CN114460596B - 一种基于能量和距离的自适应数据处理方法 - Google Patents

一种基于能量和距离的自适应数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种基于能量和距离的自适应数据处理方法，包括：驱动移动本体以预设速度v沿所述导轨从第一位置向第二位置匀速移动，同时控制激光发射装置向待测层状体发射激光脉冲；信号接收装置基于接收到的任一测量点i反射的脉冲确定对应的距离值Li和能量值Ei；如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置；如果Li＞L并且Ei＞E，则所述信号接收装置输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置；所述信号处理装置基于接收到的电压值和对应的接收时间得到每个基体和每个支撑体的厚度。本发明能够提高测量的准确性。

Description

一种基于能量和距离的自适应数据处理方法
技术领域
本申请涉及测量技术领域，具体涉及一种基于能量和距离的自适应数据处理方法。
背景技术
随着科学技术的发展，很多材料由以前的单层结构升级成为多层结构，以提高其性能。但是这种多层材料在应用或者产品测试阶段，都需要对其每层的厚度进行测量，以确保产品质量合格。
对于这种多层材料，目前的检测方法无法智能化地、自动化地准确知晓多层材料的层数和每层厚度。
发明内容
针对上述技术问题，本发明实施例提供一种基于能量和距离的自适应数据处理方法，用于至少解决上述技术问题之一。
本发明实施例提供一种基于能量和距离的自适应数据处理方法，包括使用测量装置对待测层状体的每层厚度进行检测，所述测量装置包括沿第一方向设置的导轨和可移动设置在所述导轨上的移动本体，所述移动本体包括激光发射装置、信号接收装置和信号处理装置，所述待测层状体包括2p-1层，由沿第一方向平行设置的p个基体和p-1个支撑体依次交叉形成，所述基体和所述支撑体在第二方向上具有高度差，所述基体和所述支撑体的反射率不同，所述第一方向和第二方向相互垂直；所述激光发射装置用于向所述待测层状体的测量面发射激光脉冲，所述测量面为待测层状体位于第一方向上的平面，包括基体测量面和支撑体测量面，其中，所有的基体测量面近似位于同一平面内，所有的支撑体测量面近似位于同一平面内；所述信号接收装置用于接收从所述测量面反射的脉冲，并基于接收到的脉冲得到对应的距离值和能量值，所述距离值为测量面上的测量点与激光发射装置之间的距离；p为大于1的正整数；
所述方法包括以下步骤：
S100，获取测量面与激光发射装置之间的距离阈值L和能量阈值E；
S120，驱动所述移动本体以预设速度v沿所述导轨从第一位置向第二位置匀速移动，同时控制所述激光发射装置向所述待测层状体发射激光脉冲；第一位置和第二位置之间的距离等于待测层状体的总厚度；
S140，所述信号接收装置基于接收到的任一测量点i反射的脉冲确定对应的距离值Li和能量值Ei；i的取值为1到n，n为测量点的数量；
S160，如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置；
S180，如果Li＞L并且Ei＞E，则所述信号接收装置输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置；
S200，所述信号处理装置基于接收到的电压值和对应的接收时间得到每个基体和每个支撑体的厚度。
本发明实施例提供的基于能量和距离的数据处理方法，由于同时基于能量和距离对待测层状体的厚度进行测量，能够尽可能准确获得待测层状体的每层的厚度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例使用的测量装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明实施例提供的基于能量和距离的数据处理方法，包括使用测量装置1对待测层状体2的每层厚度进行检测。如图1所示，所述测量装置包括沿第一方向设置的导轨101和可移动设置在所述导轨101上的移动本体102，所述移动本体包括激光发射装置103、信号接收装置104和信号处理装置105。在本发明实施例中，第一方向可为水平方向。
