CN116519747B - 一种漆面厚度计算和基材材质识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于车辆涂层检测技术领域，具体公开了一种漆面厚度计算和基材材质识别方法，包括以下步骤：S1、触发测量：S2、厚度校准：S3、材质校准：S4、计算厚度和材质识别：S5、显示提示和数据输出。本发明的漆面厚度计算和基材材质识别方法，通过在厚度计算和材质识别中设置温度补充算法，提高校准精度，使涂层测厚仪在高温和低温环境中都能正常工作，同时，利用基材材质识别原理识别出基材材质，结合霍尔传感器和涡流效应传感器的信号，通过分析可识别出各种材料，在汽车漆面检测中，不破坏漆面的情况下，不仅能测出油漆的厚度，还能检测出油漆下面基材的异常情况。
Description
技术领域
本发明属于车辆涂层检测技术领域，尤其涉及一种漆面厚度计算和基材材质识别方法。
背景技术
二手车行业，事故车、旧车的处理方式一般是重新翻新再进行二次售卖，翻新过程中，需先对旧漆打磨干净，取适当的腻子进行刮涂，然后再喷新漆，由于翻新车从外观上无法鉴别，因此需要借助涂层测厚仪无损地测量磁性金属基体(如钢、铁、合金和硬磁性钢等)上非磁性涂层的厚度(如铝、铬、铜、珐琅、橡胶、油漆等) 及非磁性金属基体(如铜、铝、锌、锡等)上非导电覆层的厚度(如:珐琅、橡胶、油漆、塑料等)。
现有的涂层测厚仪采用磁感应测量或电涡流测量的方式测涂层的厚度，其中磁感应测量主要利用从测头经过非铁磁覆层而流入铁磁基体的磁通的大小，来测定覆层厚度，而电涡流测量主要利用高频交流信号在测头线圈中产生电磁场，测头靠近导体时，就在其中形成涡流，测头离导电基体愈近，则涡流愈大，反射阻抗也愈大。虽然现有的涂层测厚仪可对漆面的厚度进行测量，但是，当温湿度、被测物材质改变或元件老化等导致各属性参数改变时，交流电频率也极可能漂移，导致现有的涂层测厚仪的使用环境有限（温度:0-40℃，湿度:10-90%RH），校准精度较低，一旦使用环境异常（如温度过高或过低），便无法正常精确工作，同时，由于现有的测厚仪结构和测试方法比较简单，只可分辨铁（铁磁性金属）和非铁（非铁磁性金属），而难以检测出油漆下面基材的异常情况（如：涂抹腻子或镀锌层损坏），因此技术门槛较低。
因此，发明人致力于设计一种漆面厚度计算和基材材质识别方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种漆面厚度计算和基材材质识别方法，不仅可提高校准精度，在高温和低温环境下正常使用，而且可检测出油漆下面基材的异常情况。
为了达到上述目的，本发明所采用的一种技术方案为：
一种漆面厚度计算和基材材质识别方法，包括以下步骤：
S1、触发测量：
将设备的探头按压于被测物表面，探头内霍尔传感器的电流和感应电压经MCU的PGA放大后，由MCU的ADC测量，探头内涡流效应传感器的交流电信号，由MCU的计数器测量频率；
S2、厚度校准：
用探头的霍尔传感器测量磁性金属表面不同覆层厚度的信号，得出霍尔感应电压A和经过霍尔元件的电流B，经过温度补偿，得到XF与厚度SF的关系曲线；
用探头的涡流效应传感器测量非磁性金属表面不同覆层厚度的信号，得出涡流线圈交流电频率C和经过霍尔元件的电流D，经过温度补偿，得到XN与厚度SN的关系曲线，将曲线数据存储在设备上；
S3、材质校准：
用设备在合金基材上做材质校准，得到材质特征相关参数XNaf，SFZ0，SNZ0，SFZ1，SNZ1，将各个参数存储在设备上；
S4、计算厚度和材质识别：
将设备的探头按压在被测物表面，触发测量；
霍尔传感器的数据经过温度补偿得到XF，经过加权计算得到厚度SF；
涡流效应传感器的数据经过温度补偿得到XN，经过加权计算得到厚度SN，再通过算法分析出材质；
S5、显示提示和数据输出：
将厚度和材质测量结果显示于设备。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，所述步骤S2和步骤S4中，用霍尔传感器测量时，有X=XF，温度补偿公式为：其中：E1，E2，E3均为常数；
