CN104535279A - 一种新型防水防尘等级干式检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型防水防尘等级干式检测方法及装置，可实现对工业部件防水防尘等级的在线检测。本发明将防水防尘等级检测转化为对气密性的检测，将干式检测法运用到工业部件防水防尘等级检测上，实现了对被测件的在线自动化检测；装置组成以嵌入式处理器为主控制单元，采用差压法检测被测件和平衡件的压差，定量计算被测件的防水防尘等级并判断被测件是否合格；可根据被测件等级要求不同，设置不同的判断参数，满足不同防水防尘等级的测量；将模糊算法运用在温度补偿算法中，减少环境温度对检测结果的影响，提高检测精度，为工业部件防水防尘等级检测提供了一种新途径。

Description

一种新型防水防尘等级干式检测方法及装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型防水防尘等级干式检测方法及装置，主要涉及工业部件防水防尘等级检测，属于气密性检测技术领域。

背景技术

现代工业对零部件和成品气密性检测的应用越来越广泛，气密性良好，其防水防尘等级也高，直接影响被测物体的使用寿命。工业上用IP表示电气设备外壳对异物侵入的防护等级，来源是国际电工委员会的标准IEC60529，格式为IPXX，，可用来标称防水防尘等级。第一个数字表示防尘等级，第二个数字表示防水等级，数字越大表示防水防尘等级越高。如LED灯具、汽车发动机、燃气热水器、手机、手表等对气密性都有一定的要求，密封性能直接影响这些部件的使用寿命、产品性能及使用环境。

传统防水防尘等级检测都是采用模拟雨淋装置和砂尘箱检测部件的气密性，检测速度慢、精度不高、偏差大，属于有损检测，因此只能采用抽检方法来标称产品合格率。为了在批量生产的同时保证所有产品都能得到防水防尘等级检测，传统模式已难以满足，设计一种新型无损检测方法，实现对产品的在线防水防尘等级检测显得十分重要。

如何缩短测量时间，提高测量精度，降低生产成本，以及如何实现气密性的自动化检测，既能保证不影响产品性能的同时又实现在线快速检测是检测行业亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有工业部件防水防尘等级检测方法所存在的检测成本高、耗时长、误差大等问题，本发明目的是：发明一种新型的防水防尘等级干式检测方法，实现对工业零部件的在线防水防尘等级检测，降低检测成本，提高产品的出厂质量和合格率。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种新型防水防尘等级干式检测方法，其特征在于，将对工业部件防水防尘等级检测转化为对其气密性检测，所述检测方法的步骤包括：

ST1：嵌入式微处理器上电以后对测试压力、工件体积、容器体积、测试时间、上下限报警等参数进行设定；

ST2：将被测工件和平衡件分别放入两个形状与大小相同的容器内，准备测试；

ST3：根据ST1中预先设定参数，控制电磁阀组，同时对平衡件及被测工件所在的容器抽真空，形成负压场；

ST4：抽真空结束，容器内部趋于稳定后，由差压变送器采集平衡件与被测工件的差压信号；

ST5：将ST4中测得的差压信号送到高精度A/D转换器，转换为处理器可处理的数字信号；

ST6：温度传感器将测得的环境温度和容器内气体温度传递给处理器，处理器采用模糊温度补偿算法对所测得温度值进行补偿，得出准确温度值；

ST7：由处理器对ST5所得到的压力信号和ST6所得到的温度值进行分析、计算、处理，判断被测工件是否合格，并输出信息。

前述的检测方法，其特征在于：所述步骤ST1中的测试压力是指被测件所能承受的负压，具体抽取负压的步骤为：

ST1：将工件放入容器内部，将容器密封起来；

ST2：抽取容器内空气，使得容器腔内形成负压场，工件内部压强则保持不变。

前述的检测方法，其特征在于：所述步骤ST1中的测试时间指的是容器腔体内形成负压场的时间，根据被测件的不同规格和防水防尘等级要求不同设定不同的测试时间。

前述的检测方法，其特征在于：所述平衡件是指已知气密性符合要求的被测标准件。

前述的检测方法，其特征在于：所述容器根据被测工件的大小需不同形状和大小，保证其压力变化值能通过差压变送器检测出来，即被测件放入容器内部以后，容器内所余空间应该与被测工件内部空间处在同一数量级，保证被测工件内部气体变化能显著影响容器内压强。

前述的检测方法，其特征在于：本检测方法使用模糊温度补偿算法对测得温度值进行补偿，算法步骤如下：

ST1：将温度传感器测量的温度值T_S和环境温度值T_E作为输入值。T_S：基本论域为[5，50]℃，语言变量为E，比例因子T_E：基本论域为[0，50]℃，语言变量为E_C，比例因子输出补偿量为U：基本论域为[-10，10]℃，比例因子

