基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于板材加工制造领域，尤其涉及一种基于激光超声的板材厚度检测及调 整系统，该系统能够在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下在线测量板材的厚度，并能够自 动消除板材厚度生产偏差，保证板材厚度的均匀性。
【背景技术】
[0002] 实际工业生产过程中，板材厚度的均匀性是一项重要指标，直接关系到后续加工 量大小，影响产品最终成材率及整体加工成本。能否快速、精确的在线检测板材厚度值、能 否及时根据检测结果对工艺流程做出调整，对于板材的厚度均匀性而言非常重要。由于工 业生产板材往往为表面粗糙、高低不平、温度不定的情况，且工作环境通常为高温、强腐蚀、 高辐射等极端环境，而一般的测厚装置并不适合在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下工 作，所以一般的测厚装置并不适合于工业板材的厚度在线检测，因此研宄一种适合工业板 材的厚度在线检测系统很有必要。同时，在一般的工业板材生产过程中，板材厚度控制一般 需要工艺人员在板材冷却后对其厚度进行测量，再手动调节上辊轮相对下辊轮的距离以调 整板材厚度值。显然，这个调整过程不仅费时费力，且调节精度低，不利于工厂的连续化生 产。
[0003] 国内外现有板材测厚方式大体分为两类：接触式测量与非接触式测量。接触式测 量因为对板材有一定损伤、在线测量难度大等劣势基本已被非接触式测量所取代，接触式 测量对板材有一定损伤是因为：（1)传感器在板材表面直接接触作用可能损伤板材表面， (2)耦合剂为有机物质，可能对塑料等有机被测对象产生腐蚀等作用。目前常用的非接触式 测量方法主要有：超声测厚、放射性射线测厚、激光测厚等。其中，放射性射线测厚因为对环 境、人体具有较大损伤已逐步淡出企业视野。当前用的较多的是超声测厚以及激光测厚方 法，然而，由于在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下，超声测厚所使用的耦合剂会出现失效 问题，因而导致超声测厚仪无法在高温、强腐蚀、高辐射等极端环境下使用，于是，激光测厚 方法慢慢进入企业选用范围。激光测厚也分为两种模式：利用光学原理测厚以及利用激光 超声学原理测厚。
[0004] 公告号CN2349537Y，名称"激光在线测厚仪"，公告号CN203203562U，名称"激光测 厚装置"，公告号CN203605912U，名称"一种激光测厚装置"等为代表的是利用光学原理测 厚，公告号CN101543844B，名称"一种金属及合金板带热轧机在线测量厚度与控制的方法" 的专利还对生产的金属板厚度进行了反馈控制。这些专利的主要原理是板材厚度变化引起 反射激光角度发生偏转，通过激光接收器、信号转换器等装置将位移变化转换为厚度变化 从而实现对板材厚度的测量。无疑，利用光学原理测厚，理论上讲其精度很高，在板材表面 绝对平整情况下理想测量厚度值甚至可以达到微米级，然而，工业生产板材往往都是表面 极为粗糙、高低不平、温度不定的情况，所以，入射激光在板材表面往往遵循漫反射定律而 不是反射定律，此类情况下，激光反射角度几乎就是在一定角度内随机分布，而不是遵循类 似光滑表面时反射角等于入射角的Snell规律。此类情况下，利用激光接收器、信号转换器 等寻找反射激光角的偏差值从而获取板材厚度值变化就存在较大误差，或许该方法在光学 元件测厚领域适用，但由于工业生产板材往往都是表面粗糙、高低不平、温度不定的情况， 因此该方法对于工业生产板材测厚而言误差较大，因此不是合理选择。而且，该类装置基 本组成部分包含激光发射器、激光接收器、光电信号转化器等设备，该三种设备成本都比较 高，整体设备造价也是不容乐观。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术中的上述不足，提供一种基于激光超声的板材厚度在线检测 及调整系统，该系统利用激光超声学原理测量板材厚度，并利用该测得厚度值与PLC控制 系统的厚度预设值进行比较，根据比较结果调整上辊轮相对下辊轮的间距以自动改变后续 生产板材的厚度值，使生产板材厚度值能与PLC控制系统的厚度预设值一致，从而保证生 产板材的厚度均匀性，该系统能适应高温、强腐蚀、高辐射等极端环境，并且厚度测量准确、 误差小、整体造价不高。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：
[0007] 基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统，包括板材辊压机构与板材厚度在 线检测机构，所述板材辊压机构包括上辊轮、下辊轮、上下辊轮间距调整机构、以及PLC控 制系统，所述板材厚度在线检测机构包括光路系统集成、高温检测计、数据采集系统集成、 以及数据处理系统集成；
[0008] 所述上下辊轮间距调整机构包括左支架、右支架，左支架和右支架上分别竖向设 置有第四丝杆，左侧的第四丝杆通过轴承可转动地设置在左支架上，右侧的第四丝杆通过 轴承可转动地设置在右支架上，左侧的第四丝杆的两侧分别设置有竖向布置的第四导向 杆，右侧的第四丝杆的两侧也分别设置有竖向布置的第四导向杆，所述左支架和右支架上 分别设置有第四电机安装室，第四电机安装室内设置有可驱动第四丝杆正转或反转的伺服 电机，伺服电机的输出端连接减速器，减速器的输出端连接所述第四丝杆，左边的第四丝杆 螺纹连接有可竖向移动的第四移动平台，右侧的第四丝杆也螺纹连接有可竖向移动的第四 移动平台，第四移动平台的中部设置有与第四丝杆啮合的第四螺纹孔，左侧的第四移动平 台套在左侧的第四导向杆上以平稳地上下移动，右侧的第四移动平台套在右侧的第四导向 杆上以平稳地上下移动，第四电机安装室的外部还设置有可粗调第四移动平台竖向位置的 第四手动旋钮；左侧的第四移动平台和右侧的第四移动平台之间连接有水平布置的上辊 轮，上辊轮的两端通过轴承可转动地设置在左侧和右侧的第四移动平台内，所述下辊轮的 两端通过轴承可转动地设置在左支架和右支架内，板材在上辊轮和下辊轮之间的间距内辊 压穿过，板材的厚度与上辊轮和下辊轮之间的间距配合，板材在上辊轮和下辊轮的同步转 动作用下水平地移动；非工作状态下，通过第四手动旋钮的转动使第四丝杆正转或反转，第 四移动平台由于第四螺纹孔与第四丝杆的啮合实现竖直方向的运动，以初步调节上辊轮和 下辊轮之间的间距，工作状态下，所述伺服电机接受由PLC控制系统发出的指令，通过减速 器带动第四丝杠正转或反转，第四移动平台由于第四螺纹孔与第四丝杆的啮合实现竖直方 向的运动，从而调节第四移动平台的竖向位置，也即调整上辊轮的竖向位置，从而改变上辊 轮和下辊轮之间的间距进而调节板材厚度值；
[0009] 所述光路系统集成包括U型接地架、三维移动平台、以及集成有激光发射器和光 路调节系统的控制柜，所述三维移动平台包括Z向移动台、X向移动台、Y向移动台，所述控 制柜通过螺栓固接在Z向移动台的第一移动平台上，Z向移动台通过螺栓固接在X向移动台 的第二移动平台上方，X向移动台通过螺栓固接在Y向移动台的第