A和B分别为霍尔传感器测量时，霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏和毫安；
A0f和B0f分别为霍尔传感器工厂校准时，在无涂层的铁基材表面的霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏和毫安。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，所述步骤S2和步骤S4中，用涡流效应传感器测量时，有X=XN，温度补偿公式为：其中：H1，H2，H3，H4，H5均为常数；
C和D分别为涡流效应传感器测量时，涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹和毫安；
C0f和D0f分别为涡流效应传感器工厂校准时，在无涂层的铝基材表面的涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹和毫安。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，所述步骤S3中，所述材质校准的方法为：
①、将探头按压在10cm厚的塑料板上，由涡流效应传感器数据计算得到XNaf其中，XNaf的计算方式参考XN温度补偿公式；
②、将探头按压在合金基材上，测量得到SFZ0和SNZ0；
③、在合金基材上，覆盖1mm厚的塑料膜片后，将探头按压在塑料膜片上面，测量得到SFZ1和SNZ1；
其中,SFZ0和SFZ1是用霍尔传感器的XF数据计算的厚度值，SNZ0和SNZ1是用涡流效应传感器的XN数据计算的厚度值；
④、将探头按压在汽车漆面上，测量得到XNr、SFr和SNr；
其中,XNr为涡流效应传感器此时的XN数据，SFr是用霍尔传感器的XF数据计算的厚度值，SNr是用涡流效应传感器的XN数据计算的厚度值。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，当SFr不超出量程，且，且SFr≤R4时，基材为铁粉腻子；
其中，R1，R2，R3，R4均为常数。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，当SFr不超出量程，且，且SFr≤R6时，基材为铁锌，否则基材为铁,
其中，R5，R6均为常数。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，当SFr超出量程，且SNr不超出量程时，基材为非铁；
当SFr超出量程，且SNr也超出量程时，提示“未检到金属”。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，所述步骤S4中，当X＜0时，厚度值S为：；
，即计算0-50um厚度范围内关系式结果的相反数。其中，，/>分别为一次函数和二次函数的权，且/>；
为一次函数的一次项系数，/>和/>分别为二次函数的二次项系数和常数项；
X为霍尔电压相对值或涡流线圈交流电频率相对值。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，当X2i≤X＜X2i+1时，厚度值S为：其中，。
为一次函数计算出的厚度值，/>和/>分别为一次项系数和常数项；
为二次函数计算出的厚度值，/>，/>和/>分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
和/>分别为一次函数和二次函数的权，且/>；
X为霍尔电压相对值或涡流线圈交流电频率相对值。
作为本发明漆面厚度计算和基材材质识别方法的一种改进，当X2i+1≤X＜X2i+2时，厚度值S为：；
其中，。
为一次函数计算出的厚度值，/>和/>分别为一次项系数和常数项；
