一种彩涂钢板在线温度检测方法与流程

1.本发明涉及辐射高温测定法技术领域，具体来讲，涉及一种彩涂钢板在线温度检测方法。


背景技术：

2.目前对于彩涂钢板温度的检测主要有三种方法：第一种是多波长红外温度计，精度高但价格昂贵，且不适合测量300℃以下的物体；第二种是感温贴纸，需要手动将贴纸粘在运行的彩涂钢板上，操作不便有危险，而且检测精度较差，也不能够实现连续测量，还会对涂层表面形成损伤；第三种属于非直接检测，比如钝化涂层工艺中，通过使用热电偶检测烘箱中气体的温度来间接估算烘干后彩涂钢板的温度，精度差，非常依赖于操作工的经验。
3.申请号为us20200300708a1、公开日为2020.9.24日的美国专利申请提供了一种用于测量移动带钢温度的方法和系统，该方法中条带与卷筒接触，使得在条带和卷筒离开的条带和卷筒之间存在楔形开口，并且在条带和卷筒相遇处在条带和卷筒之间存在楔形开口，其中使用红外或可见光测量相机沿至少一个楔形开口的至少一部分长度测量带材的温度,其中使用两个红外或可见光相机，在卷的每一端各一个，并且其中两个红外或可见光照相机一起至少测量带和卷之间的楔形开口的总长度。该方法和系统不适用于测定彩涂钢板的生产工艺中的化学涂覆烘箱处的高速运动高温带钢，也并未涉及利用接触式测温和非接触式测温共同协作测量的相关内容。
4.公告号为cn215492082u、公告日为2022.1.11日的中国实用新型专利提供了一种红外热成像测温系统的实验测试装置，该装置包括检测设备(1)、一体机电脑(2)、人体测温模型(3)，所述检测设备(1)包括设备桌(4)、检测分析设备(5)、测温信号梳理转换器(6)、电源镇流器(7)、液压机(8)、移动结构(9)，所述移动结构(9)为不锈钢结构，其包括测温仪固定结构(14)、水平导轨(15)、水平移动结构(16)、横置导轨(17)、滑动结构(18)、旋转器(19)、支撑伸缩杆(20)，所述测温仪固定结构(14)包括下安放面(21)、固定伸缩杆(22)、上固定面(23)，其内放置有红外热成像测温仪(11)，所述一体机电脑(2)通过导线(29)与电源镇流器(7)、检测分析设备(5)连接。该装置不适用于测定彩涂钢板的生产工艺中的化学涂覆烘箱处的高速运动高温带钢，也并未涉及利用接触式测温和非接触式测温共同协作测量的相关内容。


技术实现要素：

5.发明人经分析发现：对于彩涂钢板的温度检测，面临的主要问题有：
①
彩涂钢板处于高速运动状态，速度最高达200m/min，不适用接触式测温，而且在涂覆工艺中，接触式测温会给涂层带来损伤。
②
彩涂钢板表面反射性强，红外测温易受到车间内其它光源和热源影响；
③
彩涂钢板温度范围较低，在400℃以下，能够满足该测温范围的多波长或双波长测温计产品较少。
6.本发明提供了一种彩涂钢板在线温度检测方法，所述检测方法包括在彩涂钢板连
续生产线的前处理工序的化学涂覆烘箱处设置通过温度监测系统实现的实时测温工序。
7.所述温度监测系统包括plc、信号采集电路、驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪、标定样、对准标定样的标定位接近开关、以及对准所述化学涂覆烘箱处的运动带钢的检测位接近开关。
8.所述实时测温工序包括：通过plc控制驱动器带动步进电机的滑台，使得红外测温仪在标定位接近开关和检测位接近开关之间往复运动，以实现在标定位接近开关处获得对应于标定样非接触温度的第二信号数据和在检测位接近开关处获得对应于所述运动带钢的非接触温度的第三信号数据；plc控制信号采集电路，接收所述第二信号数据和第三信号数据，并通过热电偶获得对应于标定样的接触温度的第一信号数据。
9.通过plc构建基于多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对的线性函数式2。
10.将第三信号数据作为参数t代入式1中，求得所述运动带钢的实时温度f，其中，所述式1为；所述式2为；其中，f
ij
表示第一信号数据，所述标定样具有与所述运动带钢相同的规格，且被静止地设置在所述运动带钢的邻近位置。ti表示第二信号数据。i表示数据对的序号，为自然数且在j值确定的情况下，从1遍历至n，n不小于2。j表示根据光照强度确定的编号，为自然数且能够从1遍历至m，m不小于1，α为斜率，βj为第j编号的纵轴截距。
