鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置及其檢測方法，適用于鐵磁構件的非磁性覆層大厚度的無損測量，它包括裝置包括墊板、磁敏傳感器、矩形永磁體、條形軛鐵、探頭連接線和處理電路，其檢測步驟為：⑴制作探頭；⑵利用制作的探頭進行標定，使用與被測構件內部鐵磁性材料相同的材料，在其表面覆蓋已知厚度的非鐵磁性材料，探頭平放測得磁場大小，后增加一定覆層厚度并記錄磁場大小，利用兩組測得的磁場值與相應的厚度值做出磁場隨厚度變化的趨勢線；⑶實際測量，探頭平放于被測覆層表面，記錄磁場大小，對照趨勢線，計算覆層厚度。本發(fā)明大量程磁性測厚裝置具有結構簡單、測量量程大、精確度高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
【專利說明】鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置及其檢測方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]覆層厚度的丈量是加工產業(yè)、表面工程質量檢測的重要一環(huán)，也是衡量產品質量等級的必備手段。覆層厚度的測量方法，從對被測覆層是否進行破壞看，分為有損測量和無損測量。有損測量方法手段繁瑣，速度慢，而且測量會對物品造成破壞，多用于抽樣檢測。無損測量分為磁法、渦流法、射線法(包括β射線反射法、X射線衍射法、熒光X射線法等)、光學法(包括光切法、光電法、雙光束干涉法等)、電容法、微波法、熱電勢法和石英振蕩法等?，F(xiàn)有的無損測厚方法在實際應用中存在著以下缺點:(1)測量厚度較薄，覆層厚度測量范圍很難達到40mm或者以上；(2)現(xiàn)有的涂鍍層厚度測量所采用的磁感應探頭通常是單點接觸式磁感應探頭，這種單點式磁感應探頭測量時與測量面接觸不穩(wěn)定，影響測量結果；(3)測量設備體積大，操作復雜，測量成本高且實際效率低。
[0003]綜上所述，在測量工業(yè)生產中許多鐵磁性產品表面覆蓋的，類似于橡膠等非鐵磁性覆層厚度較大時，使用有損測量后，產品將無法繼續(xù)使用，測量代價太高，使用現(xiàn)有無損測厚方法，使得效率低、成本大，且很難達到產品使用中的大厚度量程測量的要求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置及其檢測方法，它具有方法簡單方便、測量量程大，精確度高和穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置，它包括墊板、磁敏傳感器、第一永磁體、第二永磁體、條形軛鐵、探頭連接線、處理電路、信號采集模塊、計算機采集測量裝置和探頭外殼，其特征在于，第一永磁體的上端和第二永磁體的上端分別連接在條形軛鐵兩端，第一永磁體的下端和第二永磁體的下端固定連接在墊板上，磁敏傳感器位于第一永磁體和第二永磁體之間，并固定在墊板上，探頭數(shù)據(jù)線連接在磁敏傳感器和處理電路之間，處理電路和計算機采集測量裝置之間連有信號采集模塊，磁敏傳感器、第一永磁體、第二永磁體和條形軛鐵均位于探頭外殼和墊板構成的空間內；所述墊板為非鐵磁性硬質材料。
[0006]所述的第一永磁體、第二永磁體和條形軛鐵連接構成U型磁軛。
[0007]所述的第一永磁體和第二永磁體異極相對，中間形成平行磁場。
[0008]所述的磁敏傳感器的敏感面法線平行于鐵磁構件表面，且垂直于U型磁軛兩腳連線。
[0009]所述的處理電路包括信號第一級放大模塊、信號第二級放大模塊和濾波模塊。
[0010]所述檢測方法包括如下步驟--第(I)步制作探頭，將相同兩塊矩形永磁體不同極相對分別吸附在條形軛鐵兩端形成U型磁軛，將磁敏傳感器放置于永磁體中間，并通過探頭連接線接處理電路；第(2)步利用制作的探頭進行標定，使用與被測構件內部鐵磁性材料相同的材料，在其表面覆蓋已知厚度的非鐵磁性材料，探頭平放測得磁場大小，后增加覆層厚度并記錄磁場大小，利用兩組測得的磁場值與相應的厚度值作出磁場隨厚度變化的趨勢線；第(3)步實際測量，探頭平放于被測覆層表面，記錄磁場大小，對照該值在步驟2趨勢線中的位置，計算覆層厚度；所述U型磁軛在使用時平穩(wěn)放置于覆層表面。