为二次函数计算出的厚度值，/>，/>和/>分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
和/>分别为一次函数和二次函数的权，且/>；
X为霍尔电压相对值或涡流线圈交流电频率相对值。
与现有技术相比，本发明的漆面厚度计算和基材材质识别方法，通过在厚度计算和材质识别中设置温度补充算法，提高校准精度，使涂层测厚仪在高温和低温环境（-40～60℃）中都能正常工作，同时，利用基材材质识别原理（不同材质表面的导电率不同）识别出基材材质，结合霍尔传感器和涡流效应传感器的信号，通过分析可识别出各种材料（如：铁、非铁、铁粉腻子和铁镀锌等），在汽车漆面检测中，不破坏漆面的情况下，不仅能测出油漆的厚度，还能检测出油漆下面基材的异常情况（如修理汽车时涂抹腻子，或镀锌层损坏），提高技术门槛。
附图说明
图1是本发明的涂层测厚仪的结构示意图；
图2是本发明的漆面厚度计算和基材材质识别方法的流程图；
图3是本发明的基本关系式中探头数据的实际曲线。
图示说明：
1、探头；11、霍尔传感器；12、涡流效应传感器；2、电源模块；21、涡流信号处理电路；22、显示屏；23、蜂鸣器；3、MCU；31、PGA；32、ADC；33、计数器；4、按键；5、USB接口；6、晶振。
具体实施方式
下面结合附图，具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。
参照图1，本发明的漆面厚度计算和基材材质识别方法基于涂层测厚仪，该涂层测厚仪包括探头1、MCU 3和电源模块2，其中，探头1内设有霍尔传感器11和涡流效应传感器12，MCU 3包括PGA 31、计数器33和ADC 32，霍尔传感器11通过PGA 31与ADC 32通讯连接，涡流效应传感器12通过涡流信号处理电路21与计数器33通讯连接，MCU 3外设有显示屏22、蜂鸣器23、按键4、USB接口5和晶振6，探头1、涡流信号处理电路21、MCU 3、显示屏22和蜂鸣器23均与电源模块2电连接，按键4、USB接口5、晶振6、显示屏22和蜂鸣器23均与MCU 3通讯连接。
本发明中，MCU 3为微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)，PGA 31为放大器，ADC 32为模拟数字转换器(Analog-to-digital converter)。
本发明中，霍尔传感器11的测厚原理为：探头1中装有磁铁，通电的霍尔元件在该磁铁的磁场中产生感应电压，当探头靠近磁性金属时，霍尔元件输出相应的感应电压，距离越小，感应电压越大。用MCU 3内部高精度的ADC 32测出霍尔元件的输入电流和输出的感应电压，通过计算可得出磁性金属表面非磁性涂（镀）层的厚度。
本发明中，涡流效应传感器12的测厚原理为：探头1中装有线圈（即：涡流线圈），给线圈输入高频交流电信号时，线圈附近会产生高频交变电磁场。当探头1靠近导体时，导体会产生感应电磁场并干涉线圈的交变电磁场，从而影响涡流线圈交流电频率。距离越小，影响越大。用MCU 3的计数器33测出涡流线圈交流电频率，通过计算可得出导体表面非导体涂层的厚度。
参照图1至图3，一种漆面厚度计算和基材材质识别方法，包括以下步骤：
S1、触发测量：
设备开机后，将探头1按压在被测物表面，设备的MCU 3捕捉到探头1的信号变化，即可触发测量，探头1内霍尔传感器11的电流和感应电压，经MCU 3的PGA 31放大后，由MCU3的ADC 32测量；涡流效应传感器12的交流电信号，由MCU 3的计数器33测量频率；
S2、厚度校准：
用设备的霍尔传感器11测量磁性金属表面不同覆层厚度的信号（参照“三、工厂校准数据采集方案”），得出霍尔感应电压A和经过霍尔元件的电流B，经过温度补偿（参照“二、温度补偿公式”中的霍尔传感器11测量温度补偿公式1），得到XF与厚度SF的关系曲线；
用设备的涡流效应传感器12测量非磁性金属表面不同覆层厚度的信号，得出涡流线圈交流电频率C和经过霍尔元件的电流D，经过温度补偿（参照“二、温度补偿公式”中的涡流效应传感器12测量温度补偿公式2），得到XN与厚度SN的关系曲线，将曲线数据存储在设备上；
