CN103308597B - 基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法以及检测系统。检测系统由电涡流传感器探头与信号控制器组成，信号控制器包括信号发生电路和信号信号处理电路两部分。电涡流传感器探头正对金属型材上小孔放置，同时与金属型材不接触，当探头与金属型材距离一定，金属型材上的小孔经过探头时，信号处理输出的信号发生跳变。本发明适用于对金属型材上小孔的检测，尤其是对表面有非金属物质干扰的小孔的检测更显示出优越性。

Description

基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及在线检测技术领域，尤其涉及用于表面平整金属型材上小孔特征的在线检测，并且同时可避免金属型材表面非金属物质影响的检测方法，以及相应的检测系统。

背景技术

金属型材的需求量大，生产量大，但是目前对于金属型材表面特征的检测往往是通过线下人工检测，不但影响了生产效率，而且容易产生误检、漏检。可行的替代方案是采用在线检测。在线检测是一种在符合生产节拍的条件下对所生产的产品进行实时检测的技术。但是由于一般的在线检测用传感器探头均大于4mm，对包括盲孔和通孔在内的金属型材小孔的检测显得力不从心，而且金属型材小孔的检测对于传感器的安装位置要求很高，因此金属型材小孔的检测往往因为传感器的大小或者安装精度的问题导致漏检、误检现象的出现；同时金属型材表面的塑料薄膜、灰尘等非金属物质对小孔的检测也存在误检的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的上述不足之处，提供一种基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法及检测系统。本发明检测方式简单，检测结果可靠、直观，并且可避免金属型材表面非金属物质的影响，为实现金属型材的在线检测提供基础。

本发明的技术方案如下：

一种基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法，包括以下步骤：

1）构建检测系统，在待检测金属型材的上方放置电涡流传感器探头，并将所述电涡流传感器探头与信号控制器相连接；

2）驱动待检测金属型材或所述电涡流传感器探头相对运动；

3）当金属型材上的小孔运动到所述电涡流传感器探头下方时，由于在金属型材内产生的电涡流发生变化，对电涡流传感器内通电线圈的磁场影响也发生变化，将电涡流传感器产生的电压变化量经信号控制器进行信号去直流、整流放大、减运算、迟滞比较处理，将小孔的有无转变为输出高低电平的变化，同时以指示灯亮灭的形式反映小孔的有无。

其进一步的技术方案为：所述电涡流传感器探头的安装位置为：当金属型材处于检测区域时，所述电涡流传感器探头位于金属型材的上方，与金属型材的上表面垂直，距离为2～6mm。

其进一步的技术方案为：对检测对象的要求及可检测范围为：所述金属型材检测表面平整，小孔的直径大于2mm，深度大于2mm。

本发明还提供一种基于电涡流传感器的金属型材小孔检测系统，其包括相互连接的电涡流传感器探头与信号控制器；所述信号控制器包括信号发生电路和信号处理电路；所述信号发生电路的输出端通过导线与电涡流传感器探头的输入端相连接，所述电涡流传感器探头的输出端通过导线与信号处理电路的输入端相连接；所述信号处理电路包括顺序连接的信号去直流电路、整流放大电路、减运算电路以及迟滞比较电路。

其进一步的技术方案为：所述电涡流传感器探头由霍尔传感器、线圈骨架、漆包线、磁环、外壳和导线组成；所述线圈骨架外部绕有漆包线，内部放置有磁环，线圈骨架和磁环紧配合；所述磁环内部放置有霍尔传感器，磁环和霍尔传感器由绝缘胶固定；绕有漆包线的线圈骨架放置于外壳内，两者之间紧配合；所述漆包线、霍尔传感器分别连接导线，导线从外壳尾部引出，并与所述信号控制器相连接。

以及，其进一步的技术方案为：所述信号发生电路的输出端通过导线与电涡流传感器探头中的漆包线相连接，所述信号处理电路的输入端通过导线与电涡流传感器探头中的霍尔传感器相连接。

