[发明专利]一种基于激光超声的板材厚度在线检测及调整系统

说明书

技术领域

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

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，因此研究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。

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。

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

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。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

一种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；