S3、材质校准：
完成厚度校准后，再用设备在特制合金基材上做材质校准，得到材质特征相关参数XNaf，SFZ0，SNZ0，SFZ1，SNZ1（参照“七、基材材质识别方法与步骤”中的①②③④），将参数存储在设备上；
S4、计算厚度和材质识别：
将设备的探头1按压在被测物表面，触发测量，霍尔传感器11的数据经过温度补偿得到XF（参照“二、温度补偿公式”中的霍尔传感器11测量温度补偿公式1），经过加权计算得到厚度SF（参照“五、厚度值S的计算”）；
涡流效应传感器12的数据经过温度补偿得到XN（参照“二、温度补偿公式”中的涡流效应传感器12测量温度补偿公式2），经过加权计算得到厚度SN；再通过算法分析出材质（参照“七、基材材质识别方法与步骤”中的⑤⑥）。
S5、显示提示和数据输出：
将测量结果（厚度和材质）通过设备的显示屏22显示出来，并做提示或警报，测量结果也可通过蓝牙或USB等，将数据传到其他设备（如手机或PC）。
本发明中，工厂校准包括：S2、厚度校准和S3、材质校准，本发明的漆面厚度计算和基材材质识别方法涉及的各种计算方案具体如下：
数学建模：
探头“霍尔电压 - 涂（镀）层厚度”曲线类似二次函数曲线，“涡流线圈交流电频率- 非金属涂层厚度”曲线也类似二次函数曲线。
在一定采样密度（工厂校准数据量）情况下，为提高精度，采用一次函数与二次函数加权和分段法拟合探头1数据曲线。
用二次函数分段搭建探头1数据关系式是本发明厚度测量的基本思想，一次函数参与上述加权计算之间的作用如下：
从数学层面来理解：当二次函数的权不为0时，二次函数与一次函数的加权和仍然是二次函数，在X1≤X＜X2与X2≤X＜X3两个范围内分别采用不同的权，就可以组合出两个不同的二次函数。也就是说，在X1≤X＜X3范围内，只有三个坐标：（X1，S1）,（X2，S2）和（X3，S3）,原本只能确定一个二次函数，但是用二次函数与一次函数的加权和“搭配”出两个不同的二次函数，达到了增加分段数量的目的（当时，加权和S曲线仍然经过上列三个坐标）。关系式分段越多，拟合的曲线越接近实际，精度也就越高。显然，三个点确定两个二次函数，事半功倍！
一、基本关系式
参照图3，以霍尔电压相对值为X轴（或以涡流线圈交流电频率相对值为X轴），涂（镀）层厚度为S轴，建立相应的直角坐标系（X的计算方式参考温度补偿公式），则探头1数据的实际曲线类似图3所示的二次函数曲线：
本发明中，即使在相同探头1，以及相同涂（镀）层厚度条件下，当温湿度、被测物材质改变或元件老化等导致各属性参数改变时，霍尔电压、涡流线圈交流电频率也极可能漂移。因此，需要先对X做温度补偿。
综上所述，本发明采集了三个厚度点的数据，得到坐标（X2i，S2i）,（X2i+1，S2i+1）和（X2i+2，S2i+2）,则基本关系式如下：
一次函数：
二次函数：
加权和：
其中：
；
和/>分别为一次函数和二次函数的权，且/>；（可参照“六、一次函数与二次函数权值表”）
X的计算方法参考“二、温度补偿公式”。
为一次函数/>和二次函数/>的加权和厚度值；
为一次函数/>和二次函数/>的加权和厚度值；
和/>为一次函数不同分段计算出的厚度值，/>和/>为不同分段的一次项系数，/>和/>为不同分段的常数项；
为二次函数计算出的厚度值，/>，/>和/>分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
和/>为一次函数不同分段的权值，/>和/>为二次函数不同分段的权值，且/>，/>；（具体取值参照“六、一次函数与二次函数权值表”）
X为霍尔电压相对值（或涡流线圈交流电频率相对值）。用霍尔传感器11计算厚度时，令X=XF；用涡流效应传感器12计算厚度时，令X=XN；XF和XN的计算公式参照“二、温度补偿公式”。
二、温度补偿公式：
1、用霍尔传感器11测量时，有X=XF，温度补偿公式为：
2、用涡流效应传感器12测量时，有X=XN，温度补偿公式为：
