一种铝锭厚度非接触式在线测量方法

技术领域

本发明涉及厚度非接触式测量技术领域，尤其涉及一种铝锭厚度非接触式在线测量方法。

背景技术

由于铝锭生产之后，温度处于高温状态，因此会采用非接触式测量方法，现有非接触式测量方法中，激光测量是常见的一种。

但是常规的激光传感器从开机通电，需要等待6000s才能使用，这是由于传感器的时间稳定性较差，即传感器从通电开始，不同时间对同一产品的同一位置进行测量，测量结果存在较大差异，等待时间较长，为缩短等待时间，为此，本发明提出一种铝锭厚度非接触式在线测量方法。

发明内容

为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种铝锭厚度非接触式在线测量方法。

本发明提出的一种铝锭厚度非接触式在线测量方法，包括以下步骤：

S1.时间稳定性补偿数值推算：在激光传感器Z方向量程下限位置安装一个补偿板，补偿板为中空设置，传感器与补偿板之间的距离记为Zmin，激光传感器的激光线中间部分可以透过补偿板投射到铝锭上，用于测量铝锭的距离，激光传感器的两侧激光线被补偿板阻挡，用于补偿，推算出铝锭在激光传感器进行时间稳定性补偿后的数值Ztime；

S2.数据采集：激光传感器等待一定时间后，使用激光传感器将激光光束照射到铝锭表面，传感器测量反射激光光束的时间延迟或角度；

S3.信号处理：对原始数据进行预处理，包括去噪和滤波，以消除可能影影响精度的干扰进行校准，以将传感器输出与实际厚度之间建立准确的关系；

S4.特征提取:根据激光测量原理，通过测量光束的时间延识或角度，可以计算反射光程，即激光光束从激光传感器到铝链表面的距离；

S5.厚度计算：通过测量的反射光程，可以计算铝综的厚度，假设d为被测物体的厚度，c为光速，Δt为激光束经过物体表面反射的时间差，n为铝锭的折射率，可以使用以下公式计算铝综的厚度：

d＝(c*Δt)/2n。

优选地，光速c是电磁波在真空中传播的速度，取值299792458m/s。

优选地，补偿板为矩形薄板，薄板中间部分均匀的去掉一矩形，形成一矩形中空槽，保证传感器工作时，激光线中间部分可以透过补偿板投射到被测产品上，用于测量被测产品的距离，两侧部分的激光线被补偿板阻挡，用于补偿。

优选地，S1中，传感器时间稳定性漂移补偿，在传感器进入稳定工作状态后，读取Zmin处补偿板的距离值，记为Zref，Zref为Zmin处的参考值。从传感器开机通电开始，在任意时刻读取补偿板的值为Zcomp，Zmin处该时刻的实时补偿值记为△fmin，△fmin为；

式一：△fmin＝Zcomp-Zref；

传感器量程下限Zmin和上限Zmax处，在稳定后二者示值存在数值A的偏差量，使用Zmin处的实时补偿值△fmin不能直接用于补偿全量程范围内的误差值，需要增加补偿修正值。为了方便获得量程范围内修正值，此处采用了简化求法，将偏差量A在全量程范围内进行线性化分布处理，作为任意位置的修正值记为△fmod。用Zobj表示传感器在任意时刻获取的壁板测量值，则△fmod为；

式二：△fmod＝A(Zobj-Zmin)/(Zmin-Zmin)；

结合式一和式二，可推算出被测目标在传感器进行时间稳定性(漂移)补偿后的数值Ztime；

式三：Ztime＝Zobj-Δf-Δfmod。

本发明中，所提出的铝锭厚度非接触式在线测量方法，具有如下有益的技术效果：

激光传感器从开机通电，需要等待较长时间才能使用，难以满足现场使用要求，通过增加补偿措施，缩短激光传感器从通电到稳定状态所需等待的时长，减小漂移量，提高传感器的时间稳定性，使传感器尽快进入稳定工作状态。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明结构的主视图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符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例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。

