焦点调整方法、焦点调整装置、LIBS检测系统和存储介质与流程

焦点调整方法、焦点调整装置、libs检测系统和存储介质
技术领域
1.本技术涉及光谱检测及成分分析技术领域，更具体而言，涉及一种焦点调整方法、焦点调整装置、libs检测系统和存储介质。


背景技术：

2.激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy，libs）检测系统可以通过激光照射样品，以使得样品中各元素可以被激发为等离子体，然后收集等离子体光谱信号，并将光谱数据传输进行分析，以识别样品中各元素的浓度，以在线检测样品成分。冶金领域工业物料成分是工艺过程控制的核心参数之一，其检测时效性对优化工艺控制和降低冶炼能耗等具有重要意义。然而，目前的技术在检测过程中遇到高温熔体液位、传送皮带上物料料面高度变化较大时，导致检测系统的检测距离变化，影响检测精度。


技术实现要素：

3.本技术旨在解决目前的技术在检测过程中遇到高温熔体液位、传送皮带上物料料面高度变化较大时，导致检测系统的检测距离变化，影响检测精度的技术问题。本技术实施方式提供了一种焦点调整方法、焦点调整装置、libs检测系统和存储介质。
4.本技术实施方式的焦点调整方法用于libs检测系统，所述libs检测系统包括光学组件，所述光学组件用于激光聚焦和光谱信号收集，所述焦点调整方法包括：获取样品的目标检测点与所述光学组件的焦点的位置关系；在所述目标检测点偏离所述光学组件的焦点的情况下，调整所述光学组件的焦点位置，以使所述光学组件的焦点落在所述目标检测点上。
5.在某些实施方式中，所述获取样品的目标检测点与所述光学组件的焦点的位置关系，包括：通过测距传感器检测所述样品与所述测距传感器之间的距离并作为第一距离；基于所述第一距离，确认所述目标检测点与所述光学组件的焦点的位置。
6.在某些实施方式中，基于所述第一距离，确认所述目标检测点与所述光学组件的焦点的位置，包括：确定所述测距传感器与所述光学组件的光轴之间的距离并作为第二距离；根据所述第一距离和所述第二距离计算得到所述目标检测点与所述光学组件的焦点的位置。
7.在某些实施方式中，调整所述光学组件的焦点位置，包括：调整所述光学组件的位置从而调整所述光学组件的焦点。
8.在某些实施方式中，所述光学组件设置在光学导轨上，调整所述光学组件的位置从而调整所述光学组件的焦点，包括：控制所述光学导轨运动以带动所述光学组件移动，从而调整所述光学组件的焦点。
9.在某些实施方式中，所述光学组件用于向被测物发出激光，控制所述光学导轨运动以带动所述光学组件移动，从而调整所述光学组件的焦点，包括：控制所述光学导轨运动以带动所述光学组件在与检测光路水平同轴方向上移动，从而调整所述光学组件的焦点。
10.在某些实施方式中，所述焦点调整方法包括：在所述光学组件的焦点落在所述目标检测点上的情况下，通过所述光学组件向所述目标检测点发送激光；根据所述目标检测点形成的光谱数据；分析所述光谱数据以确定所述样品的成分。
11.本技术实施方式的焦点调整装置，包括：获取模块，用于获取样品的目标检测点与所述光学组件的焦点的位置关系；调整模块，用于在所述目标检测点偏离所述光学组件的焦点的情况下，调整所述光学组件的焦点位置，以使所述光学组件的焦点落在所述目标检测点上。
12.本技术实施方式的libs检测系统包括光学组件和控制器，所述光学组件用于发出激光，所述控制器用于实现上述任意一项实施方式所述的焦点调整方法。
13.本技术实施方式提供一种存储有计算机程序的可读存储介质，当所述计算机程序被一个或多个控制器执行时，实现上述任意一项实施方式所述的焦点调整方法。
14.在本技术实施方式的焦点调整方法、焦点调整装置、libs检测系统和存储介质中，通过获取样品的目标检测点与光学组件的焦点的位置关系，可以确定光学组件是否偏离了检测点位置，在出现目标检测点偏离光学组件的焦点的情况下，可以通过调增光学焦点位置以使得光学组件的焦点落在目标检测点上。这样，可以使得libs检测系统能够始终检测样品的目标检测点，使得检测过程稳定，检测精度高，适用范围更广。