[0011]本發(fā)明的技術效果是:本發(fā)明方法簡單，探頭結構簡便、無需外加激勵、測量量程大和經(jīng)濟性好，且具有很好的穩(wěn)定性與重復性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明鐵磁構件非磁性覆層厚度測量方法原理示意圖；
圖2是本發(fā)明U型磁軛產生的開放磁場分布圖；
圖3是本發(fā)明測厚探頭及裝置的結構示意圖；
圖4是本發(fā)明測厚探頭的三維顯示示意圖；
圖5是本發(fā)明裝置信號處理的原理方框圖；
圖6是本發(fā)明測量內球體橡膠覆層厚度實例探頭結構圖；
在圖中，1、墊板2、磁敏傳感器3、第一永磁體4、第二永磁體5、條形軛鐵6、構件7、探頭連接線8、處理電路9、信號采集模塊10、計算機采集測量裝置11、探頭外殼12、鋼球13、橡膠覆層14、夾具I 15、夾具II 。
【具體實施方式】
[0013]下面通過借助實施例更加詳細地說明本發(fā)明；
本發(fā)明鐵磁構件非磁性覆層厚度測量原理如圖1所示，U型磁軛平放于被測鐵磁構件6表面，條形軛鐵5兩極的第一永磁體3、第二永磁體4和被測構件6之間形成磁回路。當被測構件6的非磁性覆層較薄時，因被測構件6與U型磁軛的提離距離較小，磁回路泄漏在空間的磁場也較小。隨被測構件6與磁軛的提離距離逐漸增大，磁敏傳感器2所在區(qū)域的空間磁場逐漸增大，該區(qū)域磁場的變化隨構件6與磁軛提離距離的變化而變化，因此通過傳感器2拾取其磁場水平分量Bx的變化，通過信號調理分析，可測量覆層的厚度。更細致的磁回路如圖2所示。圖2a所示為覆層較薄時的磁路磁力線分布，圖2b所示為覆層較厚時的磁路磁力線分布。建立測量模型，利用磁敏元件2垂直放置測量磁場的水平量Bx，在不同覆層厚度下磁敏元件2輸出的磁場水平分量Bx與覆層厚度的關系。
[0014]如圖3?6所示，本發(fā)明鐵磁構件非磁性覆層厚度測量方法，包括如下步驟:
第I步制作探頭，如圖3所示，將相同兩塊矩形第一永磁體3和第二永磁體4不同極相對分別吸附在條形軛鐵5兩端形成U型磁軛，將磁敏傳感器2放置于第一永磁體3和第二永磁體4中間，并將U型磁軛和磁敏傳感器2共同置于墊板I上，被探頭外殼11包圍封裝起來。磁敏傳感器2按其敏感面法線平行于被測構件6表面放置，且垂直于U型磁軛兩腳連線。磁敏傳感器2通過探頭連接線7接到處理電路8，并連接至信號采集模塊9和計算機采集測量裝置10 ;圖4是探頭的三維顯示示意圖；
第2步利用制作的探頭進行標定，使用與被測構件6材質相同的材料，在其表面覆蓋已知厚度的非鐵磁材料，增加一定覆層厚度并記錄磁場大小，當覆層厚度逐漸增大時，磁敏傳感器2的水平磁場水平分量Bx成近線性增長。利用兩組已知覆層厚度與磁敏傳感器2測到的磁場水平分量Bx大小，得覆層厚度與Bx之間的線性關系，作出磁場隨覆層厚度變化的趨勢線；
第3步實際測量，探頭平放于被測覆層表面，記錄磁場大小，對照該值在步驟2趨勢線中的位置，計算覆層厚度。
[0015]本發(fā)明方法檢測信號原理如圖5所示，主要包括檢測探頭、信號第一級放大模塊、信號第二級放大模塊、濾波模塊、信號采集模塊和計算機采集測量模塊。具體工作過程為:檢測探頭拾取含有非磁性覆層信息的磁場水平分量Bx，信號微弱需要對其進行調理，因此通過信號第一級放大模塊、信號第二級放大模塊、濾波模塊處理后，進入信號采集模塊，在計算機采集測量模塊中結合步驟2的趨勢線計算獲取覆層厚度。
[0016]如圖6所示，是某公司生產的產品內球體橡膠覆層厚度測量實例，球體直徑為750mm,內部為鋼球12，橡膠覆層13厚度約為40-50mm，具體實施步驟如下:
