（控制理论与控制工程专业论文）薄膜x射线测厚仪的设计和软件开发.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t p 2 3 学科分类号 5 1 0 8 0 6 0 论文编号 l0 0 10 2 0 0 7 0 4 4 0 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名江晶学号 2 0 0 4 0 0 0 4 4 0 获学位专业名称控制理论与控制工程获学位专业代码 0 8 1 1 0 l 课题来源 自选项目研究方向 工业控制 论文题目薄膜x 射线测厚仪的设计和软件开发 关键词测厚仪，x 射线，薄膜，u y s q l 论文答辩日期 20 0 7 - 0 6 - 0 9 论文类型 应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师 靳其兵 教授北京化工大学 评阅人1 李大字副教授北京化工大学 评阅人2李晓理 副教授北京科技大学 评阅入3 评阅人4 评阅人5 答辩委员蝴廖晓钟教授北京理工大学 答辩委员1潘立登教授北京化工大学 答辩委员2李大字副教授北京化工大学 答辩委员3 赵众 副教授北京化工大学 答辩委员4 答辩委员5 注：一 四 论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 中图分类号在( ( 中国图书资料分类法查询 学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 摘要 薄膜z 射线测厚仪的设计和软件开发 摘要 在薄膜工业生产中，测厚仪的测量精度直接影响到薄膜的质量。为了 生产出高质量及高精度的薄膜产品，检测技术和高效高精度的在线测厚仪 的作用则显得非常突出了。而在国内的测厚仪市场中，则绝大部分都是外 国的产品，国内大部分薄膜生产线采用的测厚仪都是国外进口设备，成本 较高，维护起来不方便。而国产的测厚仪产家较少，而且存在着精度不高， 功能不完善等的缺陷。 本文介绍了双向拉伸薄膜生产线上的x 射线测厚仪的研制和软件设 计过程。主要从以下方面对研制和设计作了详细介绍。 首先从薄膜生产工艺和x 射线测厚仪原理和整体结构设计进行描述， 并阐明各个结构的组成和原理，并介绍了在设计中各个部件的选型设计和 功能。硬件方面主要从以下几个方面介绍：探头，数据采集，主控制单元， 伺服系统，并介绍了操作终端设计。 其次对生产的控制对象模型进行辩识并对参数进行整定优化，以两阶 段辨识算法对薄膜测厚系统进行建模，并通过实际数据与仿真数据的比较 说明模型的正确性；通过对薄膜测厚系统的分析，采用工业上最为常用的 p i d 控制作为薄膜输出的控制方法，使用i m c p i d 作为p i d 参数整定的方 法，获得了传统p i d 参数整定的方法达不到的控制效果。 再次对测厚仪的监控软件方面进行了描述，重点介绍了组态王的特点 和上位机检测系统的开发，描述了各主要界面的功能和用途。最后我们对 数据处理和外部数据库操作的功能模块进行封装设计成a c t i v ex 控件以 供上位机调用，并着重介绍了m y s q l 数据的安装配置，操作设计，性能优 北京化工大学硕士学位论文 化以及维护。 最后介绍了测厚仪达到的技术指标，该产品已经成功应用在抚顺石化 公司b o p p 生产线上，运行和控制效果均达到理想效果，结尾也提出了对 此测厚仪的具体不足之处和需要改进的地方，产品的不断完善还需要在长 期使用中的积累。 关键词：测厚仪，x 射线，薄膜，m y s q l ； 摘要 一- _ _ - - _ 一 d e s i g na n ds o f t w a r eo fx r a yt h i c k n e s sg a u g e f o rp l a s t i cf i l m a b s t r a c t at h i c k n e s sg a u g ep l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt h ep l a s t i cf i l mp r o d u c t l i n e s i t sa c c u r a c yd e t e r m i n e st h ep r o d u c t s q u a l i t y m o s to ft h i c k n e s sg a u g e su s i n g i nd o m e s t i cf i l mp r o d u c tl i n e sa rei m p o r t e d ，t h i sg i v e sal o to f i n c o n v e n i e n c e s f o rm a i n t a i n i n g ，o p e r a t i o na n dc o s t ，h o w e v e r , t h i c k n e s sg a u g e sw h