CN115655085A - 一种钢丝热镀镀层在线检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钢丝热镀镀层在线检测***及方法，在线检测***包括：未热镀检测模块、已热镀检测模块和控制与显示模块；所述未热镀检测模块与所述控制与显示模块相连，所述已热镀检测模块与所述控制与显示模块相连；所述未热镀检测模块用于检测未热镀钢丝的第一磁场；所述已热镀检测模块用于检测热镀钢丝的第二磁场；控制与显示模块用于计算所述第一磁场和第二磁场，测量并判断钢丝镀层的厚度和均匀度，并显示所述厚度与均匀度。本发明通过非接触方式，可准确测量工业现场剧烈抖动的钢丝绳，测量过程实时性强。

Description

一种钢丝热镀镀层在线检测***及方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，特别是涉及一种钢丝热镀镀层在线检测***及方法。

背景技术

钢丝镀层测量是在钢丝生产过程中的重要环节之一。近些年来，钢丝热镀在钢丝使用时保护内层金属不被氧化而被广泛的应用，然而，由于受技术的原因，对于钢丝镀层的测量方法停滞不前。尽管目前对板类镀层厚度测量技术较多，但是市场上对于钢丝绳热度镀层的检测还存在很多的技术难题，具体原因有：钢丝热镀现场环境复杂，一般测量方法对环境有一定的要求；钢丝生产过程中抖动幅度较大，一般测量方法很难在该环境下测量；热镀镀层厚度较薄，对于传感器的精度要求极高，一般高精度的传感器对现场要求极高；钢丝绳本身半径就小，可接触面较小，给测量带来很大的难题。钢丝镀层的测量对于钢丝生产过程意义重大，是检测镀层质量的重要手段。

对于厚度测量的方式，市场上采用的方式有：电磁的方法、摄像头处理的方法、激光传感器测量的方法，而对于工业现场的复杂环境，并且半径较小，表面积较小的钢丝绳来说，在线测量难度很大。

现有技术中主要由电涡流探头，阻抗分析仪以及计算机构成。该装置在被测器件产生涡流磁场，根据不同钢板厚度产生的涡流磁场不同，进而测得钢板厚度。本装置在钢板厚度测量有很强的快速性和准确性，但是该测量方法需要将探头置于钢板表面，并且需要夹具的辅助，是一种接触式测量方法，此外，在被测器件上面产生磁场对于钢丝绳类器件使用并不方便，所以无法满足工业现场对钢丝绳类镀层厚度检测的应用。

现有技术中主要由检测通道、测量通道组成，该装置通过漏磁的方法检测钢丝表面的损伤情况，由于此装置是对钢丝损伤进行检测，目标是钢丝，而对于表层为抗磁性的锌层来说，不一定能够有明显的磁路改变，用来检测锌层的厚度的话，并不一定会有很好的效果，所以无法满足对锌层厚度的测量。

因此，如何设计一款非接触式、能够克服在剧烈抖动工业现场环境中满足钢丝热镀镀层厚度与均匀度测量要求的测量装置，解决工业中钢丝镀锌的厚度测量的技术难题，提高钢丝镀锌品质，填补钢丝绳类覆层厚度测量的技术短板，是本行业需要解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢丝热镀镀层在线检测***及方法，以解决工业中钢丝镀锌的厚度测量的技术难题，提高钢丝镀锌品质，填补钢丝绳类覆层厚度测量的技术短板。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种钢丝热镀镀层在线检测***，包括：

未热镀检测模块、已热镀检测模块和控制与显示模块；

所述未热镀检测模块与所述控制与显示模块相连，所述已热镀检测模块与所述控制与显示模块相连；

所述未热镀检测模块用于检测未热镀钢丝的第一磁场；

所述已热镀检测模块用于检测热镀钢丝的第二磁场；

控制与显示模块用于计算所述第一磁场和第二磁场，判断钢丝镀层的均匀度，并显示所述均匀度。

优选地，所述未热镀检测模块包括：

第一磁场发生与控制子模块、第一巨磁阻传感子模块、第一信号处理子模块；

所述第一磁场发生与控制子模块用于产生所述第一磁场；

所述第一巨磁阻传感子模块用于采集所述第一磁场的第一磁场强度；

所述第一信号处理子模块用于对所述第一磁场强度进行处理。

优选地，所述第一磁场发生与控制子模块包括：

第一磁场发生单元、第一励磁控制单元、第一反馈调节控制单元和第一电流源；

所述第一磁场发生单元、第一励磁控制单元和第一电流源循环连接；所述第一反馈调节控制单元与所述第一电流源相连；

所述第一电流源用于产生中低频交变电流；所述第一反馈调节控制单元用于调节所述低频交变电流，产生持续稳定的所述低频交变电流；所述第一磁场发生单元用于在所述中低频交变电流的激励下，产生所述第一磁场；所述第一反馈调节控制单元用于控制所述中低频交变电流的大小、相位和频率来调节所述第一磁场的大小和频率。