ST2：将输入量进行模糊化处理，将精确数值根据其模糊子集的隶属函数找出相应的隶属度。利用三角形隶属函数为T_S、T_E、U取7个模糊语言标志值，则E、E_C、U的论域定义为：

E＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

E_C＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

U＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}。

ST3：模糊逻辑推理，根据模糊推理规则，利用模糊数学理论进行推理计算，得到模糊输出量。

模糊规则为If E＝A_iand E_C＝B_j，then U＝C_ij，则模糊关系矩阵为：

$R(E,E_C,U)=\underset{i\≠j}{U}(A_i\×B_j\×C_{\mathrm{ij}}).$

当T_S、T_E为A、B时，根据模糊推理规则得出U＝(A×B)^οR。

ST4：解模糊，根据模糊输出量补偿计算，得到精确的数字量。利用加权平均法实现解模糊得到温度补偿计算所需要的精确输出量：

一种新型防水防尘等级干式检测装置，其特征在于：该检测装置安装在组装生产线末端，可与生产线同步，实现对被检测部件的在线检测。

前述的检测装置，其特征在于：包括嵌入式处理器、温度传感器、直压传感器、差压变送器、AD转换器及各辅助功能模块如电磁阀、键盘模块、电源模块、LED指示灯等。

前述的检测装置，其特征在于：还包括配置LCD显示屏实时显示检测结果。配备有键盘模块用于各参数的输入。LED指示灯更加清晰地显示出此装置的工作情况。

前述的检测装置，其特征在于：所述差压变送器器进行被测件与平衡件压差检测，经过A/D转换传递给嵌入式处理器进行信息处理。

前述的检测装置，其特征在于：嵌入式处理器通过控制电磁阀的开闭动作和开闭时间来调整压力值，实现防水防尘等级的检测。

前述的检测装置，其特征在于：采用差压检测法测量标准件所在的容器和被测件所在的容器压差。

前述的检测装置，其特征在于：本检测装置以嵌入式处理器作为主控制器，主要构成电路包括数据采集电路和电源电路，为后续功能扩展需要还需添加数据通信接口电路。

前述的检测装置，其特征在于：数字接口电路中所用的A/D具有单独的模拟电源和数字电源，模拟部分需采用5V电源供电，数字部分可以为2.7V至5.25V范围内的任意电压。

前述的检测装置，其特征在于：电源电路提供两路不同的电源电压，5V和3.3V：5V电源供给CPU和AD的模拟部分；3.3V电源供给AD的模拟部分。

本发明具有以下有益效果：

本发明将干式检测法运用到工业部件防水防尘等级检测上，实现了对被测件的在线自动化检测，提高生产效率和产品的合格率；装置组成结构简单，成本低；可根据被测件等级要求设置不同的参数，满足不同类型工业部件的测量；将模糊算法运用在温度补偿算法中，减少环境温度对检测结果的影响，提高检测精度，为工业部件防水防尘等级检测提供了一种新途径。

附图说明

图1为本发明的检测气路示意图。

图2为本发明检测装置构成示意图。

图3为本发明的数据采集电路图。

图4为本发明的电源电路图。

图5为本发明的通信接口电路图。

图6为本发明的主程序流程图。

图7为模糊推理规则表。

其中，1、直压传感器；2、充气电磁阀；3、气路软管；4、差压变送器；5、稳定电磁阀；6、检测容器；7、平衡件；8、被测工件；9、温度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种新型防水防尘等级干式检测方法及装置，检测气路示意图如图1所示。在具体实施过程中，本装置安装在组装生产线末端，可与生产线同步，实现对被检测部件的在线检测，不影响后续加工，满足生产需要。在检测开始前需将一合格件作为检测工具使用。本发明包括以下步骤：

ST1：嵌入式微处理器上电以后对被测件所需测试压力、工件体积、容器体积、测试时间、上下限报警等参数进行设定。其中测试压力根据被测工件所需IP等级不同来设定其需达到的压力水平。工件体积和容器体积在检测过程中会直接影响检测精度，应事先设定好。保证压力变化值能明显的通过差压传感器检测出来，得出其压力变化值，即被测件放入容器内部以后，容器内所余空间应该与被测件内部空间处在统一数量级，保证被测件内部气体变化能明显影响容器内压强。

ST2：将被测工件8和平衡件7放入两个同样形状与大小的检测容器6内，把容器密封，准备测试；

ST3：根据预先设定控制充气电磁阀组2，对平衡件7及被测工件8同时抽真空，形成负压场；

ST4：抽真空结束关闭充气电磁阀2，等待系统趋于稳定。判断容器内气体是否趋于稳定的标准就是根据温度传感器9测得的温度值是否趋于稳定。稳定后关闭稳定电磁阀5，由差压变送器4采集平衡件7与被测工件8的差压信号；