i c h m a d ei n c h i n ah a v es o m es h o r t c o m i n g s ，s u c ha sp o o ra c c u r a c ya n df u n c t i o n t h i sp a p e rg i v e sad e t a i l e di n t r o d u c t i o n a b o u to u rd e v e l o p i n ga n d d e s i g n i n gp r o c e s s f o rx - r a yt h i c k n e s sg a u g eu s i n g i nb i a x i a lo r i e n t e d p o l y p r o p y l e n e f i l m f i r s t l y , t h i sp a p e r d e s c r i b e st h ef i l m p r o d u c i n gp r i n c i p l e ，x r a y t h i c k n e s sg a u g ep r i n c i p l ea n dt h es t r u c t u r es y s t e md e s i g n o ft h ex r a y t h i c k n e s sg a u g e ，e x p l a i n st h ec o m p o s i t i o na n df u n c t i o no fe v e r yh a r d w a r ep a r t t h eh a r d w a r ep a r ti sc o m p o s e do ff i v ep a r t s ：p r o b ed e v i c e ，d a t ar e c e i v i n g d e v i c e ，c e n t r a lc o n t r o ls y s t e m ，s e r v i n gp o w e r d e v i c ea n dm o n i t o r i n gs o f t w a r e s y s t e m t h e n ，w ed i s c u s st h ei d e n t i f i c a t i o na n d c o n t r o lo ft h i c k n e s sg a u g es y s t e m w ei d e n t i f yt h i c k n e s sg a u g es y s t e mf i r s t l y 惦u s em u l t i p l es t e ps i n g l ef o r i d e n t i f i c a t i o ns i n g l ea n dt w os t a g e sa l g o r i t h mf o ri d e n t i f i c a t i o nm e t h o d w e u s ep i dc o n t r o lf o rc o n t r o la l g o r i t h m ；t h ed if f i c u l to fc o n t r o li sb i gd e l a yo f t h et h i c k n e s sg a u g es y s t e m f o rs o l v i n gt h i sp r o b l e m ，w eu s ei m c - p i d p a r a m e t e r st u n i n gm e t h o d t h es i m u l a t i o n r e s u l ts h o wc o n t r o ld e s i g ni s c o r r e c ta n de 付e c t i v e n e x t ，w ea l s od e s c r i b et h em o n i t o r i n gs o f t w a r es y s t e mo ft h i s d e v i c e l i 北京化工大学硕士学位论文 t h i sp a r tp u t sa ni m p o r t a n to ni n t r o d u c i n gs o f t w a r et h ek i n g v i e ws y s t e ma n d d e v e l o p i n gf u n c t i o nv i e w s t h e nw ei n t r o d u c et h ed a t a b a s ed e v e l o p m e n ta n d a c t i v ex d e v e l o p m e n t i nt h i sc h a p t e r , w ed e s c r i b ed e t a i l e dd a t a b a s em y