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_3

文档序号:8389192阅读:来源:国知局
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; 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向移动台的第三移动平台上方,由此可实 现控制柜在Z、X、Y三个空间方向的移动;所述Y向移动台固定在所述U型接地架上方,U 型接地架的开口水平布置,经所述上辊轮和下辊轮辊压后的板材水平地通过U型接地架的 开口;所述光路调节系统包括分光镜、凸透镜、反射镜,所述激光发射器发射出的激光经过 分光镜分成第一激光束和第二激光束,第一激光束自分光镜竖直向下射出并通过触发电路 形成触发信号作用于数据采集系统集成的高速数据采集卡的使能口,第二激光束自分光镜 水平射出并射入凸透镜的中心以缩小第二激光束的激光光斑面积从而提高数据采集系统 集成的电容式位移传感器对应的位移采集精度,经过凸透镜聚焦后的第二激光束射向反射 镜,反射镜将第二激光束运动方向自水平改为竖直向下,使得第二激光束垂直入射到板材 顶面,第二激光束射在板材的靠近上辊轮和下辊轮的输出侧以方便PLC控制系统根据实时 计算结果调整上辊轮的位置以及时调整板材厚度值;第二激光束在板材顶面激发激光超声 波,该激光超声波包括在板材顶面传播的表面波、以及透射入板材内以球面波形式传播的 纵波和横波,从板材顶面垂直入射到板材底面对心处的纵波和横波在板材底面对心处和顶 面之间垂直地来回反射,纵波的传播速度大于横波的传播速度,当纵波和横波到达板材底 面对心处时,板材底面对心处因为波的作用而产生上下位移变化,当纵波和横波反射离开 板材底面对心处时,板材底面对心处恢复初始状态,纵波和横波在板材内传播会有能量衰 减,因此纵波和横波前两次到达板材底面对心处时,其所携带的能量最大,可激发板材底面 对心处的位移最大,因此利用纵波和横波前两次到达板材底面对心处的信号进行数据处理 后所获得信号的峰值越清晰,所以取纵波和横波的前两次到达板材底面对心处的时间计算 板材的厚度值,这样可以提高板材厚度的计算准确度;纵波和横波在板材底面对心处和顶 面之间垂直地来回反射过程中,板材的厚度不发生变化; 所述数据采集系统集成包括电容式位移传感器、前置放大器、高速数据采集卡,电容 式位移传感器设置在板材底面对心处下方第一距离处,板材水平地经过下方的电容式位移 传感器,因此可实时测量板材对应电容式位移传感器的各处厚度值以衡量板材的厚度均匀 性;板材构成电容式位移传感器的第一极板,电容式位移传感器的第二极板由振动膜构成, 振动膜由高弹、耐高温、抗辐射材料制成因此可在极端环境下正常工作,当纵波和横波到达 板材的底面时,板材底面对心处产生上下位移变化,电容式位移传感器的第一极板和第二 极板在对心处的距离发生变化,因此电容式位移传感器在对心处的电容发生变化并使得对 心处的输出电压发生变化;电容式位移传感器的输出端通过数据线连接前置放大器,前置 放大器的输出端通过数据线连接高速数据采集卡,电容式位移传感器的输出电压信号通过 前置放大器进行信号放大后输入高速数据采集卡中,被第一激光束触发而开始工作的高速 数据采集卡用于采集前置放大器的输出电压信号;采用激光发射的光路系统集成以及作为 非接触式测量元件的电容式位移传感器的搭配使用实现了板材厚度的非接触式测量; 所述数据处理系统集成包括数据处理系统和显示屏,由于高速数据采集卡所采集的信 号为峰值混叠、背景噪声复杂的双极性信号,数据处理系统用于对高速数据采集卡所采集 的双极性信号依次进行一次降噪、求解单边包络、二次降噪、平滑处理,以使峰值混叠、背景 噪声复杂的双极性信号转换成峰值清晰、背景噪声小的单极性信号,从而准确获得纵波第 一次到达板材底面对心处、横波第一次到达板材底面对心处、纵波第二次到达板材底面对 心处、横波第二次到达板材底面对心处的时间,根据时间轴自左向右的顺序,首先是纵波第 一次到达板材底面对心处产生纵波的第一次波峰,之后是横波第一次到达板材底面对心处 产生横波的第一次波峰,之后纵波和横波分别垂直地反射至板材顶面,再由板材顶面垂直 地反射回板材底面对心处,所以之后是纵波第二次到达板材底面对心处产生纵波的第二次 波峰,再之后是横波第二次到达板材底面对心处产生横波的第二次波峰,纵波的第一次波 峰和横波的第一次波峰的时间间隔为纵波第一次到达板材底面对心处和横波第一次到达 板材底面对心处的时间间隔T1,纵波的第一次波峰和纵波的第二次波峰的时间间隔为纵波 第一次到达板材底面对心处和纵波第二次到达板材底面对心处的时间间隔T2,横波的第一 次波峰和横波的第二次波峰的时间间隔为横波第一次到达板材底面对心处和横波第二次 到达板材底面对心处的时间间隔T3,所述高温检测计设置在板材的上方用于测量板材的温 度,根据板材的材料属性以及测量温度值,可以查得纵波在板材内的传播速度\以及横波 在板材内的传播速度Vs,于是板材的厚度h有以下三种计算方法: 方法一,利用纵波第一次到达板材底面对心处和横波第一次到达板材底面对心处的时 间间隔1\计算板材的厚度h,时间间隔!\的起点是纵波第一次到达板材底面对心处的时刻, 时间间隔1\的终点是横波第一次到达板材底面对心处的时刻,假设板材的厚度为h,则纵波
方法二,利用纵波第一次到达板材底面对心处和纵波第二次到达板材底面对心处的时 间间隔1~2计算板材的厚度h,时间间隔T2内纵波从板材底面对心处垂直地反射回顶面并继 续由顶面垂直地反射回底面对心处,因此时间间隔1~ 2内纵波经过了板材厚度的两倍,于是 板材的厚度h为纵波第一次和第二次到达板材底面对心处的时间间隔1~2乘以纵波在板材
方法三,利用横波第一次到达板材底面对心处和横波第二次到达板材底面对心处的时 间间隔1计算板材的厚度h,时间间隔T3内横波从板材底面对心处垂直地反射回顶面并继 续由顶面垂直地反射回底面对心处,因此时间间隔1内横波经过了板材厚度的两倍,于是 板材的厚度h为横波第一次和第二次到达板材底面对心处的时间间隔1~3乘以横波在板材
上述计算板材厚度的三种方法中,本系统优选方法二计算板材厚度值,所述显示屏用 于显示经过一次降噪、求解单边包络、二次降噪、平滑处理之后得到的单极性信号的图形, 以及经计算之后得到的板材的厚度值,显示屏所显示的单极性信号图形的横坐标为时间, 纵坐标为经数据处理系统处理后的高速数据采集卡的采集电压,另外工作人员还可在显示 屏上直接
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