ST5：由差压变送器4检测的压差信号送到A/D转换器，转换为处理器可处理的数字信号；

ST6：温度传感器将测得的环境温度和容器内气体温度传递给处理器，处理器采用模糊温度补偿算法对所测得温度值进行补偿，得出准确温度值；

ST7：由处理器对所得到的压力信号和温度值进行分析、计算、处理，判断被测工件是否合格，并输出信息。

具体实施过程中，检测装置设置的测试压力是指被测件所能承受的负压，检测过程中，需抽真空形成负压使得被测件承受压力测试。被测件放入容器内部，将容器密封起来，抽取容器内气体，使得容器腔内气压形成负压。被测件内部压强跟大气压一样。如果被测件密封性能不好，则被测件腔内气体会发生泄漏，使得容器内气压回升。根据不同被测件对防水防尘等级要求的不同，设置测试压力不同。测试压力越大，其防水防尘等级要求越高。

具体实施过程中，由差压变送器将被测件与平衡件测得的压差传递给主控制器，主控制器根据差压信号和温度信号确定泄露程度，得出被测件防水防尘等级，并通过LCD屏输出显示检测结果；配备有PS/2mini键盘模块用于各参数的输入；LED指示灯更加清晰地显示出此装置的工作情况；主控制器在获得温度和压力信号时，判断系统所处状态，通过驱动电路驱动各电磁阀执行相应动作，完成检测功能实现。

根据检测精度的要求，差压传感器选择罗斯蒙特公司生产的1151DP差压变送器。其性能指标保证了在不同工作状态下的精度和稳定性。主要参数：稳定性0.25％60个月；数字精度±0.05％，模拟精度±0.5％～±0.1％F.S正迁移可达500％、负迁移可达600％；测量压力范围0～1.3-7.5KPa，零点和量程外部调；输出范围4-20mADC。A/D选用AD7192，它是一款超低噪声、低漂移24位Σ-Δ转换器，内置PGA。该器件将大多数系统构建模块置于芯片内，可在4.7Hz至4.8kHz的完整输出数据速率范围内工作。AD7192具有单独的模拟电源和数字电源。模拟部分必须采用5V电源供电。数字电源独立于模拟电源，可以为2.7V至5.25V范围内的任意电压。其数据采集接口电路如图3所示。

电源电路提供两路不同的电源电压：5V和3.3V，电源电路如图4所示。5V电源供给CPU和AD的模拟部分。3.3V电源供给AD的模拟部分。

所述软件系统采用模块化的思想进行设计，先设计主程序结构，再设计数据采集与处理程序、液晶显示、人机接口、数据通信等功能模块子程序。这样便于软件程序的编写、测试、修改和维护，主程序主要完成对各个功能块的调用。主程序流程图如图6所示。

本检测装置能否测得示数的稳定前提就是温度值测量准确。测量过程中会受到环境温度影响，需要进行温度补偿。温度补偿算法使用模糊补偿算法。算法步骤：

ST1：将温度传感器测量的温度值T_S和环境温度值T_E作为输入值。T_S：基本论域为[5，50]℃，语言变量为E，比例因子T_E：基本论域为[0，50]℃，语言变量为E_C，比例因子输出补偿量为U：基本论域为[-10，10]℃，比例因子

ST2：将输入量进行模糊化处理，将精确数值根据其模糊子集的隶属函数找出相应的隶属度。利用三角形隶属函数为T_S、T_E、U取7个模糊语言标志值，则E、E_C、U的论域定义为：

E＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

E_C＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

U＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}。

ST3：模糊逻辑推理，根据模糊推理规则，利用模糊数学理论进行推理计算，得到模糊输出量。

模糊规则为If E＝A_iand E_C＝B_j，then U＝C_ij，则模糊关系矩阵为：

$R(E,E_C,U)=\underset{i\≠j}{U}(A_i\×B_j\×C_{\mathrm{ij}}).$

当T_S、T_E为A、B时，根据模糊推理规则得出U＝(A×B)^οR，其中ο为合成运算。

根据实验过程中测得的T_S、T_E值，根据模糊规则得出U，制定出模糊规则表，如附图7所示，在检测过程中，系统根据测得数值查询模糊规则表，直接得出模糊化的U。

ST4：解模糊，根据模糊输出量补偿计算，得到精确的数字量。利用加权平均法实现解模糊得到温度补偿计算所需要的精确输出量：

综上所述，本发明将干式检测法运用到工业部件防水防尘等级检测上，实现了对被测件的在线自动化检测，提高了生产效率和产品的合格率；装置组成结构简单，成本低；可根据被测件等级要求设置不同的参数，满足不同类型工业部件的测量；将模糊算法运用在温度补偿算法中，减少环境温度对检测结果的影响，提高检测精度，为工业部件防水防尘等级检测提供了一种新途径。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型防水防尘等级干式检测方法，其特征在于，将对工业部件防水防尘等级检测转化为对其气密性检测，所述检测方法的步骤包括：