11.由于采用了上述技术方案，本发明至少取得以下有益效果：（1）本发明采用的彩涂钢板在线温度检测方法，解决了现有测温手段中，彩涂钢板运动速度过高难以检测、彩涂钢板本身反射性强以及外界光源和热源等影响的问题。
12.（2）本发明采用的彩涂钢板在线温度检测方法，精度高，所述测温结果的误差不超过
±
2℃。
13.（3）本发明采用的彩涂钢板在线温度检测方法，通过不断调整βj值，实现了针对特定厂房的不同测试环境条件对彩涂钢板连续温度检测功能。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1示出了本发明在不同测试环境下的第一信号数据与第二信号数据的关系图；图2示出了本发明的一个示例性实施例的工艺流程图。
具体实施方式
15.为了更清楚的阐释本发明的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
16.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
17.另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语
ꢀ“
顶”、“底”、“内”、“外”、“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。
18.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，还可以是通信；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。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。
19.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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
20.在本发明的第一示例性实施例中，彩涂钢板的在线温度检测方法包括在彩涂钢板连续生产线的前处理工序的化学涂覆烘箱处设置通过温度监测系统实现的实时测温工序。彩涂钢板连续生产线的工艺流程图参考图2所示，彩涂钢板连续生产线经清洗工序后进入前处理工序，本发明的目的是针对彩涂钢板前处理工序的化学涂覆烘箱处设置温度监测系统，对其进行实时测温，根据实时测温值进行初涂工序。
21.具体来讲，温度监测系统的第一种示例性构造可以由plc（亦可称为可编程逻辑控制器）、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪（可简称为红外测温）、标定样、对准标定样的标定位接近开关、对准化学涂覆烘箱处的运动带钢的检测位接近开关、以及光照强度检测器构成。这里，作为待测对象的运动带钢（亦可称为运动热带钢或者带钢），其运动速度较高，例如，可以为100m/min~200m/min，甚至更高；其温度较高，例如，可以为100℃~400℃，进一步可以为200℃~300℃；且通常会出现表面反光的问题。运动带钢的镜面反射率《20%，进一步，所述运动带钢的镜面反射率《10%。本发明中镜面反射率是指入射光经物体表面的镜面反射出去的能量与入射光总能量之比。代表运动带钢本身的反光情况。
22.具体来讲，标定样可被设置为具有与所述运动带钢相同的规格，例如，标定样的材质、表面粗糙度、厚薄尺寸、平整度等参数中的一项或两项以上被设置为与运动带钢相同；且标定样可被静止地设置在所述运动带钢的邻近位置。这里，“静止”是相对于运动带钢的“运动”而言的。优选地，标定样可被设置为沿与所述运动带钢的被测平面平行的面铺设。所述邻近位置可以为靠近运动带钢且不接触的位置，例如，与运动带钢平行且距离大于0且不大于5mm的位置。
23.热电偶可被贴合设置在所述标定样背离所述运动带钢的表面上，以获得第一信号数据。基于热电偶的特点以及贴合设置的方式，该第一信号数据能够非常准确的表征标定样的所述表面的温度。进一步优选地，该第一信号数据还可以为由温度值与测定时刻（即获