优选地，所述第一信号处理子模块包括：

第一信号放大单元和第一信号采集单元；

所述第一信号放大单元和第一信号采集单元相连；

所述第一信号放大单元用于放大所述第一磁场强度，所述第一信号采集单元用于采集所述第一磁场强度的第一模拟量。

优选地，所述已热镀检测模块包括：

第二磁场发生与控制子模块、第二巨磁阻传感子模块、第二信号处理子模块；

所述第二磁场发生与控制子模块用于产生所述第二磁场；

所述第二巨磁阻传感子模块用于采集所述第二磁场的第二磁场强度；

所述第二信号处理子模块用于对所述第二磁场强度进行处理。

优选地，所述第二磁场发生与控制子模块包括：

第二磁场发生单元、第二励磁控制单元、第二反馈调节控制单元和第二电流源元；

所述第二磁场发生单元、第二励磁控制单元和第二电流源元循环连接；所述第二反馈调节控制单元与所述第二电流源元相连；

所述第二电流源元用于产生中低频交变电流；所述第二反馈调节控制单元用于调节所述低频交变电流，产生持续稳定的所述低频交变电流；所述第二磁场发生单元用于所述中低频交变电流的激励下，产生所述第二磁场；第二反馈调节控制单元用于控制所述中低频交变电流的大小、相位和频率来调节所述第二磁场的大小和频率。

优选地，所述第二信号处理子模块包括：

第二信号放大单元和第二信号采集单元；

所述第二信号放大单元和第二信号采集单元相连；

所述第二信号放大单元用于放大所述第二磁场的第二磁场强度，所述第二信号采集单元用于采集所述第二磁场强度的第二模拟量。

优选地，所述控制与显示模块包括：

控制单元和显示单元；

所述第一信号采集单元、第二信号采集单元与所述控制单元相连；所述控制单元与所述显示单元相连；

所述控制单元用于读取并计算所述第一模拟量和第二模拟量，得到所述钢丝镀层的镀层厚度，并判断所述钢丝镀层的均匀度；所述显示单元用于显示所述镀层厚度和均匀度。

一种钢丝热镀镀层在线检测方法，包括：

基于钢丝热镀镀层在线检测***，产生均匀变化的磁场，采集所述磁场的磁场强度信号，并对所述磁场强度信号进行处理；

计算处理后的磁场强度，得到所述钢丝镀层的实际镀层厚度,并判断所述钢丝镀层的均匀度。

优选地，判断所述钢丝镀层的均匀度包括：

基于第一判断标准或第二判断标准，判断所述钢丝镀层的均匀度；

其中，所述第一判断标准包括：预设所述钢丝镀层的标准镀层厚度，将所述标准镀层厚度与所述实际镀层厚度相减，判断所述钢丝镀层的均匀度；

所述第二判断标准包括：获取前一时段的测量镀层厚度与当前的所述测量镀层厚度进行比较，并通过均匀度指数，判断所述钢丝镀层的均匀度。

本发明的有益效果为：

1)本发明能够通过非接触的方式测量镀层的厚度和均匀度，解决工业热镀镀层测量的技术难题；

2)相较于其他均匀度测量技术，本发明机构简单，制作成本低，装卸方便，便于维护，适用于市场化生产；

3)通过电磁的方式测量，能够适应复杂工业现场的检测作业，可靠性强；

4)采用桥式电路测量，测量精度高，能够准确测量镀层厚度。

5)能够很好的测量钢丝镀层的厚度，避免稀有金属的浪费，节约生产过程的成本；

6)能够检测钢丝镀层的均匀度，可协助热镀生产，提高良品率。

7)与现有镀层厚度测量相比，本发明通过非接触方式，可准确测量工业现场剧烈抖动的钢丝绳，测量过程实时性强；

8)与现有技术相比，本发明可对于表面积较小的绳类表层镀层进行测量，解决钢丝绳镀层厚度测量难题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种钢丝热镀镀层在线检测***及方法原理示意图；