本发明的有益技术效果是：

一、本发明将电涡流传感器探头垂直安装于金属型材上方，实现无接触检测，通过对检测信号的处理，实现小孔特征有无的直观显示。

二、本发明采用的探头安装方式简单，同时不受型材表面非金属物质的影响，在检测金属型材上的小孔上具有优势。

三、本发明具有完整的电路，包括激励信号发生部分和对检测信号的处理部分，电路简单、紧凑，检测方法简单可靠。

四、本发明提出了金属型材小孔特征的检测新思路，解决了以往金属型材上小孔难以检测的关键难题，有助于实现型材的在线检测和自动化生产。

本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明检测方法及系统的示意图。

图2是电涡流传感器探头的结构示意图。

图3是信号控制器的电路原理图。

图4是信号控制器中的信号去直流电路原理图。

图5是信号控制器中的整流放大电路原理图。

图6是信号控制器中的减运算电路原理图。

图7是信号控制器中的迟滞比较电路原理图。

图8是本发明检测到有小孔时的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，用于实现本发明的检测系统的构成如下，由电涡流传感器探头3和信号控制器4组成。电涡流传感器探头3放置在待检测的金属型材1上方，并将电涡流传感器探头3与控制器4相连。

图2是电涡流传感器探头3的剖面图。图2中的电涡流传感器探头3由霍尔传感器301、线圈骨架302、外壳303、漆包线304、磁环305和导线306组成。漆包线304绕在线圈骨架302上；线圈骨架302内放有磁环305，两者紧配合；磁环305内部放有霍尔传感器301，用绝缘胶固定。绕有漆包线304的线圈骨架302放置于外壳303内，两者之间紧配合。导线306包括两路，一路信号输入导线与漆包线304连接，另一路信号输出导线与霍尔传感器301连接，两路导线306均从外壳303尾部引出，并与信号控制器4相连。

图3是信号控制器4的电路原理图。图3中的信号控制器4包括信号发生电路401和信号处理电路402两部分。信号发生电路401的激励信号为频率可调的矩形波，通过MOS管放大后通过导线306加在绕制的漆包线304上；用霍尔传感器301检测磁场的变化，将传感器信号通过导线306传输给信号处理电路402，信号处理电路402通过顺序连接的信号去直流电路403、整流放大电路404、减运算电路405以及迟滞比较电路406，将检测到的传感器信号经过处理变换得到直观的高低电平变换，后续以指示灯亮灭的形式显示。

下面结合图1至图3，具体说明采用如图1所示检测系统来检测金属型材小孔的方法，其具体步骤如下：

首先，构建如图1所示的检测系统。在金属型材1上方安装电涡流传感器探头3，保证金属型材1表面的小孔2能够经过探头正下方，同时探头与金属型材1不接触，电涡流传感器探头3与金属型材1表面垂直距离为2～6mm，并将电涡流传感器探头3与信号控制器4连接。对检测对象的要求及可检测范围是：金属型材1的检测表面平整，小孔2的直径大于2mm，深度大于2mm。

当检测系统工作，金属型材或电涡流传感器探头的电机的驱动下相对运动。当金属型材表面没有小孔时，信号控制器4的输出一直是高电平或者低电平。当金属型材1上的小孔2运动到电涡流传感器探头3下方时，由于在金属型材1内产生的电涡流发生变化，对电涡流传感器探头3内原来通电漆包线304的磁场影响也发生变化，霍尔传感器301将变化量ΔV经信号控制器4处理，经过去直流、整流放大、减运算、迟滞比较等处理，将小孔的有无转变为高低电平（高约为5V，低约为0V）的变化。信号控制器4的输出发生跳变，从高电平变为低电平，或者从低电平变为高电平，同时以指示灯亮灭的形式反映小孔的有无。

信号控制器4内具体的信号处理过程为：将电涡流传感器探头3采集到的信号经过有源高通滤波去除传感器信号中的直流量，然后通过整流将信号转变为对应的单向脉动信号，同时利用去耦电容去除信号毛刺使信号更加平滑，然后利用低通滤波滤掉高于截止频率的信号，再利用运算放大器将信号处理放大，再通过减法运算减掉信号中的部分直流量，最后利用迟滞比较将信号转化为高低电平，同时利用二极管的单向导通功能将输出信号的高低电平控制在0～5V之间。