得该温度值的时刻）构成的数据对，或者为由温度值与获得该温度值的时刻、标定样的光照强度构成的数据对，亦或者为由温度值、测定时刻与获得该温度值的时刻标定样的光照强度构成的数据对。这里，光照强度可以由光照强度检测器获得并提供。此外，这里的“数据对”更侧重数据结构的概念，其组合或构建可由plc或信号采集电路实现，当然，也可通过带有数据处理模块的热电偶或光照强度检测器实现。
24.红外测温仪（例如，非接触式）被可拆卸地设置在步进电机的所述滑台上，且能够随所述滑台的移动而移动。优选地，所述滑台被设置为具有与所述运动带钢的被测平面平行地移动方向。
25.所述滑台被设置为能够被步进电机驱动器驱动，以带动红外测温仪在所述标定位接近开关与所述检测位接近开关之间往复运动，从而相应获得第二信号数据和第三信号数据。也就是说，第二信号数据对应于红外测温仪位于标定位接近开关处的温度，即相应时刻标定样的红外温度值；第三信号数据对应于红外测温仪位于检测位接近开关处的温度，即相应时刻运动带钢的红外温度值。进一步优选地，该第二信号数据还可以为由温度值与测定时刻（即获得该温度值的时刻）构成的数据对，或者为由温度值、获得该温度值的时刻与标定样的光照强度构成的数据对，亦或者为由温度值、测定时刻与获得该温度值的时刻标定样的光照强度构成的数据对。同理，该第三信号数据还可以为由温度值与测定时刻（即获得该温度值的时刻）构成的数据对，或者为由温度值与获得该温度值的时刻运动带钢的光照强度构成的数据对，亦或者为由温度值、测定时刻与获得该温度值的时刻运动带钢的光照强度构成的数据对。这里，光照强度可以由光照强度检测器获得并提供。此外，这里的“数据对”更侧重数据结构的概念，其组合或构建可由plc或信号采集电路实现，当然，也可通过带有数据处理模块的红外测温仪或光照强度检测器实现。此外，标定位接近开关和/或检测位接近开关也可被设置为直接与所述可编程逻辑控制器连接，从而便于更有助于准确划分第二信号数据和第三信号数据。
26.光照强度检测器可被设置为能够检测所述标定样和/或所述运动带钢的实时光照强度，并将该实时光照强度提供至可编程逻辑控制器。在光照强度检测器仅检测所述标定样或所述运动带钢的实时光照强度的情况下，其将该实时光照强度提供至plc；在光照强度检测器同时检测所述标定样与所述运动带钢的实时光照强度的情况下，其将两个实时光照强度检测值的算数平均值或几何平均值提供至plc。
27.所述信号采集电路可被设置为与所述热电偶和所述红外测温仪连接，以分别获得所述第一信号数据、第二信号数据和第三信号数据。所述可编程逻辑控制器可被设置为与所述信号采集电路电连接，以构建用第二信号数据作为变量且用第一信号数据作为函数值的线性函数模型，并且plc还被设置为能够根据所述实时光照强度调整所述线性函数模型的截距值（亦可称为纵轴截距，简称为截距），以及将第三信号数据作为新变量代入所述线性函数模型，计算得到并输出运动带钢的温度。这里，所述“截距值”即为以第一信号数据为纵坐标，且以第二信号数据为横坐标的情况下，构建的线性函数的纵轴截距值。此外，所述可编程逻辑控制器还可进一步被设置为与所述步进电机驱动器电连接，且能够向所述步进电机驱动器发送脉冲信号和方向信号，从而更有助于实现驱动器的周期性动作。另外，可编程逻辑控制器也可以与信号采集电路一体化集成设置，本发明不限于此。
28.在本发明的第二示例性实施例中，所述实时测温工序可使用上述第一种示例性构
造的温度监测系统进行，其分为以下（i）、（ii）和（iii）项。需要说明的是，以下（i）、（ii）和（iii）并无严格的先后时间顺序。
29.（i）数据采集过程。
30.通过plc控制驱动器带动步进电机的滑台，使得红外测温仪在标定位接近开关和检测位接近开关之间往复运动，以实现在标定位接近开关处获得对应于标定样非接触温度的第二信号数据和在检测位接近开关处获得对应于所述运动带钢的非接触温度的第三信号数据；plc控制信号采集电路，接收所述第二信号数据和第三信号数据，并通过热电偶获得对应于标定样的接触温度的第一信号数据。
31.通常，第二信号数据和第一信号数据成对采集，且可以为多对，例如，几对或几十至几百对，甚至更多；第三信号数据根据所需测量的实时温度确定数据量，可以仅为一个，也可以为两个以上。此外，还可将具有同一光照强度的一系列由第一信号数据和第二信号数据构成的数据对、以及第三信号数据关联，以便获得更加准确的实时温度值。
32.（ii）线性函数构建。