s q l d e v e l o p m e n t ，c o n f i g u r a t i o n ，o p e r a t i o n ，m a n a g e m e n t ，o p t i m i z a t i o n a n d m a i n t a i n i n g l a s t l y , w ei n t r o d u c et h et h i c k n e s sg a u g eg o o dp e r f o r m a n c e s i th a sb e e n a p p l i e dt of u s h u nc i t ye t h y l e n ec o m p a n ys u c c e s s f u l l y , a n da l s op o i n t e do u ti t s d e f e c t s k e yw o r d s ：t h i c k n e s sg a u g e ，x r a y , p l a s t i cf i l m ，m y s q l 目录 目录 第一章绪论1 1 1 测厚仪研究背景和发展现状。l 1 1 1涡流式测厚仪2 1 1 2 超声波测厚仪2 1 1 3 电磁感应测厚仪。4 1 1 4 激光测厚仪4 1 1 5 同位素测厚仪。5 1 1 6 红外线测厚仪6 1 1 7x 射线测厚仪7 1 2 本课题的意义8 1 3 本论文主要完成的工作8 第二章薄膜测厚仪原理及设计1 1 2 1薄膜生产线的工艺介绍1 1 2 2 测厚仪工作原理1 l 2 3 测厚仪总体设计方案1 3 2 3 1 探头。1 4 2 3 2 模拟量采集设计l8 2 3 3 主控制单元设计1 9 2 3 4 伺服系统选型设计2 1 2 4 通讯方式的实现2 3 2 5 操作终端的设计。2 4 2 5 1 操作终端的选型2 4 2 5 2 操作终端的功能设计2 5 2 6小结2 8 第三章控制对象的辩识与整定2 9 3 1 控制对象的辩识2 9 v 北京化工大学硕士学位论文 3 1 1 辩识对象介绍2 9 3 1 2 薄膜测厚系统的辨识的实施2 9 3 1 3 薄膜测厚系统的辨识结果3 2 3 2 控制参数的整定3 2 3 2 1 控制方案的设计3 2 3 2 2 实施控制方案的关键技术。3 3 3 2 3 控制方案的实施3 7 第四章上位机软件设计4 1 4 1 上位机监控软件的简介4 l 4 2 监控软件的功能设计。4 2 4 2 1 主监控界面4 2 4 2 2 系统配置4 3 4 3 卅、结4 9 第五章a c t i v e x 控件和数据库开发5 1 5 1a c t i v e x 开发5 1 5 1 1a c t i v e x 组件分类5 1 5 1 2a c t i v e x 组件开发介绍5 2 5 1 3 数据处理组件的开发。5 3 5 2 数据库设计5 5 5 2 1 m y s q l 简介5 5 5 2 2m y s q l 配置5 5 5 2 3 m y s q l 数据库操作5 8 5 2 4 数据库操作优化6 l 5 2 5 事务处理一6 3 5 2 6 数据库维护一“ 5 3 小结6 5 第六章性能分析与总结6 7 6 1 性能分析6 7 6 2 总结6 7 v i 一l 翌l 一 _ _ _ _ - - _ _ - _ - _ _ _ _ _ - - _ _ - _ - _ _ _ - - _ _ _ - _ - _ - _ - _ _ - _ _ l _ _ - - _ _ _ - _ 一一 参考文献：6 9 致谢7 3 攻读学位期间发表学术论文目录7 5 作者和导师简介7 7 v i i 北京化工大学硕士学位论文 v 1 1 1 c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n i 1 1t h i c k n e s sg a u g es t u d yb a c k g r o u n da n dp r e s e n ts i t u a t i o n 1 1 1 1e d d vc ：u ：盯e n tt h i c k n e s sg a u g e 2 1 1 2 s u p e r s o n i ct h i c k n e s sg a u g e 2 1 1 3 e l e c t r o m a g n e t i ct h i c k n e s sg a u g e 4 1 1 4l a s e rt h i c k n e s sg a u g e 4 1 1 5 i s o t o p et h i c k n e s sg a u g e 5 1 1 6i n f r a r e dr a y st h i c k n e s sg a u g e 6 1 1 7 x - r a y st h i c k n e s sg a u g e 7 1 2 s i g n i f i c a n c eo f