CN108106551A - 一种基于电磁波的刀具的监测方法及监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电磁波的刀具的监测方法。该方法包括：向所述刀具的刀片发射探测波；所述探测波为太赫兹频段的电磁波；接收透过所述刀片的电磁波，该电磁波为衰减波；比较所述衰减波和所述探测波，得到所述刀片的吸收光谱；根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度。本发明还涉及一种基于电磁波的刀具的监测系统。上述基于电磁波的刀具的监测方法及监测系统，利用太赫兹频段的电磁波测量刀片的厚度。具体地，利用太赫兹频段的电磁波透过刀片时的吸收光谱，计算刀片的厚度。实现了刀片厚度无接触式的测量，测量简单，并且利用吸收光谱科学计算刀片的厚度，测量精度较高，因此测量效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及刀具质量检测领域，特别涉及一种基于电磁波的刀具的监测方法及监测系统。
背景技术
现代的刀具生产工艺中，大多使用磨床进行加工，其精度和效率都远远大于传统的手工打造技术。此处以陶瓷刀具为例，陶瓷刀片的厚度是决定刀具质量的最重要因素。为了保持刀片的厚度符合设计的要求，经常需要熟练的工人将刀片从磨床上取下，使用卡尺等测量工具逐一进行校对，并由此来判定磨床的设置是否精确，机器的运作是否正常。但是，传统的测量刀片厚度的方法大多数是接触式的，操作复杂，且测得的刀片的厚度精度较差，测量效果不好。
发明内容
基于此，有必要针对传统的测量刀片厚度的方法操作复杂且测量效果不好的问题，提供一种基于电磁波的刀具的监测方法及监测系统。
一种基于电磁波的刀具的监测方法，所述刀具的刀片的分子是非极性分子，所述方法包括步骤：
向所述刀具的刀片发射探测波；所述探测波为太赫兹频段的电磁波；
接收透过所述刀片的电磁波，该电磁波为衰减波；
比较所述衰减波和所述探测波，得到所述刀片的吸收光谱；
根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度。
在其中一个实施例中，所述根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度的步骤包括：
根据所述刀片的吸收光谱，获取所述衰减波的衰减时间；
根据所述衰减时间和所述刀片的材质计算所述刀片的厚度。
在其中一个实施例中，所述根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度的步骤之后包括：
比较所述刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断所述刀片是否符合要求。
在其中一个实施例中，所述比较所述刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断所述刀片是否符合要求的步骤之后包括：
在所述刀片不符合要求时，发出报警信号。
在其中一个实施例中，所述探测波为预设的太赫兹频段范围内的电磁波。
在其中一个实施例中，所述刀片上标记有若干个不同的测量位置；
所述向刀具的刀片发射探测波的步骤包括：
向所述刀片的其中一个所述测量位置发射所述探测波；
所述根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度的步骤之后包括：
存储所述刀片在该测量位置的厚度；
在有其它所述测量位置的厚度未被测量时，向下一个待测量的所述测量位置发射所述探测波。
一种基于电磁波的刀具的监测系统，所述刀具的刀片的分子是非极性分子，所述监测系统用于监测刀片加工装置加工的刀片的厚度，所述监测系统包括：
太赫兹监测装置，包括样品台、电磁发生仪、电磁接收仪和辅助处理设备；所述样品台用于支撑所述刀片；所述电磁发生仪用于向所述刀片发射探测波；所述电磁接收仪用于接收透过所述刀片的电磁波，该电磁波为衰减波；所述辅助处理设备用于比较所述衰减波和所述探测波，得到所述刀片的吸收光谱，并根据吸收光谱计算所述刀片的厚度；其中，所述探测波为太赫兹频段的电磁波；
传送带，所述传送带设置于所述刀片加工装置和所述太赫兹监测装置之间，所述传送带用于将所述刀片在所述刀片加工装置和所述样品台之间传送；
控制器，与所述传送带连接，所述控制器用于控制所述传送带的运作。