本发明检测系统采用脉冲涡流作为激励源，由NE555定时器组成占空比和频率均可调的信号发生电路，实验时通过调节电位器得到占空比D=50%，频率f=500HZ的方波，同时利用三极管和场效应管将脉冲方波进行预定的放大。信号调理模块利用带有差动输入的LM324四运算放大器实现信号的放大、滤波、减法运算和迟滞比较。图4、图5、图6、图7分别为信号去直流、整流放大、减运算、迟滞比较对应的电路。如图4所示，信号去直流电路是由RC和运算放大器组成有源高通滤波电路，可以有效的将低于截止频率5000HZ的信号滤掉实现去除直流量的目的。如图5所示，整流放大电路利用整流二极管组成的单相桥式电路将双向信号变为单向脉动信号，同时利用0.01uf电容去除信号毛刺，由RC组成具有截止频率50HZ的低通滤波电路，经过同相放大电路实现信号的对应放大。如图6所示，减运算电路用于减掉信号中的部分直流量，使信号保持在预定范围之内，同时在电路中加入平衡电阻使信号更加稳定。如图7所示，采用带有参考电压的下行迟滞比较电路利用公式得到对应的上下门限电压，使信号以0～5V的高低电平形式输出。

图8所示为信号控制器4最终输出的电压信号波形，这样的脉冲信号是便于单片机或者PLC处理的。

综上所述，本发明利用被测导体上电涡流产生的交变磁场反作用于通电线圈产生的磁场，从而改变产生磁场的线圈的等效电感、等效阻抗以及品质因素的原理，通过霍尔元件直接检测磁场大小，经过信号处理达到简单输出效果，避开了探头大小的束缚。同时由于非金属物质不能够形成电涡流，又避免了非金属物质的干扰。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）构建检测系统，在待检测金属型材的上方放置电涡流传感器探头，并将所述电涡流传感器探头与信号控制器相连接；

2）驱动待检测金属型材和所述电涡流传感器探头相对运动；

3）当金属型材上的小孔运动到所述电涡流传感器探头下方时，由于在金属型材内产生的电涡流发生变化，对电涡流传感器内通电线圈的磁场影响也发生变化，将电涡流传感器产生的电压变化量经信号控制器进行信号去直流、整流放大、减运算、迟滞比较处理，将小孔的有无转变为输出高低电平的变化，同时以指示灯亮灭的形式反映小孔的有无。

2.根据权利要求1所述基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法，其特征在于，所述电涡流传感器探头的安装位置为：当金属型材处于检测区域时，所述电涡流传感器探头位于金属型材的上方，与金属型材的上表面垂直，距离为2～6mm。

3.根据权利要求1所述基于电涡流传感器的金属型材小孔检测方法，其特征在于，对检测对象的要求及可检测范围为：所述金属型材检测表面平整，小孔的直径大于2mm，深度大于2mm。

4.一种基于电涡流传感器的金属型材小孔检测系统，其特征在于：包括相互连接的电涡流传感器探头与信号控制器；所述信号控制器包括信号发生电路和信号处理电路；所述信号发生电路的输出端通过导线与电涡流传感器探头的输入端相连接，所述电涡流传感器探头的输出端通过导线与信号处理电路的输入端相连接；所述信号处理电路包括顺序连接的信号去直流电路、整流放大电路、减运算电路以及迟滞比较电路。

5.根据权利要求4所述基于电涡流传感器的金属型材小孔检测系统，其特征在于：所述电涡流传感器探头由霍尔传感器、线圈骨架、漆包线、磁环、外壳和导线组成；所述线圈骨架外部绕有漆包线，内部放置有磁环，线圈骨架和磁环紧配合；所述磁环内部放置有霍尔传感器，磁环和霍尔传感器由绝缘胶固定；绕有漆包线的线圈骨架放置于外壳内，两者之间紧配合；所述漆包线、霍尔传感器分别连接导线，导线从外壳尾部引出，并与所述信号控制器相连接。

6.根据权利要求5所述基于电涡流传感器的金属型材小孔检测系统，其特征在于：所述信号发生电路的输出端通过导线与电涡流传感器探头中的漆包线相连接，所述信号处理电路的输入端通过导线与电涡流传感器探头中的霍尔传感器相连接。