一种电缆绝缘厚度计量方法与流程

本发明涉及电缆绝缘在线计量与挤出过程质量监测领域，尤其涉及一种电缆绝缘厚度计量方法。

背景技术：

1、电缆绝缘层通常由挤出设备连续包覆于导体外周，并在后续冷却装置中完成定型。绝缘材料在冷却过程中会发生收缩，导体与绝缘层之间还可能出现中心偏移；牵引速度变化、挤出量变化以及模具磨损会进一步改变截面的周向厚度分布。仅以单一工位的瞬时外径或平均厚度评价绝缘质量，难以区分冷却收缩、导体偏心和工艺波动对局部厚度的影响，也难以在变速生产时把冷热测量结果准确对应到同一材料截面。

2、现有绝缘厚度检测多采用离线切片方式，需要截取电缆样品后测量截面厚度，具有破坏样品、检测频次受限以及结果滞后的缺陷。由于离线样品之间存在未检测的连续长度，局部欠厚区段可能无法被及时发现；即使在线测量发现厚度异常，若缺少材料坐标配准、周向角度对齐以及量值和位置不确定度评价，也难以给出可靠的起止米位、保守边界和对应生产时间，进而影响盘号、批次和工艺原因追溯。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的电缆绝缘厚度计量方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种电缆绝缘厚度计量方法，针对电缆绝缘冷却收缩、导体偏心、生产速度变化和模具磨损导致冷热截面难以对应、局部欠厚难以连续定位且传统切片检测破坏样品的问题，提出在冷热双工位获取截面边界、周向厚度、速度和长度数据，利用消除尺度的内部截面几何指纹在候选带、顺序单调和局部伸缩约束下完成同材料截面配准，再进行周向转角校正、收缩计量和冷态等效厚度计算，并将厚度量值不确定度与材料位置不确定度分别传播到保守厚度判定和区段边界的技术方案。本发明能够在连续生产条件下形成带有米位、周向位置、置信信息、保守边界、证据标签和工艺时间窗的欠厚区段结果。

2、本发明提供了一种电缆绝缘厚度计量方法，包括：

3、s1、在绝缘挤出后及冷却定型后分别采集导体边界、绝缘外边界、周向厚度序列、速度及累积长度，形成冷热截面序列；

4、s2、对周向厚度序列消除整体尺度，根据平均厚度、周向形态和截面中心几何特征生成内部截面几何指纹；

5、s3、根据累积长度和速度的取值范围确定同一材料截面的候选区间，在截面顺序不逆转和局部伸缩率受限条件下单调匹配内部截面几何指纹，得到配对索引、材料坐标和配准置信度；

6、s4、根据配对截面的周向形态相位及相关性确定测量工位间的周向转角，将冷态周向厚度序列变换至同一材料角坐标，得到分区收缩率和冷态等效厚度；

7、s5、根据校准数据、测量状态和匹配质量确定冷态等效厚度的厚度量值不确定度及材料坐标的材料位置不确定度，按目标一侧覆盖水平取得厚度不确定度上界，以冷态等效厚度减去该上界得到保守厚度下包络；

8、s6、将保守厚度下包络与绝缘厚度合格限值比较以确定欠厚点，在材料坐标上合并欠厚点并按材料位置不确定度扩展区段边界，根据冷热厚度残差与生产过程量的关联确定证据标签，输出欠厚区段报告。

9、可选的，s1包括：所述热态测量工位设置于电缆绝缘挤出头之后，所述冷态测量工位设置于冷却定型装置之后，各测量工位采用穿透式测量装置获得同一截面的导体边界和绝缘外边界，并由所述导体边界与所述绝缘外边界之间沿周向的径向距离生成周向厚度序列；

10、在各测量工位同步采集非接触速度、累积长度和采样时刻，并按采样时刻排列形成所述热态截面序列和所述冷态截面序列。

11、可选的，s2包括：以周向厚度序列的平均值对对应周向厚度序列进行归一化以消除整体尺度；

12、对归一化后的周向厚度序列进行周向谐波分解，将各阶谐波幅值与所述周向厚度序列的平均值之比确定为对应阶次的幅值比，并提取各阶谐波的相位，其中高阶谐波为二阶以上的谐波；

13、根据导体边界中心相对于绝缘外边界中心的偏移量确定导体中心偏移，根据绝缘外边界的长轴与短轴确定椭圆度，并提取在连续截面中周向位置变化量不超过位置稳定阈值的局部极值位置；