其中：E1，E2，E3，H1，H2，H3，H4，H5均为常数，与使用的电子元件有关；
A和B分别为霍尔传感器11测量时，霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏(mV)和毫安(mA)；
C和D分别为涡流效应传感器12测量时，涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹(Hz)和毫安(mA)；
A0f和B0f分别为霍尔传感器11工厂校准时，在铁基材表面（无涂、镀层）的霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏(mV)和毫安(mA)；
C0f和D0f分别为涡流效应传感器12工厂校准时，在铝基材表面（无涂、镀层）的涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹(Hz)和毫安(mA)；
XF为霍尔传感器11（温度补偿后）霍尔电压相对值；
XN为涡流效应传感器12（温度补偿后）涡流线圈交流电频率相对值。
三、工厂校准数据采集方案
1、0um，50um，100um，150um，250um，500um，750um，1000um，每个厚度分别采集探头1数据；
2、1000um以上：每隔500um采集一组数据。
采集完校准数据，可得到坐标（X0,0），（X1,50），（X2,100），（X3,150），（X4,250），（X5,500），（X6,750），（X7,1000），（X8,1500），（X9,2000），（X10,2500）……。
说明：其中的X0，X1，X2，X3……，每个设备的数据不一样，工厂校准后即可确定下来，因此这里不具体列出。X值计算方式参考XF、XN温度补偿公式（注：霍尔传感器11和涡流效应传感器12的计算公式不同）。
其中的X0，X1，X2，X3……，由带入X2i，X2i+1，X2i+2得到，可参照“一、基本关系式”中的描述。
四、关系式各项系数的计算：
工厂校准时，霍尔传感器11和涡流效应传感器12都必须先采集工厂零点（基材表面无涂、镀层）的数据：
霍尔传感器11工厂校准时，先采集铁基材表面（无涂、镀层）数据和/> ，再采集其他厚度的工厂数据，并分别计算出各厚度相应的X值，计算公式如下：
其中，A2i和A2i+1为霍尔传感器11测量时霍尔感应电压，单位为毫伏(mV)；
B2i和B2i+1为霍尔传感器11测量时，经过霍尔元件的电流，单位为毫安(mA)；
A0f和B0f分别为霍尔传感器11工厂校准时，在无涂层的铁基材表面的霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏(mV)和毫安(mA)；
X2i和X2i+1为霍尔传感器11（温度补偿后）霍尔电压相对值。
涡流效应传感器12工厂校准时，先采集铝基材表面（无涂、镀层）数据和/>，再采集其他厚度的工厂数据，并分别计算出各厚度相应的X值，计算公式如下：
其中，C2i和C2i+1为涡流效应传感器12测量时涡流线圈交流电频率，单位为赫兹(Hz)；
D2i和D2i+1为涡流效应传感器12测量时，经过霍尔元件的电流，单位为毫安(mA)；
C0f和D0f分别为涡流效应传感器12工厂校准时，在铝基材表面（无涂、镀层）的涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹(Hz)和毫安(mA)；
X2i和X2i+1为涡流效应传感器12（温度补偿后）涡流线圈交流电频率相对值。
说明：工厂校准时，采集到的数据经过上述方法补偿后，就可以抵消温度变化对工厂校准数据的影响，从而提高校准精度。
计算关系式的系数：
一般情况下，三个坐标点可以确定一条二次函数曲线。假如采集了三个厚度点的数据，得到坐标（X2i，S2i）,（X2i+1，S2i+1）和（X2i+2，S2i+2）,则有方程组
解得
其中，
和/>为工厂校准时，标准膜片的厚度；