在其中一个实施例中，所述太赫兹监测装置还包括分束器，所述分束器接收所述电磁发生仪产生的太赫兹频段的初始波，并将所述初始波分为能量相等的两束波，其中一束作为所述探测波，其中一束作为参照波；
所述电磁接收仪接收所述参照波和所述衰减波，并将所述参照波和所述衰减波发送给所述辅助处理设备；
所述辅助处理设备比较所述衰减波和所述参照波，获取所述刀片的吸收光谱。
在其中一个实施例中，所述辅助处理设备比较所述刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断所述刀片是否符合要求。
在其中一个实施例中，所述太赫兹监测装置还包括提示单元；所述辅助处理设备在判断出所述刀片不符合要求时，所述提示单元发出提示信息。
上述基于电磁波的刀具的监测方法及监测系统，利用太赫兹频段的电磁波测量刀片的厚度。具体地，利用太赫兹频段的电磁波透过刀片时的吸收光谱，计算刀片的厚度。实现了刀片厚度无接触式的测量，测量简单，并且利用吸收光谱科学计算刀片的厚度，测量精度较高，因此测量效果较好。
附图说明
图1为一实施例的基于太赫兹频段的电磁波的刀具的监测方法；
图2为一实施例的刀片的吸收光谱的示意图；
图3为另一实施例的基于电磁波的刀具的监测方法的流程示意图；
图4为一实施例的基于电磁波的刀具的监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
太赫兹频段的电磁波是指频率在0.1～10THz波段的电磁波。因为太赫兹波的频率非常高，波长非常短(皮秒量级)，所以它的空间分辨率和时间分辨率都很高。另外，太赫兹波的光子能量只有4毫电子伏特，安全性高，可以实现无损、非接触检测。太赫兹频段的电磁波的一个重要特性就是具有透过非极性物质的能力。此处，非极性物质是指该物质的化学分子是非极性分子。非极性分子比如陶瓷材料中的氧化硅分子、氧化铝分子、氧化钾分子、氧化钠分子、氧化钙分子、氧化镁分子、氧化铁分子、氧化钛分子。又如氢气分子(H2)、氧气分子(O2)、氮气分子(N2)、二氧化碳分子(CO2)、甲烷分子(CH4)。日常生活中还有很多非极性分子构成的物质，例如塑料。本实施例中，刀具的刀片的分子是非极性分子。本实施例中，以陶瓷刀片为例说明基于电磁波的刀具的监测方法。因此，太赫兹频段的电磁波可以透射过刀片。并且，太赫兹频段的电磁波在穿过刀片时，刀片的材料会吸收部分太赫兹频段的电磁波。当刀片的材料确定，刀片的材料对太赫兹频段的电磁波的吸收率确定。因此，刀片对太赫兹频段的电磁波的吸收强度与刀片的厚度线性相关，因此根据刀片对太赫兹频段的电磁波的吸收光谱即可计算出刀片的厚度。以下对刀具的刀片的厚度的测量方法做详细介绍。
一种基于太赫兹频段的电磁波的刀具的监测方法，刀具的刀片的分子是非极性分子。该监测方法可应用于太赫兹监测装置。太赫兹监测装置包括样品台、电磁发生仪、电磁接收仪和处理器。样品台用于支撑刀片。
图1为一实施例的基于太赫兹频段的电磁波的刀具的监测方法。图2为一实施例的刀片的吸收光谱的示意图，图2中横坐标为时间，纵坐标为吸收光谱的光能量的相对值。上述监测方法包括：
步骤S120，向刀具的刀片发射探测波。
具体地，探测波为太赫兹频段的电磁波。电磁发生仪向刀片发射探测波，探测波会穿过刀片透射出去。本实施例中，探测波为预设的太赫兹频段范围内的电磁波。因为对于不同的刀片材料，其对于电磁波的吸收频段会有区别。因此，探测波的频段为与刀片材料相应的频段。这样才能确保探测波经过刀片时吸收该探测波的能量。
步骤S130，接收透过刀片的电磁波，该电磁波为衰减波。
具体地，衰减波为由刀片透射的太赫兹频段的电磁波。电磁接收仪接收透过刀片的衰减波。
步骤S140，比较衰减波和探测波，得到刀片的吸收光谱。
具体地，处理器比较探测波的光谱和衰减波的光谱，得到刀片对于探测波的吸收光谱。本实施例中，处理器可以将探测波的光谱与衰减波的光谱相减，从而很容易得到刀片的吸收光谱。
步骤S150，根据吸收光谱计算刀片的厚度。
具体地，处理器从吸收光谱上很容易获取衰减波的衰减时间Δt，根据衰减时间Δt和刀片的材质计算刀片的厚度d。如图2所示，本实施例中，处理器从吸收光谱上获取刀片对于太赫兹频段的电磁波的衰减时间Δt。根据图2所示的吸收光谱上，衰减时间Δt为吸收光谱能量的持续时间，也即为探测波穿过刀片的时间。根据数据库中刀片的材料的折射率n的值，其中刀片厚度d与Δt之间的关系计算出样品的刀片厚度，即刀片厚度与Δt之间满足如下关系：