在本发明实施例中，所述待测层状体2可包括2p-1层，由沿第一方向平行设置的p个基体201和p-1个支撑体202依次交叉形成，即相邻两个基体之间夹设有一个支撑体202，p≥2。所述基体和所述支撑体在第二方向上具有高度差，所述基体和所述支撑体的反射率不同，所述第一方向和第二方向相互垂直。在本发明实施例中，第二方向可为垂直方向。p为大于1的正整数。
在本发明实施例中，每个基体的结构可完全相同或者仅厚度不同。在一个示例中，每个基体的结构可相同，例如，可都为尺寸相同的方形体。在另一个示例中，每个基体沿第二方向的长度即高度和沿第三方向的长度即宽度可相同，但沿第一方向的长度即厚度不同。同理，每个支撑体的结构可完全相同或者仅厚度不同。第三方向为与第一方向和第二方向垂直的方向。
在一个示意性实施例中，基体201的高度大于所述支撑体202的高度，所述基体201的反射率可小于所述支撑体的反射率。在一个具体示意性实施例中，待测层状体可为多层玻璃，具体地，基体201可为具有一定厚度的玻璃，支撑体202可为设置在两个玻璃之间的铝框。
在另一个示意性实施例中，基体201的高度大于所述支撑体202的高度，所述基体201的反射率可大于所述支撑体的反射率。在一个具体示意性实施例中，待测层状体可为多层玻璃，具体地，基体201可为具有一定厚度的玻璃，支撑体202可为设置在两个玻璃之间的亚克力板。其中，玻璃的透明度小于亚克力板的透明度。
在一个示意性实施例中，所述基体201与所述支撑体202连接的侧面和对应的基体测量面之间的连接面可为不规则面，优选，由弧形过渡面连接。
在本发明实施例中，导轨101可固定在设定位置。移动本体102可通过驱动装置（未图示）驱动，以沿导轨101来回移动。所述激光发射装置103用于向所述待测层状体2的测量面发射激光脉冲，所述测量面为待测层状体位于第一方向上的平面，包括基体测量面和支撑体测量面，其中，所有的基体测量面近似位于同一平面内，所有的支撑体测量面近似位于同一平面内。在本申请实施例中，由于安装误差等，基体测量面和支撑体测量面可能不会完全位于同一平面内，因此，只要测量面之间的最大高度差位于设定范围之内，均可认为近似位于同一平面内。激光发射装置可为现有机构，例如，包括激光发射管和透镜等，激光发射管用于发射激光，激光通过透镜准直或聚焦后投射到测量面上。所述信号接收装置104用于接收从所述测量面反射的脉冲，并基于接收到的脉冲得到对应的距离值和能量值，所述距离值为测量面上的测量点与激光发射装置的基准面之间的距离，能量值可为反射的脉冲的光强。信号接收装置104可为现有结构，例如，可为线阵CMOS传感器或其他光电转化器件，如APD、PD或PIN管等。基于接收到的脉冲得到对应的距离值和能量值可为现有技术。信号处理装置105可为现有结构，例如MCU等。
在使用测量装置对待测层状体进行测厚时，测量装置位于待测层状体的测量面的正上方。测量装置与测量面之间的距离即导轨与测量面之间的最短距离可基于激光发射装置的量程确定，量程越大，距离可设置越远。激光发射装置的量程可基于基体和支撑体的高度差确定，高度差越小，需要越高精度的激光发射装置，对应的量程就会短。
本发明实施例中，由于基体和支撑体之间存在高度差，因此，在使用激光测距时，会在基体和支撑体的分界点产生突变，尤其是在基体的侧面形成有不规则面时，更容易在分界点产生突变，因此，如果采用单一的测量方式例如仅根据距离进行测厚，将会使得测量结果不准确。因此，为尽可能降低分界点的突变对测厚的影响，本发明实施例提供一种基于能量和距离的自适应数据处理方法，使得测厚的数据变得更加准确。
在本发明实施例中，为确保反射回的能量更贴近测量面本身的材质，本发明实施例中，所述激光发射装置的发射功率被设置为设定的固定功率，既不会随着测量面的反射率而变化。此外，所述信号接收装置对每次返回的信号的接收时间为设定的固定时间，即每次返回的信号的接收时间都是固定的。
进一步地，在本发明实施例中，本发明实施例提供的基于能量和距离的数据处理方法，可包括以下步骤：
S100，获取测量面与激光发射装置之间的距离阈值L和能量阈值E。
在本发明实施例中，距离阈值L和能量阈值E可基于如下步骤获取：
S101，驱动所述移动本体以预设速度v沿所述导轨从第一位置匀速移动到第二位置，同时控制所述激光发射装置向所述待测层状体发射激光脉冲。
可通过控制驱动装置驱动，以驱动移动本体。在一个示意性实施例中，移动本体可沿图1中的箭头方向移动。第一位置和第二位置之间的距离等于待测层状体的总厚度。具体地，第一位置被设置为激光发射装置发射激光脉冲时，刚好打在第一个基体测量面的最外侧。第二位置被设置为激光发射装置发射的激光脉冲刚好打在最后一个基体测量面的最外侧。预设速度v可自定义设置，优选，v＜1.55m/s。