33.通过plc构建基于多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对的线性函数式2。在将具有同一光照强度的一系列由第一信号数据和第二信号数据构成的数据对关联的情况下，可获得针对该同一光照强度的相应截距βj。
34.所述式2为；其中，f
ij
表示第一信号数据；ti表示第二信号数据；i表示数据对的序号，为自然数且在j值确定的情况下，从1遍历至n，n不小于2；j表示根据光照强度确定的编号，为自然数且能够从1遍历至m，m不小于1，α为斜率，βj为第j编号的纵轴截距。
35.j表示根据光照强度确定的编号，为自然数且能够从1遍历至m，m不小于1；α为斜率，βj为第j编号的纵轴截距。m可以为特定厂房环境条件下，彩涂钢板生产线所要经历的光照强度的情况数量。根据发明人长期的数据统计和分析，发现：在彩涂钢生产线厂房等环境条件基本确定的情况下，随着自然光照情况（例如，季节或节气、天气情况（阴、晴、雨）、日照时段（早、中、晚））和人工光照情况变化及其对表面反光情况的影响，会导致线性函数式模型出现变化，从而影响测量的准确度。因此，为了获得更加准确的测定结果，设置了随光照强度变化的βj，用以反馈和调整因上述自然光照情况和人工光照情况变化及其对表面反光情况的影响。例如，如图1所示，光照强度为1200lux条件下，回归统计分析得到矩形标号的线条；光照强度为600lux条件下，回归统计分析得到菱形标号的线条。例如，对于确定厂房环境条件下，如果常用的光照强度为600lux、1200lux两种，则可将j=1与光照强度为600lux关联，将j=2与光照强度为1200lux关联，并相应得到β1和β2。例如，图1示出了统计和回归分析的典型情况。从图1可以看出，对于不同的光照强度，纵轴截距βj略有变化，然而，斜率α基本不变，这充分证明本发明线性函数模型和βj微调方式的合理性和准确性。
36.例如，如图1所示，对于第1编号的光照强度600lux情况，通过针对多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对（对应于图1的菱形点值，例如，可分别记为（t1，f
11
）、（t2，f
21
）、（t3，f
31
）
……
（ti，f
i1
））进行线性回归统计分析，能够得到相应线性函数式2，及其斜率α和纵轴截距β1。对于第2编号的光照强度1200lux情况，通过针对多对由第一信号数据与第二信号数据构成的数据对（对应于图1的矩形点值，例如，可分别记为（t'1，f
12
）、（t'2，f
22
）、（t'3，f
32
）
……
（t'i，f
i2
））进行线性回归统计分析，能够得到相应线性函数式2，及其斜
率α和纵轴截距β2。
37.（iii）实时温度的求取。
38.将与第j编号所对应的第三信号数据作为参数t代入式1中，求得在第j编号的光照强度下的所述彩涂钢板的实时温度f，其中，所述式1为。
39.在本发明的第二示例性实施例中，实时测温工序可采用以下方式进行：（1）系统开始工作后，plc发送脉冲信号和方向信号给步进电机驱动器（例如，伺服驱动器），使其驱动步进电机旋转，滑台（例如，丝杠滑台）将电机的旋转转换为直线运动，将红外测温仪向标定样的标定位移动。在红外测温仪向标定位移动过程中，标定位接近开关信号会感应到红外测温仪，并向plc反馈红外测温仪移动到位的信号，plc即停止步进电机的转动，红外测温仪停止在标定样的标定位。
40.（2）红外测温仪在标定位停留5秒，在此期间，plc通过信号采集电路，检测标定样的温度，包括接触式热电偶测得的温度fi（属于第一信号数据）和非接触式红外测温仪测得的温度ti（属于第二信号数据）；然后plc再使用测得的多组数据对构建f=αt β线性函数模型，该模型中的截距值β根据不同的光照强度进行标定。图1示出了示例性实施例在不同光照强度下的第一信号数据与第二信号数据的关系图。通过图1可以看出，第一信号数据和第二信号数据所构成的线性函数模型中，斜率α基本维持不变，并且可以根据光照强度确定相应的截距值β。
41.（3）5秒时间结束，plc通过步进电机驱动器控制步进电机，再驱动滑台，使红外测温仪向设置在运动带钢处的检测位移动。在移动过程中，红外测温仪被检测位接近开关感应到，检测位接近开关会向plc反馈红外测温仪移动到检测位的信号。plc即停止步进电机，让红外测温仪停止在检测位。
