一种金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪的制作方法

1.本发明属于金刚微粉浓度检测领域，尤其是涉及一种金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪。


背景技术：

2.金刚线是把金刚石的微小颗粒镶嵌在高强度钢丝上，做成的金刚石切割线。金刚线因此具有了金刚石微型的锯齿，增加了钢线的切割能力，可以大大加快切割速度。
3.把金刚石镶嵌到钢丝上的过程叫上砂。金刚线上砂腔体中，镀液中的镀镍金刚石微粉的均匀分布完全靠搅拌器的充分搅拌，所以需要对上砂腔体中的金刚微粉的浓度进行检测。要确保镀液中的镀镍金刚石微粉的均匀分布就需要从两个角度来入手，其一是装置本身角度，其二是检测角度。目前对技术的研究普遍集中于装置本身，即集中研究如何通过改进装置来提高分布均匀程度，如中国专利公开的金刚线八线机生产上砂装置[公开号： cn212771026u]。而对于检测角度，目前对于上砂腔体中的金刚微粉的浓度的检测的方法普遍是周期性取样后使用浊度仪进行检测，然后对应调整镀液中的金刚石微粉量，但是这样的检测方式首先因为是取样检测，所以检测精度并不高，其次，该方式从取样到调整周期很长，通常以小时计，所以效率比较低，对上砂效率也造成了不可忽视的影响。此外，由于不能对金刚微粉在上砂腔体中的镀液中的浓度分布持续实时监控，因此当生产线上因意外情况出现，而造成镀液中金刚石微粉的含量下降/上升时无法实现及时掌握，而只能根据原来的设定继续持续小量补充，这种调控过程会造成镀液中金刚石微粉含量出现比较大的波动，金刚石微粉含量波动则会造成金刚线上金刚石颗粒的密度的波动，进而造成金刚线质量的波动。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是针对上述问题，提供一种金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪。
[0005]
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
[0006]
一种金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪，包括控制模块，所述的控制模块连接有波发射器和波接收器，所述的波发射器用于根据控制模块发送的包含强度时变控制命令的同步信号发出时变波信号，所述的波接收器用于根据同步信号中的同步时钟同步采集所述时变波信号导向至电镀液发生的时变辐射信号，所述的波接收器连接有判断模块，所述的判断模块用于根据时变辐射信号和时变波信号判断金刚微粉浓度分布结果。
[0007]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，所述波发射器、波接收器采用波长与金刚微粉尺寸相当的波。
[0008]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，所述波发射器、波接收器所对应的波为红外线，且所述的波发射器包括红外发光二极管阵列和发光控制电路；发光控制电路用于根据强度时变控制命令控制各红外发光二极管发出强度渐变的时变红外信号；
[0009]
波接收器包括红外辐射检测阵列和二维辐射图像采集模块，所述的红外辐射检测阵列用于检测电镀液的红外辐射信号，所述的二维辐射图像采集模块用于根据同步时钟从红外辐射信号中同步采集时变辐射信号。
[0010]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，所述的红外辐射检测阵列采用阵列结构与红外发光二极管阵列一致，且密度大于或等于红外发光二极管阵列的红外探测器阵列来检测电镀液的红外辐射，并通过光电转换方式将检测到的红外辐射转变成电信号，从而得到二维的红外辐射信号。
[0011]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，所述的红外发光二极管阵列包括多个呈n边形结构的基件，每个基件内均具有均匀分布的n 个红外发光二极管，n≥3。
[0012]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，每个基件内的n 个红外发光二极管具有不同的波长；
[0013]
且各红外发光二极管的波长均在λ
±
5um范围内，所述的λ为金刚微粉的尺寸；
[0014]
红外辐射检测阵列的检测范围包括λ-5um至λ 5um波段的全部红外辐射。
[0015]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，每个基件的n边形被划分为面积大小均相等的n个三角形，n个红外发光二极管分布于n 个三角形的中心以使n个红外发光二极管均匀分布于相应基件内；
[0016]
构成红外发光二极管阵列的多个基件中，任意两个基件具有相同的红外发光二极管及波长组成，且任意两个基件相同波长的红外发光二极管对应于两个基件中的同一位置，以使红外发光二极管阵列中任意固定波长的两个相邻红外发光二极管之间的距离等长。
[0017]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，各红外发光二极管的波长均≥3um且≤8um，红外辐射检测阵列的检测范围包括3um至8um 波段的全部红外辐射；
[0018]