图2为本发明实施例的控制单元的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种钢丝热镀镀层在线检测***，包括：

未热镀检测模块、已热镀检测模块和控制与显示模块；

所述未热镀检测模块与所述控制与显示模块相连，所述已热镀检测模块与所述控制与显示模块相连；

所述未热镀检测模块用于检测未热镀钢丝的第一磁场；

所述已热镀检测模块用于检测热镀钢丝的第二磁场；

控制与显示模块用于计算所述第一磁场和第二磁场，判断钢丝镀层的均匀度，并显示所述均匀度。

具体为：磁场发生与控制装置、巨磁阻传感器装置，信号处理装置，控制与显示装置。

所述磁场发生与控制装置包括第一磁场发生单元、第二磁场发生单元、第一励磁控制单元、第二励磁控制单元、第一电流源和第二电流源；

第一磁场发生单元、第二磁场发生单元为磁场发生装置；第一励磁控制单元、第二励磁控制单元为励磁控制器；第一电流源和第二电流源均为中低频交变电流源。

进一步的，所述第一磁场发生单元、第二磁场发生单元包括特制铁氧体和线圈，用于提供磁场，且便于钢丝穿越，为钢丝镀层测量提供准确性。所述第一励磁控制单元、第二励磁控制单元主要作用是控制电磁铁产生磁场的大小与频率。所述第一电流源和第二电流源为***提供激励信号。

所述巨磁阻传感器装置为巨磁阻传感器装置为第一传感器单元和第二传感器单元(GMR传感器)。

所述信号处理装置包括第一信号放大单元、第二信号放大单元、第一信号采集单元和第二信号采集单元；

第一信号放大单元、第二信号放大单元为信号放大电路；第一信号采集单元和第二信号采集单元为信号采集电路。

进一步的，所述信号放大电路由三极管、二极管、电容和电阻组成，将传感器采集到的小信号进行放大处理。所述信号采集电路是控制单元对模拟量采集的电路装置；其中，模拟量为磁场强度的大小和变化率。

所述控制与显示装置包括控制单元和显示单元；显示单元为显示设备。

进一步的，所述控制单元是用来读取经过处理的信号，通过读取的信号进行镀层的厚度计算以及均匀度的判定。所述显示设备是用来显示镀层厚度和均匀度的信号。

测量过程的程序流程图如图2所示，具体步骤如下：

步骤2-1：***上电后控制单元首次进行初始化操作，控制单元对ADC、显示器进行初始化操作。

ADC初始化：对所要采集数据的IO口的ADC通道进行使能操作，然后复位ADC，设置ADC分频因子，接着初始化ADC的参数、设置ADC的工作模式和规则序列的相关信息，使能ADC并进行校准。

显示器初始化：对所需要的IO口进行初始化操作，将其配置成与显示器有关的功能，然后设置显示器控制器寄存器。

步骤2-2：ADC可以对两个巨磁阻传感器所获得的数据进行读取，并且写入控制单元内进行下一步处理。

步骤2-3：将ADC读取的两个巨磁阻传感器的采集值进行处理，获得从而获得钢丝镀层厚度信息，并且经过控制单元处理得到镀层表面的均匀度信号。

步骤2-4：将厚度值和均匀度信号显示到显示器以及其他所需控制接口。

实施例2

一种钢丝热镀镀层的检测装置，包括：磁场发生与控制装置、巨磁阻传感器装置、信号处理装置、控制与显示装置。

所述磁场发生与控制装置包括磁场发生装置、励磁控制器、中低频交变电流源。

进一步的，所述磁场发生装置包括两个特制铁氧体和线圈，用于提供两处相同磁场强度以及变化情况相同的磁场，分别检测钢丝镀锌前后的情况。进一步的，铁氧体为带有横向和纵向凹槽开口形状的立方体，其作用其一保证磁场强度均匀对称性，其二方便在工业加工过程中穿钢丝以及进行钢丝更换作业，提高钢丝绳在工业现场抖动情况下测量的准确性。所述励磁控制器主要是一种多功能的调节控制器，能够以控制回路的电流、电流频率等，通过控制对所提供的电流大小、相位以及频率来控制磁场的大小、频率，并且能够对测量不同直径的钢丝镀锌起到精度调节的作用。所述中低频交变电流源为电磁线圈供能装置，使其电磁发生装置产生均匀变化的磁场，提高检测精度，便于钢丝镀层的检测。