S102，所述信号接收装置基于接收到的任一测量点反射的脉冲确定对应的距离值和能量值，并发送给所述信号处理装置。
在本发明实施例中，测量点的数量n可基于速度v、层状体的总厚度H和采样率a确定，具体的，n=（H/v）*a。
S103，所述信号处理装置基于接收到的距离值和能量值确定距离阈值L和能量阈值E。
优选地，S103进一步包括：
S1031，将接收到的距离值和能量值分别进行聚类，得到第一距离聚类簇和第二距离聚类簇，以及第一能量聚类簇和第二能量聚类簇。
本领域技术人员知晓，对距离值和能量值进行聚类的方法可为现有技术，例如，可采用k-means聚类方法。
S1032，分别获取第一距离聚类簇和第二距离聚类簇的平均值Lmean1和Lmean2，以及分别获取第一能量聚类簇和第二能量聚类簇的平均值Emean1和Emean2。
S1033，获取L=（Lmean1+Lmean2）/2以及E=（Emean1+Emean2）/2。
通过S103确定的距离阈值L和能量阈值E，能够允许测量的距离值和能量值存在一定误差，进而能够提高最终的测厚结果的准确性。
在本申请的另一个实施例中，可通过在支撑体和基体上人为各分别选几个测量点，通过在信号接收装置上的显示界面上输入是支撑体还是基体的信息。接着，测量每个测量点的距离和能量，然后计算所有测量点的距离和能量的平均值，分别作为距离阈值L和能量阈值E。在后续的测量过程中，可都以计算的L和E为阈值去测同类物体的各层厚度。不过，这种方法的局限性是只适合被测物已经确定且Li和Ei差异不大的情况。
S120，驱动所述移动本体以预设速度v沿所述导轨从第一位置向第二位置匀速移动，同时控制所述激光发射装置向所述待测层状体发射激光脉冲。
S140，所述信号接收装置基于接收到的任一测量点i反射的脉冲确定对应的距离值Li和能量值Ei，i的取值为1到n。
S160，如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置。
具体地，信号处理装置可包括判断电路和输出电路，判断电路用于基于接收到的脉冲信号判断需要输出的电压值，输出电路用于基于判断电路的判断结果输出对应的电压值。在一个示例中，如果Li＜L，则判断电路会判断需要输出设定的第一电压值V1，优选，V1=1。如果Ei＜E，则判断电路会判断需要输出设定的第一电压值V1。这样，输出电路输出的电压值为V1 and V1=V1，例如，1 and 1=1。
在一个示意性实施例中，在基体201的高度大于所述支撑体202的高度，基体201的反射率小于支撑体的反射率的情况下，如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置会输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置。
S180，如果Li＞L并且Ei＞E，则所述信号接收装置输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置。如果Li＞L，则判断电路会判断需要输出设定的第二电压值V2，优选，V2=0。如果Ei＞E，则判断电路会判断需要输出设定的第二电压值V2。这样，输出电路输出的电压值为V2 and V2=V2，例如，0 and 0=0。
在一个示意性实施例中，在基体201的高度大于所述支撑体202的高度，基体201的反射率小于支撑体的反射率的情况下，如果Li＞L并且Ei＞E，则所述信号接收装置会输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置。
S190，如果Li＞L并且Ei＜E，或者，如果Li＜L并且Ei＞E，则所述信号接收装置基于测量点i之前的m个测量点对应的电压值确定输出的电压值，1≤m＜i。
在一个示意性实施例中，例如，如果测量点i之前的m个测量点对应的电压值均相同，则输出与m个测量点对应的电压值相同的电压值，m可为自定义设置，例如，m=2或者3。这样，能够避免瞬间跳跃带来的误差，能够提高测量结果。
进一步地，在本申请的另一个实施例中，在基体201的高度大于所述支撑体202的高度，并且基体201的反射率大于支撑体的反射率的情况下，S160被替换为：