所述的n＝6，且6个红外发光二极管的波长分别为3um、4um、5um、6um、 7um、8um；所述的红外发光二极管阵列中，各基件具有相同的红外发光二极管波长及组成，各基件之间相同波长的红外发光二极管在基件中所处位置相同。
[0019]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，所述的红外波为中红外波；
[0020]
所述的红外发光二极管阵列由多个基件构成圆形阵列。
[0021]
在上述的金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中，所述判断模块从波发射器、波接收器或控制模块处获取所述的时变波信号；
[0022]
所述的判断模块包括经过训练的卷积神经网络。
[0023]
本发明的优点在于：
[0024]
利用衍射现象提供一种能够对腔体中的金刚石微粉的浓度的实时监控，并可以用于监控腔体内金刚微粉的二维实时分布的方案，有助于提升金刚线的质量；
[0025]
应该卷积神经网络技术，利用经过训练的卷积神经网络，以原始的时变波信号和经过金刚石微粉作用的时变辐射信号为输入可输出浓度分布情况，能够给出更精确的判断结果。
附图说明
[0026]
图1是本发明金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪的系统结构框图；
[0027]
图2是本发明金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪以红外波长为例的系统结构框图；
[0028]
图3是本发明金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中三边形结构的基件结构示意图；
[0029]
图4是本发明金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中四边形结构的基件结构示意图；
[0030]
图5是本发明金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中六边形结构的基件结构示意图；
[0031]
图6是本发明金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪中由六边形结构的基件结构构成的红外发光二极管阵列的阵列结构图。
[0032]
附图标记：控制模块1；波发射器2；红外发光二极管阵列21；发光控制电路22；波接收器3；红外辐射检测阵列31；二维辐射图像采集模块32；判断模块4。
具体实施方式
[0033]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0034]
本实施例公开了一种金刚砂镀液中金刚微粉浓度分布测试仪，用以解决对腔体中的金刚石微粉的浓度的实时监控，并可以用于监控腔体内金刚微粉的二维实时分布，从而使用户能够及时且有针对性地调整镀液中的金刚微粉浓度，进而提升金刚线的质量。
[0035]
如图1所示，测试仪具体包括控制模块1，控制模块1连接有波发射器 2和波接收器3，控制模块1同时给波发射器2和波接收器3发送同步信号，同步信号包括强度时变控制信号和同步时钟，波发射器2根据控制模块1 的强度时变控制命令发出强度渐变的时变波信号，波接收器3根据同步时钟同步采集时变波信号导向至电镀液发生的时变辐射信号，波接收器3连接有判断模块4，判断模块4从波发射器2处获取时变波信号，从波接收器 3处获取时变辐射信号，根据时变辐射信号和时变波信号判断金刚微粉浓度分布结果。波在传播过程中遇到障碍物时会发生衍射，这里利用波的衍射现象将波导向电镀液，波在电镀液中遇到障碍物-金刚微粉会发生衍射现象，判断模块根据原始的时变波信号和经金刚微粉作用的时变辐射信号就可判断金刚微粉浓度分布结果。波发射器2和波接收器3两者均既可以位于电镀液中，又可以位于电镀液外，这里不对其设置位置及设置方式进行限制，只要能够满足本技术需求，使波发射器2发射的波导向电镀液，且波接收器3能够接收到经电镀液作用的辐射波即可，优选波发射器2发射的波全部导向电镀液，波接收器3能够完整接收到相应的辐射波。
[0036]
具体地，判断模块4包括经过训练的卷积神经网络cnn，可以使用典型的金刚微粉悬浊液样本进行训练直至收敛。卷积神经网络cnn所使用的网络结构、损失函数等直接使用现有的即可，这里不进行限制，本领域技术人员可以选择任意可用的模型进行训练，具体的训练方式也与一般的神经网络训练一致，具体不在此赘述。样本的采集可以为对每个金刚微粉悬浊液样本进行传统任意方法的采样检测，然后根据采样检测结果对其金刚微粉浓度分布情况进行标注，并通过前述波发射器2和波接收器3获取各样本的时变辐射信号、时变波信号，使用已经标注浓度分布情况的时变辐射信号、时变波信号分批次或不分批次输入模型进行训练及测试直至模型收敛。
[0037]
具体地，这里的波发射器2、波接收器3采用波长与金刚微粉尺寸相当的波，如本实施例选用波长与金刚石微粉的一般尺寸λ微米相当的中红外，当然实际应用时也可以选择近红外、远红外或其他类型波。金刚微粉尺寸指金刚微粉的直径，一般尺寸λ微米可以通过取部分金刚石微粉测量尺寸然后取平均值确定。相当是指两者大致处于同一数量级。
[0038]