15.本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
16.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本技术实施方式的焦点调整方法的流程示意图；图2是本技术实施方式的libs检测系统的结构示意图；图3是本技术实施方式的焦点调整装置的结构示意图；图4是本技术实施方式的焦点调整方法的又一流程示意图；图5是本技术实施方式的焦点调整方法的另一流程示意图；图6是本技术实施方式的焦点调整方法的再一流程示意图；图7是本技术实施方式的焦点调整方法的再一流程示意图；图8是本技术实施方式的焦点调整方法的再一流程示意图；图9是本技术实施方式的焦点调整方法的再一流程示意图；图10是本技术实施方式的libs检测系统离焦状态下的光谱信号图；图11是本技术实施方式的libs检测系统焦距范围内的光谱信号图。
17.主要元件符号说明：libs检测系统100；测距传感器1、光学组件2、光学导轨3、控制器4、焦点调整装置200、获取模块201、调整模块202、控制模块203。
具体实施方式
18.下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
19.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
20.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
21.请参阅图1和图2，本技术实施方式的焦点调整方法用于激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy，libs）检测系统100，libs检测系统100包括光学组件2，光学组件2用于激光聚焦和光谱信号收集，焦点调整方法包括：s10，获取样品的目标检测点与光学组件2的焦点的位置关系；s20，在目标检测点偏离光学组件2的焦点的情况下，调整光学组件2的焦点位置，以使光学组件2的焦点落在目标检测点上。
22.请结合图2，本技术实施方式的libs检测系统100包括光学组件2和控制器4，光学组件2用于发出激光，控制器4用于实现上述实施方式的焦点调整方法。也即是说，控制器4用于获取样品的目标检测点与光学组件2的焦点的位置关系；和用于在目标检测点偏离光学组件2的焦点的情况下，调整光学组件2的焦点位置，以使光学组件2的焦点落在目标检测点上。
23.请结合图3，本技术实施方式的焦点调整装置200包括获取模块201和调整模块202，获取模块201用于获取样品的目标检测点与光学组件2的焦点的位置关系；调整模块202用于在目标检测点偏离光学组件2的焦点的情况下，调整光学组件2的焦点位置，以使光学组件2的焦点落在目标检测点上。
24.在本技术实施方式的焦点调整方法、焦点调整装置200、libs检测系统100和存储介质中，通过获取样品的目标检测点与光学组件2的焦点的位置关系，可以确定光学组件2是否偏离了检测点位置，在出现目标检测点偏离光学组件2的焦点的情况下，可以通过调增
光学焦点位置以使得光学组件2的焦点落在目标检测点上。这样，可以使得libs检测系统100能够始终检测样品的目标检测点，使得检测过程稳定，检测精度高，适用范围更广。
25.可以理解的是，在冶金等工业生产的过程中，需要对物料的成分进行在线检测，检测时效性对优化工艺控制和降低冶炼能耗等具有重要意义。libs检测系统100可以通过激光照射样品，以使得样品中各元素可以被激发为等离子体，然后收集等离子体光谱信号，并将光谱数据传输进行分析，以识别样品中各元素的浓度，以在线检测样品成分。