进一步的，在中低频交变电流的激励下，磁场发生装置产生均匀变化的电磁场，从而使锌层表面产生电流，其电流的大小稳定性与频率，激励电流大小，线圈匝数、锌层厚度等因素有关，因此控制好其他因素相同，使锌层厚度成为影响电流大小的主要因素，由于锌层表面电流的产生，将产生与电流大小有关的磁场，那么可通过判断这部分产生的磁场大小和变化情况计算镀层厚度与均匀度。

进一步的，为了能够稳定持续性对钢丝镀层进行测量，需要更加持续稳定的电流激励使磁场发生装置产生稳定变化的磁场，因此，在中低频电流源装置和磁场发生装置***中加入反馈调节控制器，以电流为被控对象，并且进行状态观测，通过跟踪微分其与误差反馈控制对电流的输出进行控制以及对不确定性干扰进行补偿，使其产生稳定的电流。

所述巨磁阻传感器装置为巨磁阻传感器装置为巨磁阻传感器(GMR传感器)，主要用于在钢丝绳经过时由于镀层厚度对磁场的影响而对磁感应强度进行检测，为克服钢丝抖动的影响，巨磁阻传感器对称安置提高测量准度。

所述信号处理装置包括信号放大电路和信号采集电路。

进一步的，所述信号放大电路由三极管、二极管、电容和电阻组成，在不影响***磁场本身的情况下，将传感器采集到的信号进行放大处理。

所述信号采集电路是控制单元对模拟量采集的电路装置，防止在信号采集过程中由于信号传输距离以及外界干扰的因素而导致的采集，保证信号传输，防止由于外界误差而影响的采集值。

进一步的，由于本装置是对电磁信号的采集，为了避免电磁信号产生的干扰，采用有源滤波放大电路对采集信号进行处理，并采用硬件滤波的方式，保证***采集的实时性，以减少电子元件以及工厂环境产生谐波的影响，使GMR传感器采集值稳定可靠。

所述控制与显示装置包括控制单元、显示设备。

进一步的，所述控制单元是用来读取经过处理的信号，通过对读取的信号进行镀层的厚度计算以及均匀度的判定，将厚度以及均匀度信号传输至显示设备，并且设有调节控制功能，给予装置的手动校验、调零的功能。所述显示设备是用来显示镀层厚度和均匀度的装置。

本发明检测方法采用如下步骤：钢丝镀锌过程中，钢丝进入未镀锌侧的检测装置，通以中低频交变电流，检测此时未镀锌钢丝对磁场的影响，采用分布排列的巨磁阻传感器检测磁场强度，避免由于钢丝抖动而对测量值产生影响。同理，钢丝进入镀锌侧的检测装置同样通过传感器进行磁场强度测量。经过两次不同状态情况的测量，从而获得镀锌的锌层厚度的信息。巨磁阻传感器采集磁场强度传输至控制单元，控制单元根据不同位置传感器的信息采集值来计算镀层厚度，以及同一传感器不同时刻采集数据的变化计算出钢丝镀层表面的均匀度，并且将经计算得到的镀层厚度信息和钢丝镀层表面的均匀度信息通过显示装置显示出来。

为了检测镀锌层表面的均匀度，本发明通过判断锌层厚度的变化情况来判断镀层表面的均匀度。镀锌层表面的均匀度提出以下两种判断方式：

一是对于给定需求的镀层表面厚度视为标准厚度，当测量厚度等于需求标准厚度时，视为合格；在此标准下，根据测量的镀锌层表层厚度与标准厚度的差值，来判断镀锌的均匀度，并且引入均匀度指数，建立均匀度行业标准。

二是不看锌层的标准厚度，而是对于钢丝表层均匀度本身，在连续测量的***中，前一时段的测量厚度与当前测量厚度进行比较，进而来判断***的均匀度，根据均匀度指数，判断均匀性。

所述的均匀度指数是为了本行业的生产需求和生产产品的应用需求而建立的一套判断标准，具体根据锌层的均匀度对应用场景、环境以及考虑使用磨损产生的影响，将镀锌均匀度等级进行划分，以便更好的适用不同的产品需求。