和/>为一次函数不同分段的一次项系数；/>和/>为一次函数不同分段的常数项；
，/>和/>分别为二次函数的二次项系数，一次项系数和常数项；
和/>为霍尔电压相对值（或涡流线圈交流电频率相对值）。用霍尔传感器11计算厚度时，参照“二、温度补偿公式”中XF计算公式；用涡流效应传感器12计算厚度时，参照“二、温度补偿公式”中XN计算公式。
五、厚度值S的计算：
1、当X＜0时，厚度值S为：，即计算0-50um厚度范围内关系式结果的相反数；
其中，表示X＜0时，由S曲线（第一个分段）计算出的厚度值的相反数；
，/>别为一次函数（第一个分段）和二次函数（第一个分段）的权，且/>；
为一次函数（第一个分段）的一次项系数，/>和/>分别为二次函数（第一个分段）的二次项系数和常数项；
X为霍尔电压相对值（或涡流线圈交流电频率相对值）。用霍尔传感器11计算厚度时，令X=XF；用涡流效应传感器12计算厚度时，令X=XN；XF和XN的计算公式参照“二、温度补偿公式”。
2、当X2i≤X＜X2i+1时，厚度值S为：；
其中，。
为一次函数/>和二次函数/>的加权和厚度值；
为一次函数计算出的厚度值，/>和/>分别为一次项系数和常数项；
为二次函数计算出的厚度值，/>，/>和/>分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
和/>分别为一次函数和二次函数的权，且/>；（具体取值参照“六、一次函数与二次函数权值表”）
X为霍尔电压相对值（或涡流线圈交流电频率相对值）。用霍尔传感器11计算厚度时，令X=XF；用涡流效应传感器12计算厚度时，令X=XN；XF和XN的计算公式参照“二、温度补偿公式”。
3、当X2i+1≤X＜X2i+2时，厚度值S为：
；
其中：
S曲线各分段权值请查阅“六、一次函数与二次函数权值表”。
为一次函数/>和二次函数/>的加权和厚度值；
为一次函数计算出的厚度值，/>和/>分别为一次项系数和常数项；
为二次函数计算出的厚度值，/>，/>和/>分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
和/>分别为一次函数和二次函数的权，且/>；（具体取值参照“六、一次函数与二次函数权值表”）
X为霍尔电压相对值（或涡流线圈交流电频率相对值）。用霍尔传感器11计算厚度时，令X=XF；用涡流效应传感器12计算厚度时，令X=XN；XF和XN的计算公式参照“二、温度补偿公式”。
六、一次函数与二次函数权值表：
霍尔传感器11一次函数与二次函数权值表（仅供参考）如以下表一所示：
涡流效应传感器12一次函数与二次函数权值表（仅供参考）如以下表二所示：
七、基材材质识别方法与步骤：
结合霍尔传感器11的XF数据和涡流效应传感器12的XN数据，可具体分析出铁、铁镀锌、铁粉腻子基材。具体方法如下：
工厂校准完成后：
①、将探头1按压在10cm厚的塑料板上，由涡流效应传感器12数据计算得到XNaf（计算方式参考XN温度补偿公式）；
②、将探头1按压在特制的合金基材上，测量得到SFZ0和SNZ0；
③、在特制的合金基材上，覆盖1mm厚的塑料膜片后，将探头1按压在塑料膜片上面，测量得到SFZ1和SNZ1；
其中,SFZ0和SFZ1是用霍尔传感器11的XF数据计算的厚度值，SNZ0和SNZ1是用涡流效应传感器12的XN数据计算的厚度值；
④、用户使用时，将探头1按压在汽车漆面上，测量得到XNr、SFr和SNr；
其中,XNr为涡流效应传感器12此时的XN数据，SFr是用霍尔传感器11的XF数据计算的厚度值，SNr是用涡流效应传感器12的XN数据计算的厚度值；
⑤、当SFr不超出量程，且，且SFr≤R4时，基材为铁粉腻子（Fe Putty），否则
当SFr不超出量程，且，且SFr≤R6时，基材为铁锌（Fe+Zn），否则基材为铁（Fe）；
其中，R1，R2，R3，R4，R5，R6均为常数，与使用的电子元件、用户所需的识别灵敏度有关，量程指的是设备能测量的最大厚度范围，由软件程序限定。
