对应关系，计算带材厚度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述距离信号值计算单元具体用于：将高速旋转体轴向各位置的第一电流与所述基准电流进行差值计算得到轴向各位置的第一电流变化量；

根据高速旋转体轴向各位置的第一电流变化量，以及单位电流变化量与膨胀量的已知对应关系，得到轴向上各位置的第一距离信号值。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述距离信号值计算单元具体用于：将高速旋转体轴向各位置的第二电流与所述基准电流进行差值计算，得到轴向各位置的第二电流变化量；

根据高速旋转体轴向各位置的第二电流变化量，以及单位电流变化量与膨胀量的已知对应关系，得到轴向上各位置的第二距离信号值。

8.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述装置还包括显示装置，用于将高速旋转体轴向各位置的所述第一距离信号值、第二距离信号值和带材厚度分别以第一距离信号值曲线、第二距离信号值曲线和带材厚度曲线的形式输出。

9.根据权利要求5的装置，其特征在于，所述传动装置包括：扫描滑道、牵引丝杠、伺服电机和原点脉冲反馈传感器。