26.示例性地，libs检测系统100可以在线检测高温熔体、固体或粉末等多种物料的成分，在成分检测的过程中，可能会出现高温溶体的液位流动，或者传送带上物料的高度变化较大，导致光学组件2的焦点无法落到样品的目标检测点的位置，进而导致激光无法对准样品，影响检测的精度。在本技术实施方式中，光学组件2发射激光以照射样品的目标检测点的过程中，控制器4可以同时执行上述步骤s10-s20，在光学组件2的焦点和目标检测点不一致时，可以及时做出调整，以保证光学组件2的焦点可以始终保持在目标检测点上，进而保证检测的精度。这样，样品在输送的过程中，就算出现熔体波动或料面抖动，光学组件2也可以及时做出调整，使得libs检测系统100进行快速自动调整，无需人工干预即可调至最佳检测限范围，并开始数据收集，根据测试数据进行处理分析。
27.请参阅图4，在某些实施方式中，获取样品的目标检测点与光学组件2的焦点的位置关系（步骤s10），包括：s11，通过测距传感器1检测样品与测距传感器1之间的距离并作为第一距离（如图2所示的l2和l3）；s12，基于第一距离，确认目标检测点与光学组件2的焦点的位置。
28.请结合图2，在某些实施方式中，上述步骤s11-s12均可以由控制器4执行。也即是说，控制器4可以用于通过测距传感器1检测样品与测距传感器1之间的距离并作为第一距离；和用于基于第一距离，确认目标检测点与光学组件2的焦点的位置。
29.请结合图3，在某些实施方式中，获取模块201用于通过测距传感器1检测样品与测距传感器1之间的距离并作为第一距离；和用于基于第一距离，确认目标检测点与光学组件2的焦点的位置。
30.如此，可以通过第一距离确定目标检测点与光学组件2的焦点是否处于同一个位置，以使得测距传感器1可以辅助libs检测系统100实现焦点距离的调整。
31.在本技术实施方式中，不限定测距传感器1的具体类型，测距传感器1可以为红外距离探测器，也可以为声波距离探测器，以满足多种需求。需要说明的是，第一距离表示样品与测距传感器1之间的距离，是一个实时变化值，例如图2所示，第一距离指的是l2或者l3。
32.进一步地，请参阅图5，在某些实施方式中，基于第一距离，确认目标检测点与光学组件2的焦点的位置（步骤s12），包括：s121，确定测距传感器1与光学组件2的光轴之间的距离并作为第二距离m；s122，根据第一距离和第二距离m计算得到目标检测点与光学组件2的焦点的位置。
33.请结合图2，在某些实施方式中，上述步骤s121-s122均可以由控制器4执行。也即是说，控制器4可以用于确定测距传感器1与光学组件2的光轴之间的距离并作为第二距离
m；和用于根据第一距离和第二距离m计算得到目标检测点与光学组件2的焦点的位置。
34.请结合图3，在某些实施方式中，获取模块201用于确定测距传感器1与光学组件2的光轴之间的距离并作为第二距离m；和用于根据第一距离和第二距离m计算得到目标检测点与光学组件2的焦点的位置。
35.如此，可以通过第一距离和第二距离m计算得到目标检测点与光学组件2的焦点位置，进而可以通过调节光学组件2的焦点位置，使得光学组件2的焦点位置可以与目标检测点位置重合，以保证libs检测系统100可以检测准确。
36.具体地，libs检测系统100的各个元件在安装完成后，不同元件之间的相对位置就保持一定，也即是说，测距传感器1与光学组件2的光轴之间的第二距离m为已知距离，在通过步骤s11获取第一距离，通过第一距离和第二距离m可以计算得到目标检测点与光学组件2的焦点的位置，以调整光学组件2以保证光学组件2的焦点可以与目标检测点重合。
37.当然，在一些实施方式中，可以将测距传感器1直接安装在光学组件2的内部，以保证第二距离m精度较高。在本技术实施方式中，不限定测距传感器1的具体位置，只需要测距传感器1配合光学组件2以计算得到目标检测点与光学组件2的焦点的位置即可。
38.请参阅图6，在某些实施方式中，调整光学组件2的焦点位置（步骤s20），包括：s21，调整光学组件2的位置从而调整光学组件2的焦点。
39.请结合图2，在某些实施方式中，上述步骤s21可以由控制器4执行。也即是说，控制器4可以用于调整光学组件2的位置从而调整光学组件2的焦点。
40.请结合图3，在某些实施方式中，调整模块202用于调整光学组件2的位置从而调整光学组件2的焦点。
41.如此，在判断目标检测点与光学组件2的焦点的位置不一致的情况下，可以直接调整光学组件2的位置以使得光学组件2的焦点位置可以与目标检测点位置重合，进而保证libs检测系统100的检测准确。