以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，包括：

未热镀检测模块、已热镀检测模块和控制与显示模块；

所述未热镀检测模块与所述控制与显示模块相连，所述已热镀检测模块与所述控制与显示模块相连；

所述未热镀检测模块用于检测未热镀钢丝的第一磁场；

所述已热镀检测模块用于检测热镀钢丝的第二磁场；

控制与显示模块用于计算所述第一磁场和第二磁场，判断钢丝镀层的均匀度，并显示所述均匀度。

2.根据权利要求1所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述未热镀检测模块包括：

第一磁场发生与控制子模块、第一巨磁阻传感子模块、第一信号处理子模块；

所述第一磁场发生与控制子模块用于产生所述第一磁场；

所述第一巨磁阻传感子模块用于采集所述第一磁场的第一磁场强度；

所述第一信号处理子模块用于对所述第一磁场强度进行处理。

3.根据权利要求2所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述第一磁场发生与控制子模块包括：

第一磁场发生单元、第一励磁控制单元、第一反馈调节控制单元和第一电流源；

所述第一磁场发生单元、第一励磁控制单元和第一电流源循环连接；所述第一反馈调节控制单元与所述第一电流源相连；

所述第一电流源用于产生中低频交变电流；所述第一反馈调节控制单元用于调节所述低频交变电流，产生持续稳定的所述低频交变电流；所述第一磁场发生单元用于在所述中低频交变电流的激励下，产生所述第一磁场；所述第一反馈调节控制单元用于控制所述中低频交变电流的大小、相位和频率来调节所述第一磁场的大小和频率。

4.根据权利要求2所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述第一信号处理子模块包括：

第一信号放大单元和第一信号采集单元；

所述第一信号放大单元和第一信号采集单元相连；

所述第一信号放大单元用于放大所述第一磁场强度，所述第一信号采集单元用于采集所述第一磁场强度的第一模拟量。

5.根据权利要求4所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述已热镀检测模块包括：

第二磁场发生与控制子模块、第二巨磁阻传感子模块、第二信号处理子模块；

所述第二磁场发生与控制子模块用于产生所述第二磁场；

所述第二巨磁阻传感子模块用于采集所述第二磁场的第二磁场强度；

所述第二信号处理子模块用于对所述第二磁场强度进行处理。

6.根据权利要求5所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述第二磁场发生与控制子模块包括：

第二磁场发生单元、第二励磁控制单元、第二反馈调节控制单元和第二电流源元；

所述第二磁场发生单元、第二励磁控制单元和第二电流源元循环连接；所述第二反馈调节控制单元与所述第二电流源元相连；

所述第二电流源元用于产生中低频交变电流；所述第二反馈调节控制单元用于调节所述低频交变电流，产生持续稳定的所述低频交变电流；所述第二磁场发生单元用于所述中低频交变电流的激励下，产生所述第二磁场；第二反馈调节控制单元用于控制所述中低频交变电流的大小、相位和频率来调节所述第二磁场的大小和频率。

7.根据权利要求5所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述第二信号处理子模块包括：

第二信号放大单元和第二信号采集单元；

所述第二信号放大单元和第二信号采集单元相连；

所述第二信号放大单元用于放大所述第二磁场的第二磁场强度，所述第二信号采集单元用于采集所述第二磁场强度的第二模拟量。

8.根据权利要求7所述的钢丝热镀镀层在线检测***，其特征在于，所述控制与显示模块包括：

控制单元和显示单元；

所述第一信号采集单元、第二信号采集单元与所述控制单元相连；所述控制单元与所述显示单元相连；

所述控制单元用于读取并计算所述第一模拟量和第二模拟量，得到所述钢丝镀层的镀层厚度，并判断所述钢丝镀层的均匀度；所述显示单元用于显示所述镀层厚度和均匀度。

9.一种钢丝热镀镀层在线检测方法，所述检测方法利用所述权利要求1-8任一所述的钢丝热镀镀层在线检测***实施，其特征在于，包括：

基于钢丝热镀镀层在线检测***，产生均匀变化的磁场，采集所述磁场的磁场强度信号，并对所述磁场强度信号进行处理；

计算处理后的磁场强度，得到所述钢丝镀层的实际镀层厚度,并判断所述钢丝镀层的均匀度。

10.根据权利要求9所述的钢丝热镀镀层在线检测方法，其特征在于，判断所述钢丝镀层的均匀度包括：

基于第一判断标准或第二判断标准，判断所述钢丝镀层的均匀度；

其中，所述第一判断标准包括：预设所述钢丝镀层的标准镀层厚度，将所述标准镀层厚度与所述实际镀层厚度相减，判断所述钢丝镀层的均匀度；

所述第二判断标准包括：获取前一时段的测量镀层厚度与当前的所述测量镀层厚度进行比较，并通过均匀度指数，判断所述钢丝镀层的均匀度。

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