d＝(Δt×c)/n (1)
式(1)中，c为真空中的光速。
上述基于电磁波的刀具的监测方法，利用太赫兹频段的电磁波测量刀片的厚度。根据吸收光谱获取太赫兹频段的电磁波穿过刀片的时间，即衰减时间。再根据刀片对于太赫兹频段的电磁波的衰减时间和刀片本身的折射率即可计算出刀片的厚度。实现了刀片厚度无接触式的测量，测量简单，并且利用吸收光谱科学计算刀片的厚度，测量精度较高，因此测量效果较好。为刀片厚度测量提供了一种新的手段，更好的优化了工业制造。
在一实施例中，根据吸收光谱计算刀片的厚度的步骤，即步骤S150之后包括：
比较刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断刀片是否符合要求。
在刀片不符合要求时，发出报警信号。
具体地，处理器中通常会设定一个预设阈值，该预设阈值可以是刀片厚度的标准值，也可以是刀片厚度的一个范围值。处理器计算得到刀片的厚度值后，将该厚度值与预设阈值比较。例如，如果刀片厚度值大于预设阈值，则处理器判定刀片不符合要求，处理器控制相应的报警装置发出报警信号。这样可以提示工作人员进行相应操作，比如继续加工该刀片。如上，预设阈值还可以是一个预设范围，该预设范围设定了上限值和下限值。如果刀片的厚度值位于该预设范围内，则处理器判定刀片符合要求。如果刀片的厚度值超出该预设范围，则处理器判定刀片不符合要求，太赫兹监测装置发出报警信号，以提示工作人员该刀片不符合要求。
图3为另一实施例的基于电磁波的刀具的监测方法的流程示意图。本实施例中，刀片上标记有若干个不同的测量位置。具体地，在对刀片厚度测量之前，可以在刀片的延伸方向上顺序标记若干个不同的测量位置。可以将这些测量位置编号。这样可以依次对同一刀片的不同位置进行测量，以检测刀片的厚度的均匀性。
向刀具的刀片发射探测波的步骤，即步骤S120包括：
步骤S121，向刀片的其中一个测量位置发射探测波。
具体地，测量某一位置的厚度时，样品台调节刀片的相对位置，使得电磁发生仪向该测量位置发射探测波。然后太赫兹监测系统继续依次执行步骤S130、步骤S140和步骤S150后，便得到该测量位置处的刀片厚度。
根据吸收光谱计算刀片的厚度的步骤，即步骤S150之后包括：
步骤S160，存储刀片在该测量位置的厚度。
具体地，处理器计算得出该测量位置的厚度后，处理器将该测量位置的厚度存储在存储器中，供工作人员参考，以进行相应的校准工作。
步骤S170，处理器判断各测量位置的厚度是否都测量过。如果有其它测量位置的厚度未被测量时，执行步骤S180，向下一个待测量的测量位置发射探测波。如果所有测量位置的厚度已经被测量过，则结束流程。
具体地，处理器可以一次测量各测量位置的厚度，即测量刀片的不同测量点的厚度。并且将各测量位置的厚度存储。这样，可以检测出刀片厚度分布的均匀性，为实现刀片制造过程中的在线监控及管理提供了技术支持，更好的优化了工业制造。
图4为一实施例的基于电磁波的刀具的监测系统的结构示意图。一种基于电磁波的刀具的监测系统200，刀具的刀片的分子是非极性分子。监测系统200用于监测刀片加工装置100加工的刀片的厚度。该监测系统200包括太赫兹监测装置220、传送带220和控制器(未示出)。
太赫兹监测装置220包括样品台、电磁发生仪、电磁接收仪和辅助处理设备。样品台用于支撑刀片。电磁发生仪用于向刀片发射探测波。电磁接收仪用于接收透过刀片的电磁波，该电磁波为衰减波。辅助处理设备用于比较衰减波和探测波，得到刀片的吸收光谱，并根据吸收光谱计算刀片的厚度；其中，探测波为太赫兹频段的电磁波。
传送带220设置于刀片加工装置100和太赫兹监测装置220之间，传送带220用于将刀片在刀片加工装置100和样品台之间传送。
控制器与传送带220连接，控制器用于控制传送带220的运作。
上述基于电磁波的刀具的监测系统200，刀片加工装置100将刀片放在传送带220上。控制器控制传送带220的传送工作。传送带220将刀片传送至太赫兹检测装置的样品台上。然后，太赫兹监测装置220利用太赫兹频段的电磁波测量刀片的厚度。根据吸收光谱获取太赫兹频段的电磁波穿过刀片的时间，即衰减时间。再根据刀片对于太赫兹频段的电磁波的衰减时间和刀片本身的折射率即可计算出刀片的厚度。实现了刀片厚度无接触式的测量，测量简单，并且利用吸收光谱科学计算刀片的厚度，测量精度较高，因此测量效果较好。为刀片厚度测量提供了一种新的手段，更好的优化了工业制造。