上面公式中，参数XNaf，SFZ0，SNZ0，SFZ1，SNZ1的获取方法，参照上面①②③④的描述。
⑥、当SFr超出量程，且SNr不超出量程时，基材为非铁（NFe）；
当SFr超出量程，且SNr也超出量程时，提示“未检到金属”。
本发明中，基材材质识别原理：不同材质表面的导电率不同，利用该特性识别出基材材质，例如铁粉腻子，虽然其导磁性能跟铁材料非常接近，单独用霍尔传感器11或涡流效应传感器12去测量时都无法检测出异常，但是铁粉腻子和铁表面的导电率不同。结合霍尔传感器11和涡流效应传感器12的信号，通过分析可识别出铁、非铁、铁粉腻子和铁镀锌等材料。
本发明的厚度计算和材质识别都带了温度补偿算法，使得设备在-40～60℃环境中都能正常工作。
本发明主要应用于汽车漆面的检测。在不破坏漆面的情况下，不仅能测出油漆的厚度，还能检测出油漆下面基材的异常情况（如修理汽车时涂抹腻子，或镀锌层损坏）。
本发明增加了材质识别算法，且温度补偿精度要求也更高（否则高低温环境中容易误判材质），可准确的识别铁锌和铁粉腻子，相比简单的厚度测量，本发明材质识别功能做起来复杂得多，技术门槛更高，可以让测厚仪在各种环境中精确测量厚度的同时，还能灵敏且准确地识别到覆层（可能很厚）下面基材的异常情况，即使是涂了很薄的铁粉腻子、镀了很薄的锌层，都能准确识别到。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围上所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种漆面厚度计算和基材材质识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、触发测量：
将设备的探头按压于被测物表面，探头内霍尔传感器的电流和感应电压经MCU的PGA放大后，由MCU的ADC测量，探头内涡流效应传感器的交流电信号，由MCU的计数器测量频率；
S2、厚度校准：
用探头的霍尔传感器测量磁性金属表面不同覆层厚度的信号，得出霍尔感应电压A和经过霍尔元件的电流B，经过温度补偿，得到霍尔电压相对值XF与厚度SF的关系曲线；
用探头的涡流效应传感器和霍尔传感器分别测量非磁性金属表面不同覆层厚度的信号，依次得出涡流线圈交流电频率C和经过霍尔传感器的电流D，经过温度补偿，得到涡流线圈交流电频率相对值XN与厚度SN的关系曲线，将曲线数据存储在设备上；
S3、材质校准：
用设备在合金基材上做材质校准，得到材质特征相关参数XNaf，SFZ0，SNZ0，SFZ1，SNZ1，将各个参数存储在设备上，其中，XNaf是涡流效应传感器在塑料板上的涡流线圈交流电频率相对值，SFZ0和SFZ1是用霍尔传感器的数据计算的厚度值，SNZ0和SNZ1是用涡流效应传感器的数据计算的厚度值；
所述材质校准的方法为：
①、将探头按压在10cm厚的塑料板上，由涡流效应传感器数据计算得到XNaf，其中，XNaf的计算方式参考XN温度补偿公式，其中，XNaf是涡流效应传感器在塑料板上的涡流线圈交流电频率相对值，XN为涡流效应传感器温度补偿后的涡流线圈交流电频率相对值；
②、将探头按压在合金基材上，测量得到SFZ0和SNZ0，其中，SFZ0和SFZ1是用霍尔传感器的数据计算的厚度值；
③、在合金基材上，覆盖1mm厚的塑料膜片后，将探头按压在塑料膜片上面，测量得到SFZ1和SNZ1；
其中,SFZ0和SFZ1是用霍尔传感器的XF数据计算的厚度值，SNZ0和SNZ1是用涡流效应传感器的XN数据计算的厚度值；
④、将探头按压在汽车漆面上，测量得到XNr、SFr和SNr；
其中,XNr为涡流效应传感器此时的XN数据，SFr是用霍尔传感器的XF数据计算的厚度值，SNr是用涡流效应传感器的XN数据计算的厚度值；
S4、计算厚度和材质识别：
将设备的探头按压在被测物表面，触发测量；
霍尔传感器的数据经过温度补偿得到XF，经过一次函数和二次函数的加权计算得到厚度SF；