S162，如果Li＜L并且Ei＞E，则所述信号接收装置输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置；以及
S180被替换为：
S182，如果Li＞L并且Ei＜E，则所述信号接收装置输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置。
进一步地，S190被替换为：
S192，如果Li＞L并且Ei＞E，或者，如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置基于测量点i之前的m个测量点对应的电压值确定输出的电压值，1≤m＜i。
S200，所述信号处理装置基于接收到的电压值和对应的接收时间得到每个基体和每个支撑体的厚度。
在本发明实施例中， S200进一步包括：
S201，基于接收到的电压值和对应的接收时间生成电压集U=（u1，u2，…，un）和接收时间集T=（t1，t2，…，tn）；uj为接收到的第j个电压值，uj等于V1或者V2， tj为接收到uj的时间，j的取值范围为1到2p-1。
S202，基于U内的电压值的存储顺序依次对U进行切割，获得2p-1个连续区间集，其中，每个区间集内的所有电压值均相等，相邻两个区间集内的电压值不相等。
在一个具体实施例中：
U=（1111111111111111100000000000000001111111111111111111111111），则获得3个连续区间集，分别为（11111111111111111）、（0000000000000000）和（1111111111111111111111111）。具体的获取方式可采用现有技术。
S202，获取第k个区间集对应的接收时间起点tks和接收时间终点tke；k的取值为1到2p-1。
可基于T获取每个区间集对应的接收时间起点和接收时间终点，获取方法可为现有技术。
S204，获取△tk=tke-tks。
S205，获取Hk=v*△tk，Hk为层状体的第k层的厚度。
在该步骤中，可基于每个区间集对应的接收时间差，得到每个层的厚度，由于每个区间集是按照存储顺序切割的，因此，区间集的排列顺序为层状体的各层的排列顺序是对应的，因此，能够得到每个基体和支撑体的厚度。
本申请的实施例还提供了一种非瞬时性计算机可读存储介质，该存储介质可设置于电子设备之中以保存用于实现方法实施例中一种方法相关的至少一条指令或至少一段程序，该至少一条指令或该至少一段程序由该处理器加载并执行以实现上述实施例提供的方法。
本申请的实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和前述的非瞬时性计算机可读存储介质。
本申请的实施例还提供一种计算机程序产品，其包括程序代码，当所述程序产品在电子设备上运行时，所述程序代码用于使该电子设备执行本说明书上述描述的根据本申请各种示例性实施方式的方法中的步骤。
虽然已经通过示例对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本申请的范围和精神。本申请开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种基于能量和距离的自适应数据处理方法，其特征在于，包括使用测量装置对待测层状体的每层厚度进行检测，所述测量装置包括沿第一方向设置的导轨和可移动设置在所述导轨上的移动本体，所述移动本体包括激光发射装置、信号接收装置和信号处理装置，所述待测层状体包括2p-1层，由沿第一方向平行设置的p个基体和p-1个支撑体依次交叉形成，所述基体和所述支撑体在第二方向上具有高度差，所述基体和所述支撑体的反射率不同，第一方向和第二方向相互垂直；所述激光发射装置用于向所述待测层状体的测量面发射激光脉冲，所述测量面为待测层状体位于第一方向上的平面，包括基体测量面和支撑体测量面，其中，所有的基体测量面近似位于同一平面内，所有的支撑体测量面近似位于同一平面内；所述信号接收装置用于接收从所述测量面反射的脉冲，并基于接收到的脉冲得到对应的距离值和能量值，所述距离值为测量面上的测量点与激光发射装置的基准面之间的距离；p为大于1的正整数；
所述方法包括以下步骤：
S100，获取测量面与激光发射装置之间的距离阈值L和能量阈值E；
S120，驱动所述移动本体以预设速度v沿所述导轨从第一位置向第二位置匀速移动，同时控制所述激光发射装置向所述待测层状体发射激光脉冲；第一位置和第二位置之间的距离等于待测层状体的总厚度；