42.进一步地，请参阅图7，在某些实施方式中，光学组件2设置在光学导轨3上，调整光学组件2的位置从而调整光学组件2的焦点（步骤s21），包括：s211，控制光学导轨3运动以带动光学组件2移动，从而调整光学组件2的焦点。
43.请结合图2，在某些实施方式中，上述步骤s211可以由控制器4执行。也即是说，控制器4可以用于控制光学导轨3运动以带动光学组件2移动，从而调整光学组件2的焦点。
44.请结合图3，在某些实施方式中，调整模块202用于控制光学导轨3运动以带动光学组件2移动，从而调整光学组件2的焦点。
45.如此，可以将光学组件2设置在光学导轨3上，以使得光学组件2可以沿着光学导轨3的方向滑动，进而可以调节光学组件2和样品的目标检测点的相对位置，以使得光学组件2的焦点可以与目标检测点重合。
46.具体地，光学组件2设置在光学导轨3上，以使得光学组件2可以沿着光学导轨3的方向移动，进而可以调节光学组件2与样品之间的距离，保证激光可以照射在目标检测点的位置，进而保证检测的准确性。示例性地，光学导轨3配合光学组件2可实现高度、宽度、厚度、振动等情况下的高速测量，例如，高温熔体、固体或粉末料面，铜冶炼炉渣排放口（高温熔体炉渣）、原料皮带（皮带上的铜精矿）出现较大范围的波动时，光学导轨3运动以带动光学组件2移动，从而调整光学组件2的焦点。
47.请参阅图8，在某些实施方式中，光学组件2用于向被测物发出激光，控制光学导轨3运动以带动光学组件2移动，从而调整光学组件2的焦点（步骤s211），包括：s2111，控制光学导轨3运动以带动光学组件2在与检测光路水平同轴方向上移动，从而调整光学组件2的焦点。
48.请结合图2，在某些实施方式中，上述步骤s211可以由控制器4执行。也即是说，控制器4可以用于控制光学导轨3运动以带动光学组件2在与检测光路水平同轴方向上移动，从而调整光学组件2的焦点。
49.请结合图3，在某些实施方式中，调整模块202用于控制光学导轨3运动以带动光学组件2在与检测光路水平同轴方向上移动，从而调整光学组件2的焦点。
50.如此，样品可以通过传送带输送至libs检测系统100的下方，在样品移动至光学组件2的正下方时libs检测系统100可以进行检测。此时，如果出现目标检测点与光学组件2的焦点的位置不一致的情况，光学组件2可以沿着光学导轨3在与检测光路水平同轴方向上滑动，进而可以调节光学组件2和样品的目标检测点的相对位置，以使得光学组件2的焦点可以与目标检测点重合，以保证libs检测系统100的测试精度。
51.具体地，测距传感器1与光学组件2可以水平安装固定，并对准同一位置，也即是对准目标检测点，在样品位置不变时可以对样品正常检测。在实际测量误差变化相差较小，现场高温环境粉尘烟气和料面的波动在libs检测系统100算法及数据可控范围内，可以满足现场使用测量效果，此时，libs检测系统100正常检测。在测距传感器1检测到样品位置超出焦距的距离范围时，libs检测系统100可以进行自动调焦。
52.示例性地，请结合图2，图中3表示样品预定位置，d为已知信息，d表示光学组件2与样品的目标检测点的预定距离，l表示测距传感器1与样品的目标检测点的预定距离；p3表示样品当前的位置；p4表示样品相对于预定位置竖直向上偏移的位置，d1表示光学组件2的焦点需要向上移动的距离；p5表示样品相对于预定位置竖直向下偏移的位置，d2表示光学组件2的焦点需要向下移动的距离。
53.在一个例子中，样品向上移动至图中p4的位置，测距传感器1可以检测第一距离l3，进而可以通过三角形相似算出d1的长度：d1=d*（l1/l）其中，d为已知信息，l可以通过d和第二距离m计算得出。
54.在另一个例子中，样品向下移动至图中p5的位置，测距传感器1可以检测第一距离l2，进而可以通过三角形相似算出d2的长度：d2=d*[（l2-l）/l]其中，d为已知信息，l可以通过d和第二距离m计算得出。
[0055]
请参阅图9，在某些实施方式中，焦点调整方法包括：s30，在光学组件2的焦点落在目标检测点上的情况下，通过光学组件2向目标检测点发送激光；s40，根据目标检测点形成的光谱数据；s50，分析光谱数据以确定样品的成分。