需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

一种铝锭厚度非接触式在线测量方法，包括以下步骤：

S1.时间稳定性补偿数值推算：在激光传感器Z方向量程下限位置安装一个补偿板，补偿板为中空设置，传感器与补偿板之间的距离记为Zmin，激光传感器的激光线中间部分可以透过补偿板投射到铝锭上，用于测量铝锭的距离，激光传感器的两侧激光线被补偿板阻挡，用于补偿，推算出铝锭在激光传感器进行时间稳定性补偿后的数值Ztime；

S2.数据采集：激光传感器等待一定时间后，使用激光传感器将激光光束照射到铝锭表面，传感器测量反射激光光束的时间延迟或角度；

S3.信号处理：对原始数据进行预处理，包括去噪和滤波，以消除可能影影响精度的干扰进行校准，以将传感器输出与实际厚度之间建立准确的关系；

S4.特征提取:根据激光测量原理，通过测量光束的时间延识或角度，可以计算反射光程，即激光光束从激光传感器到铝链表面的距离；

S5.厚度计算：通过测量的反射光程，可以计算铝综的厚度，假设d为被测物体的厚度，c为光速，Δt为激光束经过物体表面反射的时间差，n为铝锭的折射率，可以使用以下公式计算铝综的厚度：

d＝(c*Δt)/2n。

这是因为激光光束往返铝锭表面的距离等于反射光程的两倍。

光速是电磁波在真空中传播的速度，取值299792458m/s。

S1中，激光传感器时间稳定性漂移补偿，在激光传感器Z方向量程下限位置安装一个高精度的补偿板，传感器与补偿板之间的距离记为Zmin；

该补偿板为100mm×50mm的矩形薄板，薄板中间部分均匀的去掉90mm×40mm的矩形，保证传感器工作时，激光线中间40mm可以透过补偿板投射到被测产品上，用于测量被测产品的距离。两侧5mm激光线被补偿板阻挡，用于补偿；

在激光传感器进入稳定工作状态后(在本实施例中为1200S之后)，读取Zmin处补偿板的距离值，记为Zref，Zref为Zmin处的参考值。从传感器开机通电开始，在任意时刻读取补偿板的值为Zcomp，Zmin处该时刻的实时补偿值记为△fmin，△fmin为：

△fmin＝Zcomp-Zref；

激光传感器量程下限Zmin和上限Zmax处，在稳定后二者示值存在数值A的偏差量，测得A＝0.0024mm，使用Zmin处的实时补偿值△fmin不能直接用于补偿全量程范围内的误差值，需要增加补偿修正值。为了方便获得量程范围内修正值，此处采用了简化求法，将偏差量A在全量程范围内进行线性化分布处理，作为任意位置的修正值记为△fmod。用Zobj表示传感器在任意时刻获取的壁板测量值，则△fmod为：

△fmod＝A(Zobj-Zmin)/(Zmin-Zmin)；

可推算出被测目标在传感器进行时间稳定性(漂移)补偿后的数值Ztime：

Ztime＝Zobj-Δf-Δfmod。

传感器从开机通电，需要等待较长时间才能使用，难以满足现场使用要求，通过增加补偿措施，缩短激光传感器从通电到稳定状态所需等待的时长，减小漂移量，提高传感器的时间稳定性，使传感器尽快进入稳定工作状态。

对比实验：

对照组：测得激光传感器正常情况下的漂移变化量，并记录时间，如图1所示；

实验组：对补偿后的测量结果进行验证，选择两个激光传感器，开机通电开始，持续跟踪观察某一静态目标至7000s，两传感器的示值变化情况分别如图2和图3所示；

如图1-图3所示的对比实验结果，由图2和3可知，两传感器均在开机通电1200s之后进入稳定工作状态，数据波动量在±0.001mm范围内，与加入补偿之前相比，系统提前了4800s进入稳定阶段，缩短激光传感器从通电到稳定状态所需等待的时长。

同时本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域技术人员公知的现有技术。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。