S140，所述信号接收装置基于接收到的任一测量点i反射的脉冲确定对应的距离值Li和能量值Ei；i的取值为1到n，n为测量点的数量；
S160，如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置；
S180，如果Li＞L并且Ei＞E，则所述信号接收装置输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置；
S200，所述信号处理装置基于接收到的电压值和对应的接收时间得到每个基体和每个支撑体的厚度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S160被替换为：
S162，如果Li＜L并且Ei＞E，则所述信号接收装置输出第一电压值V1并发送给向所述信号处理装置；
S180被替换为：
S182，如果Li＞L并且Ei＜E，则所述信号接收装置输出第二电压值V2并发送给所述信号处理装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
S190，如果Li＞L并且Ei＜E，或者，如果Li＜L并且Ei＞E，则所述信号接收装置基于测量点i之前的m个测量点对应的电压值确定输出的电压值，1≤m＜i。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
S192，如果Li＞L并且Ei＞E，或者，如果Li＜L并且Ei＜E，则所述信号接收装置基于测量点i之前的m个测量点对应的电压值确定输出的电压值，1≤m＜i。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，
如果测量点i之前的m个测量点对应的电压值均相同，则输出与m个测量点对应的电压值相同的电压值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光发射装置的发射功率为设定的固定功率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号接收装置对每次返回的信号的接收时间为设定的固定时间。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S100进一步包括：
S101，驱动所述移动本体以预设速度v沿所述导轨从第一位置匀速移动到第二位置，同时控制所述激光发射装置向所述待测层状体发射激光脉冲；
S102，所述信号接收装置基于接收到的任一测量点反射的脉冲确定对应的距离值和能量值，并发送给所述信号处理装置；
S103，所述信号处理装置基于接收到的距离值和能量值确定距离阈值L和能量阈值E。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，S103进一步包括：
S1031，将接收到的距离值和能量值分别进行聚类，得到第一距离聚类簇和第二距离聚类簇，以及第一能量聚类簇和第二能量聚类簇；
S1032，分别获取第一距离聚类簇和第二距离聚类簇的平均值Lmean1和Lmean2，以及分别获取第一能量聚类簇和第二能量聚类簇的平均值Emean1和Emean2；
S1033，获取L=（Lmean1+Lmean2）/2以及E=（Emean1+Emean2）/2。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， S200进一步包括：
S201，基于接收到的电压值和对应的接收时间生成电压集U=（u1，u2，…，un）和接收时间集T=（t1，t2，…，tn）；uj为接收到的第j个电压值，uj等于V1或者V2， tj为接收到uj的时间，j的取值范围为1到2p-1；
S202，基于U内的电压值的存储顺序依次对U进行切割，获得2p-1个连续区间集，其中，每个区间集内的所有电压值均相等，相邻两个区间集内的电压值不相等；
S202，获取第k个区间集对应的接收时间起点tks和接收时间终点tke；k的取值为1到2p-1；
S204，获取△tk=tke-tks；
S205，获取Hk=v*△tk，Hk为层状体的第k层的厚度。
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