[0056]
请结合图2，在某些实施方式中，上述步骤s30-s50均可以由控制器4执行。也即是说，控制器4可以用于在光学组件2的焦点落在目标检测点上的情况下，通过光学组件2向目
标检测点发送激光；和用于根据目标检测点形成的光谱数据；还用于分析光谱数据以确定样品的成分。
[0057]
请结合图3，本技术实施方式的焦点调整装置200还包括控制模块203，控制模块203用于在光学组件2的焦点落在目标检测点上的情况下，通过光学组件2向目标检测点发送激光；和用于根据目标检测点形成的光谱数据；还用于分析光谱数据以确定样品的成分。
[0058]
如此，通过向目标检测点发射激光以形成样品的光谱数据，对光谱数据进行分析以确定样品的成分。
[0059]
具体地，步骤s30-s50可以配合步骤s10-s20，在保证光学组件2的焦点可以与目标检测点重合的前提下，实现对目标检测点位置的样品的成分的检测，进而通过光谱数据分析样品的成分。请结合图10和图11，图10为libs检测系统100检测过程超出焦点范围即离焦状态下的光谱信号图，图11为libs检测系统100检测过程在聚焦范围内的光谱信号图。从图中实验结果来看，被测物体如高温熔体液位的波动和传送带上的粉末固体物料高度的波动，对在线激光成分分析设备测试点位的波动有一定的影响，可以通过本技术的焦点调整方法来实时调控，将实时距离数据反馈给libs检测系统100，从而进行实时距离的调控与检测模型的校准。
[0060]
物料成分结果的测量偏差跟设备自身性能参数、系统焦点、被测物料位置、原料浓度强等因素相关，也即是说，测量偏差б可以为表达为一个多种因数相关函数：б=f(f m d e)其中，f表示测量结果预值，f表示被测物体聚焦点位置，m表示原料元素浓度，d表示系统焦点，e表示系统配套设备。本技术实施方式的焦点调整方法可以实时将光学组件2的焦点调整至最佳位置，然后开始数据收集和分析，保证检测的准确性。
[0061]
本技术实施方式提供一种存储有计算机程序的可读存储介质，当计算机程序被一个或多个控制器4执行时，实现上述任意一项实施方式的焦点调整方法。
[0062]
例如，计算机程序可被控制器4执行以完成以下步骤的焦点调整方法：s10，获取样品的目标检测点与光学组件2的焦点的位置关系；s20，在目标检测点偏离光学组件2的焦点的情况下，调整光学组件2的焦点位置，以使光学组件2的焦点落在目标检测点上。
[0063]
在本发明的实施方式的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0064]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
[0065]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺
序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0066]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0067]
应当理解，本发明的实施方式的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0068]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0069]
此外，在本发明的各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0070]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0071]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施方式，可以理解的是，上述实施方式是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。