14、将所述平均厚度、幅值比、相位、导体中心偏移、椭圆度和局部极值位置按预定字段顺序组成所述内部截面几何指纹，所述位置稳定阈值由标准件重复测量所得局部极值位置误差的上分位数确定。

15、可选的，s3包括：根据两个测量工位之间的设备路径长度以及非接触速度的下界和上界，确定材料截面从热态测量工位行进至冷态测量工位的行程时间范围；

16、将热态截面的采样时刻与所述行程时间范围相加，得到冷态候选采样时间范围，并将采样时刻位于所述冷态候选采样时间范围内的冷态截面的累积长度确定为候选累积长度范围；

17、以内部截面几何指纹各字段的归一化差异之和作为匹配代价，在匹配路径的热态截面索引和冷态截面索引均不减小、相邻配对截面之间的材料坐标增量之比位于局部伸缩率允许区间的约束下，求取累计匹配代价最小的匹配路径；

18、由所述匹配路径确定配对索引和材料坐标，并根据最小累计匹配代价与次小累计匹配代价的间隔、候选区间宽度和匹配路径局部斜率偏差确定配准置信度，所述局部伸缩率允许区间由对应电缆规格在验证切片数据中的冷热长度增量比的下分位数和上分位数确定。

19、可选的，s4包括：分别取得配对截面的热态第一谐波幅值比和冷态第一谐波幅值比，并计算第一谐波相位差；

20、在所述热态第一谐波幅值比和所述冷态第一谐波幅值比均达到相位可用阈值时，以所述第一谐波相位差确定周向转角；

21、在所述热态第一谐波幅值比和所述冷态第一谐波幅值比中的至少一个未达到所述相位可用阈值时，将二阶以上谐波重构的周向形态序列之间的相关系数峰值按数值递减顺序排列，在第一峰值与第二峰值之差达到峰值判别阈值时，以所述第一峰值对应的角位移确定周向转角；

22、在所述热态第一谐波幅值比或所述冷态第一谐波幅值比未达到所述相位可用阈值，且所述第一峰值与所述第二峰值之差未达到所述峰值判别阈值时，生成周向配准无效状态并停止输出对应截面的冷态等效厚度；

23、所述相位可用阈值由标准件重复测量的第一谐波相位方差不超过预设相位方差上限时对应的幅值比下限确定，所述峰值判别阈值由标准件重复测量中正确角位移峰与其余角位移峰之差的下分位数确定；

24、按所述周向转角对冷态周向厚度序列进行角度重采样，并在同一材料角坐标下，根据配对截面的热态厚度与冷态厚度之差相对于热态厚度的比值确定各周向分区的收缩率，将与热态截面配对并完成角度重采样的冷态厚度确定为冷态等效厚度。

25、可选的，s5包括：按电缆规格和生产工况标签对可追溯标准件的厚度测量值减去标准件参考值所得的残差或验证切片的厚度测量值减去切片参考值所得的残差进行分组，并结合热态测量工位和冷态测量工位的校准误差及漂移量，确定厚度误差样本；

26、根据累积长度候选区间宽度、最小累计匹配代价与次小累计匹配代价的间隔、周向形态相关系数峰的角度宽度以及配准残差，确定位置误差样本；

27、将校准数据是否有效、当前漂移量是否超过由校准周期内漂移量上分位数确定的漂移限值、当前生产工况标签是否由校准数据覆盖以及是否生成有效配对索引和周向转角的状态组合确定为当前测量状态；

28、在所述当前测量状态有效且取得冷态等效厚度时，从校准数据中选取当前测量状态相同的厚度误差样本和位置误差样本，以厚度误差样本绝对值在目标双侧覆盖水平对应的分位数确定厚度量值不确定度，以位置误差样本绝对值在目标双侧覆盖水平对应的分位数确定材料位置不确定度，并将全部厚度误差样本在目标一侧覆盖水平对应的上分位数执行下限为零的截断后确定厚度不确定度上界；

29、在校准数据无效、当前漂移量超过所述漂移限值、当前生产工况标签未由校准数据覆盖、未生成有效配对索引或周向转角、未取得当前测量状态相同的误差样本或者存在周向配准无效状态中的任一情况发生时，将当前测量状态确定为量值无效状态并停止计算保守厚度下包络；

30、仅在当前测量状态有效时，以所述冷态等效厚度减去所述厚度不确定度上界，得到对应材料坐标和材料角坐标的保守厚度下包络；

31、进一步的，根据当前电缆规格、材料牌号、挤出温度区间、冷却工况和线速度区间组成当前生产工况标签，并将所述当前生产工况标签与校准数据覆盖的工况标签集合进行比较以确定当前工况是否位于校准域内；