第I步將相同兩塊長寬高分別為4.9X4.9X2.7_的矩形第一永磁體3和第二永磁體4的N、S極相對，分別吸附在長寬高分別為18.6X4.9X2_的條形軛鐵5兩端形成U型磁軛，U型磁軛的永磁體端固定于用3mm厚環(huán)氧板制作的墊板I上,使用塑料探頭外殼11將探頭包圍封裝起來。將長寬為12.5X8mm的扁平長條形磁敏傳感器2放置于第一永磁體3與第二永磁體4中間，磁敏傳感器2按其敏感面法線平行于被測構件6表面放置，且垂直于U型磁軛兩腳連線。并按圖3連接電路和計算機；
第2步使用球體直徑為750mm的同種球體材料，在其表面覆蓋30mm厚的非鐵磁性橡膠材料，探頭平放于橡膠上，墊板I兩側用塑料夾具I 14、夾具II 15固定，測得磁場大小，隨后增加30_覆層厚度并記錄磁場大小，利用兩組測得的磁場值與相應的厚度值做出磁場隨厚度變化的直線，直線的X軸為磁場值，Y軸為厚度值；
第3步探頭置于球型橡膠覆層13表面并同樣用塑料夾具I 14、夾具II 15固定，記錄磁場大小，該值對應在步驟2直線中的位置，計算出Y軸值，即為球體橡膠覆層厚度。
【權利要求】
1.一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置，它包括墊板、磁敏傳感器、第一永磁體、第二永磁體、條形軛鐵、探頭連接線、處理電路、信號采集模塊、計算機采集測量裝置和探頭外殼，其特征在于，第一永磁體的上端和第二永磁體的上端分別連接在條形軛鐵兩端，第一永磁體的下端和第二永磁體的下端固定連接在墊板上，磁敏傳感器位于第一永磁體和第二永磁體之間，并固定在墊板上，探頭數(shù)據(jù)線連接在磁敏傳感器和處理電路之間，處理電路和計算機采集測量裝置之間連有信號采集模塊，磁敏傳感器、第一永磁體、第二永磁體和條形軛鐵均位于探頭外殼和墊板構成的空間內；所述墊板為非鐵磁性硬質材料。
2.如權利要求1所述的一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置，其特征在于，所述的第一永磁體、第二永磁體和條形軛鐵連接構成U型磁軛。
3.如權利要求1所述的一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置，其特征在于，所述的第一永磁體和第二永磁體異極相對，中間形成平行磁場。
4.如權利要求1所述的一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置，其特征在于，所述的磁敏傳感器的敏感面法線平行于鐵磁構件表面，且垂直于U型磁軛兩腳連線。
5.如權利要求1所述的一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置，其特征在于，所述的處理電路包括信號第一級放大模塊、信號第二級放大模塊和濾波模塊。
6.一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置的檢測方法，其特征在于，所述檢測方法包括如下步驟: 第(I)步制作探頭，將相同兩塊矩形永磁體不同極相對分別吸附在條形軛鐵兩端形成U型磁軛，將磁敏傳感器放置于永磁體中間，并通過探頭連接線接處理電路； 第(2)步利用制作的探頭進行標定，使用與被測構件內部鐵磁性材料相同的材料，在其表面覆蓋已知厚度的非鐵磁性材料，探頭平放測得磁場大小，后增加覆層厚度并記錄磁場大小，利用兩組測得的磁場值與相應的厚度值作出磁場隨厚度變化的趨勢線； 第(3)步實際測量，探頭平放于被測覆層表面，記錄磁場大小，對照該值在步驟2趨勢線中的位置，計算覆層厚度。
7.如權利要求1所述的一種鐵磁構件非磁性覆層的大量程磁性測厚裝置的檢測方法，其特征在于，所述U型磁軛在使用時平穩(wěn)放置于覆層表面。
【文檔編號】G01B7/06GK103499272SQ201310470185
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年10月10日
【發(fā)明者】宋凱, 劉堂先, 張麗攀, 鄔冠華 申請人:南昌航空大學