r e s e a r c h 8 1 3t h em a i nc o n t e n t so ft h et h e s i s 8 c h a p t e r 2f i l mt h i c k n e s sg a u g ep r i n c i p l ea n dd e s i g n 1 1 2 1c r a f ti n t r o d u c t i o no ff i l mp r o d u c t i o n ”1 1 2 2t h i c k n e s sg a u g eo p e r a t i o np r i n c i p l e 11 2 3t h i c k n e s sg a u g es t r u c t u r ed e s i g np r o g r a m 1 3 2 3 1p r 0 i b e 1 4 2 3 2s i m u l a t i o n v a l u eg a t h e r i n gd e s i g n ”1 8 2 3 3c 饥t r a lc o n t r o lu n i td e s i g n ”1 9 2 3 4 s e r v i n gs y s t e md e s i g n ”2 1 2 4c o m m u n i c a t i o na c c o m p l i s h m e n t 2 3 2 5 o p e r a t i o nt e r m i n a ld e s i g n 一2 4 2 5 1 o p e r a t i o nt e m i n a lc h o i c e 2 4 2 5 2 o p e r a t i o nt e r m i n a lf u n c t i o nd e s i g n 2 5 2 6c o n c l u s i o n 2 8 c h a p t e r3c o n t r o lm o d e l i d e n t if i c a t i o na n dt u n i n g 2 9 3 1c o n t r o lm o d e li d e n t i f i c a t i o n 2 9 3 1 1c o n t r o im o d e li n t r o d u c t i o n 2 9 3 1 2 i d e n t i f i c a t i o no ft h em o d e l 2 9 i x 一 苎室丝三查兰堡主堂垡丝奎 一 - _ _ - _ - _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ 一一 3 1 3t h er e s u l to ft h ei d e n t i f i c a t i o n 3 2 3 2c o n t r o ls y s t e mp a r a m e t e r st u n i n g 3 2 3 2 1t h ed e s i g no f c o n t r o lp r o g r a m 3 2 3 2 2t h ek e yt ot h ec o n t r o ls y s t e mt u n i n g 3 3 3 2 3 t u n i n gt h ec o n t r o ls y s t e m 3 7 c h a p t e r4d e v e l o p m e n t o fm o n i t o r i n gs o f t w a r e 4 1 4 1i n t r o d u c t i o no f t h em o n i t o r i n gs o f t w a r e 4 1 4 2f u n c t i o nd e s i g no ft h em o n i t o r i n gs o f t w a r e 4 2 4 2 1t h em a i nm o n i t o r i n gv i e w 4 2 4 2 2s y s t e mc o n f i g u r a t i o n 4 3 4 3c o n d u s i o n ：4 9 c h a p t e r5 a c t i v e xa n dd a t a b a s ed e v e l o p m e n t 5 1 5 1a c t i v e x 5 1 5 1 1a c t i v e xc l a s s i f i c a t i o n 5 1 5 1 2a c t i v e xd e s i g n 5 2 5 1 3 d e v e l o p m e n to f d a t ah a n d l i n g “5 3 5 2 d a t a b a s e d e s i g n 5 5 5 2 1m y s q li n t r o d u c t i o n 5 5 5 2 2m y s q lc o n f i g u r a t i o n 