32、根据标准件复测结果相对于最近一次校准结果的差值确定当前漂移量，并将所述当前漂移量与所述漂移限值比较；

33、当校准数据无效、当前工况位于校准域外、当前漂移量超过所述漂移限值或者当前测量状态为量值无效状态时，禁止输出确定合格结论，无论是否形成欠厚区段均输出包含量值无效标志和人工复核标志的计量结果记录；

34、完成重新校准或验证后，仅在校准数据有效、当前工况位于校准域内、当前漂移量未超过所述漂移限值并且当前测量状态不为量值无效状态时，恢复输出确定性计量结论。

35、可选的，s6包括：仅对已形成有效保守厚度下包络的截面，在同一材料坐标和材料角坐标下，将冷态等效厚度减去由热态厚度按照配对截面的周向平均收缩率换算得到的热态参考厚度，得到冷热厚度残差，其中残差为正表示冷态等效厚度大于热态参考厚度；

36、将无工艺异常验证样本中生产过程量变化至厚度响应之间的时延上分位数与配对截面的热态非接触速度和冷态非接触速度的算术平均值相乘，得到同步材料窗口长度，并以对应长度的相邻材料坐标范围作为同步材料窗口；

37、当所述同步材料窗口内冷热厚度残差的第一谐波相位与导体中心偏移方向一致，且第一谐波幅值与导体中心偏移量之间的相关系数达到偏心同步相关阈值时，生成导体偏心证据，所述偏心同步相关阈值由无导体偏心验证样本的对应相关系数上分位数确定；

38、当从冷热厚度残差中去除与导体中心偏移对应的第一谐波分量后，各周向分区残差之间的差值达到非均匀收缩阈值时，生成非均匀收缩证据，所述非均匀收缩阈值由均匀冷却验证样本的分区残差差值上分位数确定，所述导体偏心证据和所述非均匀收缩证据在各自条件满足时允许同时生成；

39、当所述同步材料窗口内冷热厚度残差与牵引速度导数和挤出量的比值之间的相关系数达到牵引同步相关阈值时，生成牵引波动证据；

40、当冷热厚度残差随模具累计运行长度的回归斜率达到磨损斜率阈值时，生成模具磨损证据；

41、所述牵引同步相关阈值和所述磨损斜率阈值分别由无牵引异常样本和新模具基准样本的对应统计量上分位数确定；

42、将保守厚度下包络未达到绝缘厚度合格限值的截面确定为欠厚点，并按材料坐标顺序合并欠厚点形成欠厚区段，将所述证据作为欠厚区段的证据标签；

43、进一步的，所述欠厚区段报告包括欠厚区段的起止米位、厚度下包络未达到绝缘厚度合格限值的周向角、盘号、批次、配准置信度、工艺时间窗、证据标签、点估计边界和保守边界；

44、根据欠厚区段内配对索引所对应的热态测量时刻和冷态测量时刻确定工艺时间窗，并根据盘号与累积长度之间的映射关系确定欠厚区段所属的盘号和批次；

45、进一步的，将材料坐标间隔不大于对应两个欠厚点的材料位置不确定度之和的欠厚点判定为连续欠厚点；

46、将连续欠厚点合并后所得首个欠厚点和末个欠厚点的材料坐标分别作为点估计起点和点估计终点，将所述点估计起点向前扩展该首个欠厚点的材料位置不确定度得到保守起点，将所述点估计终点向后扩展该末个欠厚点的材料位置不确定度得到保守终点；

47、当同一盘号内两个欠厚区段的保守边界相交时，合并所述两个欠厚区段，并在欠厚区段报告中同时记录合并前的点估计边界和合并后的保守边界。

48、本发明的有益效果是：

49、1、通过双工位内部截面几何指纹与受限单调匹配相结合，将冷热测量数据对应到同一材料坐标，降低牵引速度变化和局部伸缩造成的截面错配风险。

50、2、通过周向形态相位与相关性确定工位间转角，把冷态厚度变换到统一材料角坐标，能够对分区收缩、导体偏心和周向欠厚位置进行一致计量。

51、3、通过分别计算厚度量值不确定度和材料位置不确定度，构造保守厚度下包络并扩展区段边界，使欠厚报告同时覆盖厚度误差和位置错配风险，并可结合盘号、批次、工艺时间窗和证据标签实施追溯。