本实施例以中红外为例，波发射器2、波接收器3所对应的波为中红外线，利用多波长的中红外发光二极管阵列，发射强度持续可变的红外光，且选择与金刚石微粉平均尺寸λ微米相当的红外发光二极管，红外发光二级管在导向电镀液时会发生较为明显的红外光衍射，接收端因此能够观测到复杂的衍射图案从而实现精确检测。
[0039]
具体地，如图2所示，波发射器2包括红外发光二极管阵列21和发光控制电路22，发光控制电路22根据强度时变控制命令控制红外发光二极管阵列21中各红外发光二极管发出强度渐变的时变红外信号。发光控制电路 22用于根据强度时变控制命令控制各红外发光二极管发出强度渐变的时变红外信号，导向电镀液，同时把不同时间的强度信息(即时变波信号)做为卷积神经网络的一个输入信号。波接收器3包括红外辐射检测阵列31和二维辐射图像采集模块32，红外辐射检测阵列31用于检测电镀液的红外辐射信号，二维辐射图像采集模块32用于根据同步时钟从红外辐射信号中同步采集时变辐射信号。
[0040]
进一步地，红外辐射检测阵列31的外表面优选使用红外透射pc塑料进行保护。红外辐射检测阵列31采用红外探测器阵列来检测镀液的红外辐射，如碲镉汞阵列，并通过光电转换方式将检测到的红外辐射转变成电信号，从而得到二维的红外辐射信号以供二维辐射图像采集模块32采集。
[0041]
红外发光二极管阵列21包括多个呈n边形结构的基件，每个基件内均具有均匀分布的n个不同波长的红外发光二极管，n≥3，一个基件中可以有n种波长或少于n种波长的红外发光二极管，当有n种波长的红外发光二极管时，即一个基件中的所有红外发光二极管均相互之间具有不同的波长。一个波发射器2可以只有一个发光控制电路22，或者，一个波发射器 2具有多个发光控制电路22，且每个基件对应一个发光控制电路22。
[0042]
如图3-5所示，n边形结构可以为三边形、四边形、六边形等能够铺满整个平面的多边形结构。每个基件的n边形结构被划分为面积大小均相等的n个三角形，n个红外发光二极管分布于n个三角形的中心以使n个红外发光二极管均匀分布于相应基件内。构成红外发光二极管阵列21的多个基件中，任意两个基件具有相同的红外发光二极管及波长组成，且任意两个基件相同波长的红外发光二极管对应于两个基件中的同一位置，以使红外发光二极管阵列中任意固定波长的两个相邻红外发光二极管之间的距离等长。
[0043]
本实施例优选六边形结构的基件，图5所示为本实施例优选的红外发光二极管阵列21的基件结构。其中六边形内的每一个圆圈就是一个红外发光二极管led的摆放位置，即等边三角形的中心位置，六个红外发光二极管led的波长分别为：λ-3um，λ-2um，λ-1um，λum，λ 1um，λ 2um，由于一般金刚微粉的尺寸为6um左右，故这里六个红外发光二极管的波长分别取3微米、4、5、6、7、8um，图中圆圈旁边的数字代表红外发光二极管的波长。
[0044]
如图6所示，构成红外发光二极管阵列21的多个基件中，任意两个基件的六边形结构内具有相同的红外发光二极管排列方式，相同波长的红外发光二极管对应于两个基件的同一位置，如图6中最上边基件的六边形结构内从12点位置顺时针周向依次为5um、7um、3um、8um、4um、6um的红外发光二极管，其余基件均是从12点位置顺时针周向依次为5um、
7um、3um、 8um、4um、6um的红外发光二极管，使任意固定波长(如4um)的两个相邻发光之间的距离等长，这样的结构能够使发射的等波长中红外光分布均匀，衍射图案更加规则，有助于接收端进行判断，发射端的阵列大小可以根据实际需要变化，但以图6所示方式内缩或外延扩大为准则。
[0045]
红外辐射检测阵列31的阵列结构与红外发光二极管阵列21一致，但红外辐射检测阵列31密度可以大于或等于红外发光二极管阵列21，且红外辐射检测阵列31的检测范围包括3um至8um波段的全部红外辐射以便检测到所有本仪器产生的红外辐射。
[0046]
当采用其他类型的波时，对上述器件针对性进行替换即可，如将红外发光二极管阵列21改为能够发射其他类型波的器件阵列，红外辐射检测阵列31改为能够检测其他波辐射的器件阵列等，此处不再赘述。
[0047]
本方案利用波的衍射现象，然后基于原始的时变波信号和经过金刚石微粉作用的时变辐射信号来判断金刚微粉在电镀液中的分布情况，从而实现能够实时监测金刚石微粉浓度。并且，本方案采用波长与金刚微粉尺寸相当的波，令金刚微粉使导向电镀液的波发生更明显的衍射现象，从而能够更加清晰地获取到衍射图像。此外，本方案进一步通过独特的发射端结构以及与之对应的接收端结构确保了仪器的检测效果，如一个基件均匀分布多个发射管，且各发射管具有不同的波长，同时通过时变控制信号使不同波长同步交错变化，能够使接收端根据衍射图像的变化判断出不同粗细的金刚微分的浓度分布。又如本方案的一个红外发光二极管阵列21中任意固定波长的两个发光二极管之间的距离等长，使发射的等波长红外光分布均匀，从而使衍射图案更规则，进而使接收端的检测更加容易且精确。
[0048]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。另外，本领域技术人员应当知道电学领域的电路图画图方式，即电路与电路之间通过标注相同的标识来表明两端相连，具体的连接关系参阅附图即可，本实施例中不再对每个相连关系进行一一描述。
[0049]
尽管本文较多地使用了控制模块1；波发射器2；红外发光二极管阵列 21；发光控制电路22；波接收器3；红外辐射检测阵列31；二维辐射图像采集模块32；判断模块4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。