涡流效应传感器的数据经过温度补偿得到XN，经过加权计算得到厚度SN，再通过算法分析出材质，所述材质的算法分析方法为：
当SFr不超出量程，且
，
且SFr≤R4时，基材为铁粉腻子；
其中，R1，R2，R3，R4均为常数；
当SFr不超出量程，且
，
且SFr≤R6时，基材为铁锌，否则基材为铁,
其中，R5，R6均为常数；
当SFr超出量程，且SNr不超出量程时，基材为非铁；
当SFr超出量程，且SNr也超出量程时，提示“未检到金属”；
S5、显示提示和数据输出：
将厚度和材质测量结果显示于设备。
2.根据权利要求1所述的漆面厚度计算和基材材质识别方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S4中，用霍尔传感器测量时，有X＝XF，温度补偿公式为：
其中：E1，E2，E3均为常数；
XF为霍尔传感器温度补偿后的霍尔电压相对值；
A和B分别为霍尔传感器测量时，霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏和毫安；
A0f和B0f分别为霍尔传感器工厂校准时，在无涂层的铁基材表面的霍尔感应电压和经过霍尔元件的电流，单位分别为毫伏和毫安。
3.根据权利要求1所述的漆面厚度计算和基材材质识别方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S4中，用涡流效应传感器测量时，有X＝XN，温度补偿公式为：
XN＝C0f-C+[1-(H1-H2|D-D0f|)(H3-C0f+C)][H4(D-D0f)+H5](D--D0f)
其中：H1，H2，H3，H4，H5均为常数；
C和D分别为涡流效应传感器测量时，涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹和毫安；
C0f和D0f分别为涡流效应传感器工厂校准时，在无涂层的铝基材表面的涡流线圈交流电频率和经过霍尔元件的电流，单位分别为赫兹和毫安。
4.根据权利要求1所述的漆面厚度计算和基材材质识别方法，其特征在于，所述步骤S4中，当X＜0时，厚度值S为：
Sneg＝-ρ0ε0|X|-τ0(a0X2+b0|X|):
即计算0-50um厚度范围内关系式结果的相反数；
其中，ρ0，τ0分别为一次函数和二次函数的权，且ρ0+τ0＝1；
ε0为一次函数的一次项系数，a0和b0分别为二次函数的二次项系数和常数项；
X为霍尔电压相对值或涡流线圈交流电频率相对值。
5.根据权利要求1所述的漆面厚度计算和基材材质识别方法，其特征在于，
当X2i≤X＜X2i+1时，厚度值S为：
S2i＝ρ2iU2i+τ2iY2i＝ρ2i(ε2iX+δ2i)+τ2i(a2iX2+b2iX+c2i)
其中，i＝0,1,2,3,···,n；
U2i为一次函数计算出的厚度值，ε2i和δ2i分别为一次项系数和常数项；
Y2i为二次函数计算出的厚度值，a2i，b2i和c2i分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
ρ2i和τ2i分别为一次函数和二次函数的权，且ρ2i+τ2i＝1；
X为霍尔电压相对值或涡流线圈交流电频率相对值。
6.根据权利要求1所述的漆面厚度计算和基材材质识别方法，其特征在于，
当X2i+1≤X＜X2i+2时，厚度值S为：
S2i+1＝ρ2i+1U2i+1+τ2i+1Y2i＝ρ2i+1(ε2i+1X+δ2i+1)+τ2i+1(a2iX2+b2iX+C2i)；
其中，i＝0,1,2,3,···,n；
U2i+1为一次函数计算出的厚度值，ε2i+1和δ2i+1分别为一次项系数和常数项；
Y2i为二次函数计算出的厚度值，a2i，b2i和c2i分别为二次项系数，一次项系数和常数项；
ρ2i+1和τ2i+1分别为一次函数和二次函数的权，且ρ2i+1+τ2i+1＝1；
X为霍尔电压相对值或涡流线圈交流电频率相对值。
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