42.（4）plc通过信号采集电路，检测运动带钢的温度，这里只有红外测温数据t（属于第三信号数据），在对红外测温数据t进行平滑滤波后，再将该值带入f=αt β模型公式，计算出运动带钢的实际温度f。
43.（5）重复以上步骤，实现对不同的多个光照强度条件下的线性函数式2的构建，以完成对不同光照环境下的化学涂覆烘箱处的运动带钢的连续、非接触的测温。
44.此外，需要说明的是，对于本发明的彩涂钢板的在线温度检测方法所使用的温度监测系统而言，其除了可具有上述第一种示例性构造外，还可具有其他类型的构造。
45.例如，在本发明的第二种示例性构造中，温度监测系统可以由可编程逻辑控制器、信号采集电路、步进电机驱动器、具有滑台的步进电机、热电偶、红外测温仪、标定样、对准标定样的标定位接近开关、以及对准运动带钢的检测位接近开关构成。该第二种示例性构造与第一种示例性构造的主要差别在于不含有光照强度检测器。发明人经过多次检验和统计分析，发现第一种示例性构造的检测精度高于第二种示例性构造的检测精度，例如，第一种示例性构造的检测温度的误差值可小于1℃，甚至小于0.5℃；而且第一种示例性构造的技术方案相对于第二种示例性构造而言，更易于实现不受自然光照情况（例如，季节或节气、天气情况（阴、晴、雨）、日照时段（早、中、晚））和人工光照情况变化以及表面反光情况等的影响。
46.对于采用该第二种示例性构造的实时测温工序而言，其与第一示例性实施例的区别主要在于，更适合于j等于1的情况。也就是说，更适用于具有基本恒定的光照强度的化学
涂覆烘箱处的运动带钢的温度检测。
47.又如，在本发明的第三种示例性构造中，温度监测系统可在第一种示例性构造或第二种示例性构造的构造基础上，进一步包括触摸屏。该触摸屏可被设置为与所述可编程逻辑控制器连接，并能够进行参数设置以及数据和状态显示，从而便于对诸如步进电机驱动器的运动周期参数、光照强度与截距值关系参数、构成线性函数模型的数据量参数等的设定和调整，也便于输出和显示运动带钢的检测结果温度和系统正常与否等情况。
48.对于采用该第三种示例性构造的实时测温工序而言，其与第一示例性实施例的区别主要在于，更便于参数的设置和输出结果的显示。
49.再例如，在本发明的第四种示例性构造中，运动带钢的温度监测系统可在第一种示例性构造或第二种示例性构造的构造基础上，进一步包括供电电路。该供电电路可被设置为与所述可编程逻辑控制器、所述步进电机驱动器和所述信号采集电路中的一个或两个以上连接，从而便于为相关器件单元提供电力。
50.对于采用该第四种示例性构造的实时测温工序而言，其与第一示例性实施例的区别主要在于，更便于电力的集中输送和控制。
51.此外，本发明的第五种示例性构造中，温度监测系统可在第一种示例性构造或第二种示例性构造的基础上，进一步包括基板。该基板可被设置为能够集成安装并支撑所述步进电机、所述热电偶、所述红外测温仪、所述标定样、所述标定位接近开关、以及所述检测位接近开关中的一个或两个以上，从而有助于相关器件单元的集成化构建，也有助于相关器件单元的合理布局和设计。此外，所述温度监测系统还可进一步包括电气控制箱，所述电气控制箱可被设置为能够容纳除所述步进电机、所述标定位接近开关、所述检测位接近开关、所述热电偶和所述红外测温仪之外构件中的一个或两个以上，从而更有利于保护相关器件单元免受外界不良环境影响。
52.另外，参考图1所示，针对彩涂钢板生产工艺的前处理工序的化学涂覆烘箱处，50℃以上温度检测时，彩涂钢板的红外测温值（第二信号数据）与热电偶测温值（第一信号数据）线性关系更加精准，所述方法测得的化学涂覆烘箱处的运动带钢的温度值会更加精准。
53.参考表1所示，发明人在相同的测试环境下，分别用本技术第一示例性实施例的检测方法以及直接用热电偶检测彩涂钢板的温度情况（即对比例1）进行了对比。
54.表1彩涂钢板不同条件下的测温结果参考表1所示，与直接使用热电偶测温仪对彩涂钢板进行测温进行比较，本发明采用的彩涂钢板在线温度检测方法，精度高，所述方法的误差不超过
±
2℃。
55.以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员
来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。