5 5 5 2 3m y s q l o p e r a t i o n s 5 8 5 2 4d a t a b a s eo p t i m i z a t i o n 6 1 5 2 5t r a n s a c t i o n 6 3 5 2 6d a t a b a s em a i n t a i n i n g 6 4 5 3c o n c l u s i o n 6 5 c h a p t e r6p e r f o r m a n c e sa n a l y s i sa n d c o n c l u s i o n 6 7 6 1p e r f o r m a n c es a n a l y s i s 6 7 6 2c o n c l u s i o n 6 7 r e f e r e n c e 6 9 t h a n k s 7 3 s t u d yp r o d u c t i o na n dp u b l i s h e da c a d e m i cp a p e r 7 5 a u t h o ri n t r o d u c t i o n 7 7 x 第一章绪论 第一章绪论 1 1测厚仪研究背景和发展现状 现如今社会高速发展，科学技术水平同益提高，工业化规模逐步提高，生产的工 艺和技术发展日新月异，市场并对生产的产品质量提出了更高的要求。就薄膜生产而 言，为了保证其厚度要求，就必须保证生产时能够在线测量和优化控制。而这就促使 国内外的商业公司针对市场的需求研发了测厚仪。 测厚仪的研究和应用开始于上世纪的5 0 年代早期，其主要的系统结构为用模拟 计算和显示的双束光探测器来接收光信号进行测量，7 0 年代后期，则主要采用单柬 光探测器的测厚系统，其工作原理是探测器获得的模拟信号经放大器放大，由a d 转换器转换成数字信号送至微处理器计算处理，然后再将数字信号变成模拟信号进 行显示和记录，即采用“模拟一数字一模拟 的结构形式。 战后，由于核物理技术的发展和日益成熟，渐渐从军事应用向民用工业应用的 转移，同位素测厚仪便应运而生，它的出现引起了人们的极大关注，显示出强大的 生命力。其原理为当射线穿过物质时强度将随之减弱，其减弱量与被穿过物质的厚 度有确定的对应关系，用这一原理就可以实现对板材等物质的厚度测量。该测厚方 式与其他测厚方式相比，更适合现场测试条件f l 】。 但是同位素测厚仪的缺点也是十分明显的，首先保证安全，同位素测厚仪要经 过严格的安全规定，且在断电后，同位素测厚仍然具有放射性；另外，在灵敏度， 响应时间等方面，同位素测厚仪灵敏度不太高。而这些因素促使慢慢向x 射线测 厚仪转变【2 1 。 目前市场上的测厚设备，按照工作原理的不同，测厚仪一般分为以下几种：涡流传 感器测厚仪、电容传感器测厚仪、激光测厚仪、超声波测厚仪、射线式测厚仪、 红外线薄膜测厚仪等。部分已经投入工业生产应用，而且取得了很好的实际生产效果， 还有一些正在进行更深层次的研究，以针对实际生产中的问题取得更好的控制效果【3 1 。 现简单介绍以下几种类型的测厚仪的研究现状，原理以及优缺点。 1 1 1 涡流式测厚仪 北京化工大学硕士学位论文 涡流式测厚仪采用电涡流原理开发涡流涂镀层测厚仪，测量非磁性金属基体上非 导电覆盖层厚度已有数十年历史，2 0 世纪6 0 年代末期，已有国产的电子管式涡流测厚 仪应市。随着新型工程材料的开发，微电子技术应用和标准化事业进程，尤以近十年 来，涡流测厚技术得到迅猛发展，涡流涂镀层测厚仪在电路设计、新型传感器应用、 测头的多制式与通用性、量值显示与数据打印，测控功能扩展及其智能化诸方面，都 不断取得突破与创新【4 1 。 涡流涂镀层测厚仪的基本工作原理是：当测头与被测试样接触时，测头所产生的 高频电磁场使置于测头下面的金属导体产生涡流，其振幅和相位是导体与测头之间非 导电覆盖层厚度的函数。即该涡流产生的交变电磁场会改变测头参数，而测头参数变 量的大小则取决于涂镀层的厚度【5 1 。通过测量测头参数变量的大小，并将这一电信号 转换处理，即可得到被测涂镀层的厚度值。 涡流效应如图1 - 1 所示。根据电磁理论，通交变电流i ，的电感线圈l 产生交变磁 场h 。，若放置一块金属板在交变磁场h 。的一端，并使金属板平面跟h 。垂直；则在金属 板表面产生感应电流i ：，称为电涡流。电涡流产生涡流磁场h 2 ，其方向跟h ；相反。 图卜l 涡流效应图 f i g 1 1e d d yc u r r e n te f f e c t 涡流式测厚仪具有造价较低，检测线路简单，介质损耗小，零点漂移小，易于制 造等优点。它的缺点是稳定程度不高，长期使用会使精度降低很大【4 1 。 1 1 2 超声波测厚仪 超声波是一种机械纵波，是由于机械振动在弹性介质中产生的波动。超声波在同 一均匀介质中传播时，其波速为一常数。超声波从一种介质传播到另一种介质时，在 2 第一章绪论 两介质的分界面上会产生反射。所以超声波脉冲自被测材料表面发出到接收底面反射 脉冲的间隔时间正比于材料厚度，将这个时间转化为厚度值表示，即为被测材料厚度。 