在其中一个实施例中，太赫兹监测装置210还包括分束器，分束器接收电磁发生仪产生的太赫兹频段的初始波，并将初始波分为能量相等的两束波，其中一束作为探测波，其中一束作为参照波；
电磁接收仪接收参照波和衰减波，并将参照波和衰减波发送给辅助处理设备；
辅助处理设备比较衰减波和参照波，获取刀片的吸收光谱。
在其中一个实施例中，辅助处理设备比较刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断刀片是否符合要求。
在其中一个实施例中，太赫兹监测装置210还包括提示单元；辅助处理设备在判断出刀片不符合要求时，提示单元发出提示信息。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于电磁波的刀具的监测方法，其特征在于，所述刀具的刀片的分子是非极性分子，所述方法包括步骤：
向所述刀具的刀片发射探测波；所述探测波为太赫兹频段的电磁波；
接收透过所述刀片的电磁波，该电磁波为衰减波；
比较所述衰减波和所述探测波，得到所述刀片的吸收光谱；
根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度的步骤包括：
根据所述刀片的吸收光谱，获取所述衰减波的衰减时间；
根据所述衰减时间和所述刀片的材质计算所述刀片的厚度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度的步骤之后包括：
比较所述刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断所述刀片是否符合要求。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述比较所述刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断所述刀片是否符合要求的步骤之后包括：
在所述刀片不符合要求时，发出报警信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测波为预设的太赫兹频段范围内的电磁波。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述刀片上标记有若干个不同的测量位置；
所述向刀具的刀片发射探测波的步骤包括：
向所述刀片的其中一个所述测量位置发射所述探测波；
所述根据所述吸收光谱计算所述刀片的厚度的步骤之后包括：
存储所述刀片在该测量位置的厚度；
在有其它所述测量位置的厚度未被测量时，向下一个待测量的所述测量位置发射所述探测波。
7.一种基于电磁波的刀具的监测系统，其特征在于，所述刀具的刀片的分子是非极性分子，所述监测系统用于监测刀片加工装置加工的刀片的厚度，所述监测系统包括：
太赫兹监测装置，包括样品台、电磁发生仪、电磁接收仪和辅助处理设备；所述样品台用于支撑所述刀片；所述电磁发生仪用于向所述刀片发射探测波；所述电磁接收仪用于接收透过所述刀片的电磁波，该电磁波为衰减波；所述辅助处理设备用于比较所述衰减波和所述探测波，得到所述刀片的吸收光谱，并根据吸收光谱计算所述刀片的厚度；其中，所述探测波为太赫兹频段的电磁波；
传送带，所述传送带设置于所述刀片加工装置和所述太赫兹监测装置之间，所述传送带用于将所述刀片在所述刀片加工装置和所述样品台之间传送；
控制器，与所述传送带连接，所述控制器用于控制所述传送带的运作。
8.根据权利要求7所述的刀具监测系统，其特征在于，所述太赫兹监测装置还包括分束器，所述分束器接收所述电磁发生仪产生的太赫兹频段的初始波，并将所述初始波分为能量相等的两束波，其中一束作为所述探测波，其中一束作为参照波；
所述电磁接收仪接收所述参照波和所述衰减波，并将所述参照波和所述衰减波发送给所述辅助处理设备；
所述辅助处理设备比较所述衰减波和所述参照波，获取所述刀片的吸收光谱。
9.根据权利要求7所述的刀具监测系统，其特征在于，所述辅助处理设备比较所述刀片的厚度值与预设阈值，并根据比较结果判断所述刀片是否符合要求。
10.根据权利要求9所述的刀具监测系统，其特征在于，所述太赫兹监测装置还包括提示单元；所述辅助处理设备在判断出所述刀片不符合要求时，所述提示单元发出提示信息。
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