这就是超声波测厚的基本原理。超声测厚其原理有共振法、干涉法、脉冲反射法三种。 共振法、干涉法，可测厚度为0 1 m m 以上的材料，精度很高，但对工件表面光洁度要 求较高，且装置复杂，使用局限性大，难于自动检测，自动控制【6 1 。脉冲反射法一般 只能测量厚度为l m m 以上的材料，精度较差，但对工件表面光洁度要求不高，可测略 粗糙的材料。 共振法超声波测厚仪是第一代产品，现在已基本不再生产使用。这种方法用的是 连续超声波，是将频率连续变化的超声波射入物体内，当物体厚度等于超声波的半波 长的整数倍时，超声波产生共振，形成驻波，根据由材质和厚度决定的共振频率可算 出厚度，但是当表里两面不平行或凹凸不平时，难以进行测量，而且对于共振点的判 定容易产生个人误差，测量不够准确。 目前应用较多的超声波式测厚原理采用脉冲反射法，如图卜2 所示： 喾 1 换簏墨 蕾硷体 图1 - 2 超卢波测厚仪 f i g 1 2s u p e r s o n i ct h i c k n e s sg a u g e 其方法是将超声波短脉冲进入物体，当遇到物体的边界时返回，得到回波，测量超声 波脉冲通过被测件所需的时间间隔，然后根据脉冲在被测件中的传播速度求出被测件 厚度。被测件厚度d 用下式表示： d = y x t 2 ( 1 一1 ) 式中v 为被测材料中的声速，t 为超声脉冲在被测件两表面之间往返一次的时问。脉冲 反射式超声波测厚的原理简单，以脉冲方式工作，使它在仪器上更容易实现，且易做 到体积小、速度快、精度高、耗电少。 超声波测厚仪影响数值的因素很多，所以测得数据可靠性不高。 1 1 3 电磁感应测厚仪 北京化工大学硕士学位论文 电磁感应法测厚仪检测铁磁基体非铁磁性材料表面涂层厚度是利用基体和涂层 磁性能的本质区别，按其磁导率的明显差异而设计的表面涂层厚度的无损检测方法。 由于基体的磁阻远远小于涂层的磁阻，如涂层的厚度不同，则探头距离基体表面的远 近不同，因而探头的激励线圈产生的磁通量不同，导致了探头上测量线圈中感生电压 不同。通过测量这个感生电压信号的差异就可获得涂层厚度的信息【7 1 。在理想情况下， 感生电压e 与涂层厚度d 有确定的解析关系。 e = 2 7 r 西珊s i n ( 2 x f i 一万2 ) ( 1 2 ) = w i l u s d ( 卜3 ) 式中，旷感生电压( 单位v ) ，卜磁场变化频率( 单位r a d s ) ，1 卜测量线圈匝数， 一最大磁通量( 单位w b ) ，i 一线圈电流( 单位a ) ，一磁导率( 单位h m ) 。s 一线圈 面积( 单位m ) ，d _ 涂层厚度( 单位m ) 。 电磁感应法测厚仪已经实现商品化，但就其根据电磁感应原理而设计的涂层厚度 检测设备而言，尚有如下缺点：仪器有较大的系统误差；测量环境的改变( 如温度、 介质、电场等) 将会使仪器有较大的测量误差；不同铁磁基体或工作形状对测量的影 响不易消除；难于在涂覆过程中对涂层厚度进行动态监测。由于测量原理的非线性， 很小的干扰都会影响测量的精度，大大影响了仪器的性能指标【8 1 。在测厚仪中，为了 减小测量误差( 温度、介质的改变) ，经常要进行仪器的校准，需要重新拟合传感器信 号曲线，现有的拟合方法都有其局限性，并不能很好的满足高性能要求。 1 1 4 激光测厚仪 激光测厚仪是采用激光作为尺度测量手段，充分利用激光单色性、亮度高、方向 性强、抗干扰性强等优点，达到精密测量的目的。它是一种综合应用激光、光学、电 子和计算机等多项技术，能够高速自动测量板材、薄材、带材等厚度的光电测厚设备， 适用于对各种非透明板材厚度进行在线、实时、非接触高精度测量，尤其适用于环境 极为恶劣的热轧钢生产线的在先测量和轧制厚度的控制，但其测量精度没有射线式测 厚仪精度高1 9 | 。 激光是由激光器产生一种特殊的平行光束。它具有方向性强，亮度高，颜色纯， 光脉冲宽度很窄等优良的物理特性，激光测厚仪的工作原理为：上下采用两束准直共 4 第一章绪论 线的激光光束照射待测板材，在板材上下两面形成2 个测量光点，2 个光点自j 的距离即 为板材在光点处的厚度，这样把板材测量点处的厚度信号转变为光信号，再经过光学 接收系统和光电转换装置把光信号转变为电信号，电信号经过处理后送入计算机，得 到板材厚度的测量值i 1 0 1 。从传感器至被测定物表面的距离由设置在被测物上下面的激 光测距传感器测定。上下面激光测距传感器的间距为已知量，可通过减去各传感器至 被测物表面实测距离来求出被测物厚度。若要运用这一测定原理高精度测定被测物厚 度，则要求：( 1 ) 上下设置的传感器保持一定间隔。不能保持时，应经常加以监视，以 确定其变化量；( 2 ) 必须高精度测定其至被测物上下面的距离。 激光测厚仪的最大特点是采用距离测定方法【i l 】。其光学系统在激光照射后由c c d 在线传感器摄像机接受其反射光，并具有以下6 个特点：( 1 ) 激光照射光为多光束照射 光；( 2 ) 左右配置2 台接受被测物表面不规则反射光的c c d 摄像机，实施立体监视测量； ( 3 ) 激光照射光量为常量( 连续照射) ，能够独立变换2 台c c d 曝光时间，将反射感光量 控制在一定范围；( 4 ) 以多次曲线近似拟合反射光形状图形，以识别反射光位置：( 5 ) 采用应答速度为i m s 以上的可变设定方式( 应答速度易影响被测物的反射率，实施例中 为4 m s ) ；( 6 ) 采用立体监视方式，以后还能修j 下被测物的倾斜度。激光测厚仪由于具有 上述特长，能够实时测定移动的被测物表面的激光反射位置( 距离信息) ，敏感度高， 测定精度也比较高。 1 1 5 同位素测厚仪 宅 射线式测厚仪是根据放射性同位素原理工作的，根据使用的放射源不同，目前国 内研制成功了射线，7 射线等几种测厚仪系统。同位素测厚仪主要用于对动态物体 进行非接触式辐射测量，测量范围 “新建”或“文件” “打开”) 。选择“文件” “新建”，创建 一个新项目。项目助理将指导完成选择对话框。 2 选择p l c ：选择p l c 的驱动器。只显示那些可以由选择的操作单元运行的驱 动程序。 3 如果愿意的话，将关于项目的信息输入到“摘要”中。单击“创建”按钮以打开项 目窗口。 4 设置通讯区( 项目窗口：“区域指针) ：已共享的通讯区( 区域指针) 必须进行设嚣， 以用于某些确定的功能，例如将要使用的“位消息的处理过程”和“同步数据记录传 送，f 5 。 5 创建项目：这涉及大部分的工作。可以用下列两种方法之一来解决：既可先创 建所有单个部分，然后将它们链接成有意义的结构( 由下往上的方法) ，也可以先设计 一个结构，然后用单个元素填充( l h _ k 往下的方法) 。为此，必须完成下列基本步骤： 对操作单元上的显示进行分区。 使用显示元素和控件创建用户界面。 组态变量以允许与p l c 进行数据交换。 组态消息以接收关于机器状态或过程的信息。 6 此外，用户可根据操作单元组态其它的对象，例如脚本。 操作终端o p 7 通过p r o t o o l 组态完成的操作命令有电机停到远端( o p p ) ，停在库 位( h o m e ) ，扫描命令( s c a n ) ，机械校正( m e c h ) ，标定( c a l ) ，校零( z e r o ) ， 射线管开关( t u b eo n o f f ) 。显示屏显示的主菜单如下： 表2 - 7 显示屏土菜单 t a b l e2 - 7m a i nv i e wo fd i s p l a ys c n e n f 1s c a n ( 扫描)f 2z e r o ( 校零) f 3m e c h ( 机械校正) f 4c a l ( 标定) k ih o m e ( 库位)k 2o p p ( 远端) k 3t u b eo n ( 射线管丌关) 2 6 第二章薄膜测厚仪原理及设计 操作终端实现的具体功能和操作步骤，说明如下： ( 1 ) 打开控制柜开关( 总开关和闭锁开关) ，系统上电，电源灯亮。操作终端o p 7 屏幕初始化。 ( 2 ) 按下k 3 键，发送射线管命令( 显示t u b eo n ) ，打开射线管，预热2 0 分钟， 现场射线管绿灯亮。 ( 3 ) 如果发射接收探头不在库位( h o m e ) ，发送归库位命令，按下k i 键，o p 7 屏 幕显示h o m e + 7 o ( 口一1 ) 搴( t ) 北京化工大学硕士学位论文 由于厅( f ) 与g ( t ) 不相关，故也可将( 3 1 3 ) 式看作开环系统处理，用最小二乘辨识 可得一致无偏估计。其参数辨识表达式为： y ( 毒) = 0 ( 口，口) 蟊( ) + h ( q - t , 7 ) 知：1 4 ) 式中，。( f ) 为过程输入y ( t ) 的一步超前预测误差，0 和h 分别为被控对象g 0 和噪声 的模型，口和r 分别为模型g 和h 中的待辨识参数。参数目由以下最小二乘辨识指标 得到： 1 孵曙甲丙 s y ( ) 】2 至此，就完成了整个闭环辨识的任务，得到了被控对象参数的一致无偏估计。 3 1 3 薄膜测厚系统的辨识结果 根据辩识得到的对象，用m a t l a b 仿真得到仿真曲线如图3 2 所示，由图可见， 虚线为实际的薄膜厚度数据，实线为仿真辨识模型的仿真曲线，由图可见，仿真曲线 与记录的薄膜的厚度的实际曲线基本拟合，说明了采用这种方法得到了较为精确的对 象模型，从而为接下来的整定的正确性提供了基础。 图3 - 2 辩识曲线与实际曲线比较图 f i g 3 - 2c o m p a r eo fi d e n t i f i c a t i o nc u r v ea n d a c t u a lo u t p u tc u r v e 3 2 第三章控制对象的辩识与整定 因为两阶段辨识算法得到的辨识结果为离散模型，通过模型转换的方法将离散模 型转变为连续模型如下所示。 瓯( s ) = 而两2 而4 5 p 由 3 2 控制参数的整定 3 2 1 控制方案的设计 按照现场工艺的要求，本薄膜测厚系统的控制过程如下：通过调整加热螺栓的功 率使螺栓膨胀或缩