ST1：嵌入式微处理器上电后对测试压力、工件体积、容器体积、测试时间、上下限报警等参数进行设定；

ST2：将被测工件和平衡件分别放入两个形状与大小相同的容器内，准备测试；

ST3：根据ST1中预先设定参数，控制电磁阀组，同时对平衡件及被测工件所在的容器抽真空，形成负压场；

ST4：抽真空结束，容器内部趋于稳定后，由差压变送器采集平衡件与被测工件的差压信号；

ST5：将ST4中测得的差压信号送到高精度A/D转换器，转换为处理器可处理的数字信号；

ST6：温度传感器将测得的环境温度和容器内气体温度传递给处理器，处理器采用模糊温度补偿算法对所测得温度值进行补偿，得出准确温度值；

ST7：由处理器对ST5所得到的压力信号和ST6所得到的温度值进行分析、计算、处理，判断被测工件是否合格，并输出信息。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤ST1中的测试压力是指被测件所能承受的负压，具体抽取负压的步骤为：

ST1：将工件放入容器内部，将容器密封起来；

ST2：抽取容器内空气，使得容器腔内形成负压场，工件内部压强则保持不变。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤ST1中的测试时间指的是容器腔体内形成负压场的时间，根据被测件的不同规格和防水防尘等级要求不同设定不同的测试时间。

4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述平衡件是指已知气密性符合要求的被测标准件。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述容器根据被测工件的大小需不同形状和大小，保证其压力变化值能通过差压变送器检测出来，即被测件放入容器内部以后，容器内所余空间应该与被测工件内部空间处在同一数量级，保证被测工件内部气体变化能显著影响容器内压强。

6.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：ST6使用模糊温度补偿算法对测得温度值进行补偿，算法步骤如下：

ST1：将温度传感器测量的温度值T_S和环境温度值T_E作为输入值。T_S：基本论域为[5，50]℃，语言变量为E，比例因子T_E：基本论域为[0，50]℃，语言变量为E_C，比例因子输出补偿量为U：基本论域为[-10，10]℃，比例因子

ST2：将输入量进行模糊化处理，将精确数值根据其模糊子集的隶属函数找出相应的隶属度；利用三角形隶属函数为T_S、T_E、U取7个模糊语言标志值，则E、E_C、U的论域定义为：

E＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

E_C＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}；

U＝{-3，-2，-1，0，1，2，3}。

ST3：模糊逻辑推理，根据模糊推理规则，利用模糊数学理论进行推理计算，得到模糊输出量；

模糊规则为If E＝A_i and E_C＝B_j，thenU＝C_ij，则模糊关系矩阵为：

$R(E,E_C,U)=\underset{i\≠j}{U}(A_i\×B_j\×C_{\mathrm{ij}});$

当T_S、T_E为A、B时，根据模糊推理规则得出U＝(A×B)°R；

ST4：解模糊，根据模糊输出量补偿计算，得到精确的数字量；利用加权平均法实现解模糊得到温度补偿计算所需要的精确输出量：

7.一种新型防水防尘等级干式检测装置，其特征在于：该检测装置包括嵌入式处理器、温度传感器、直压传感器、差压变送器、AD转换器及各辅助功能模块如电磁阀、键盘模块、电源模块、LED指示灯等，配置LCD显示屏实时显示检测结果；配备有键盘模块用于各参数的输入；LED指示灯显示出此装置的工作情况，安装在组装生产线末端，可与生产线同步，实现对被检测部件的在线检测。

8.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：所述差压变送器测量标准件所在的容器和被测件所在的容器压力差值，经过A/D转换传递给嵌入式处理器进行信息处理，所述嵌入式处理器通过控制电磁阀的开闭动作和开闭时间来调整压力值，实现防水防尘等级的检测。

9.根据权利要求7所述的检测装置，其特征在于：所述检测装置以嵌入式处理器作为主控制器，主要构成电路包括数据采集电路和电源电路，为后续功能扩展需要还需添加数据通信接口电路。

10.根据权利要求7和权利要求9所述的检测装置，其特征在于：数字接口电路中所用的A/D具有单独的模拟电源和数字电源，模拟部分需采用5V电源供电，数字部分可以为2.7V至5.25V范围内的任意电压；电源电路提供两路不同的电源电压，5V和3.3V：5V电源供给CPU和AD的模拟部分；3.3V电源供给AD的模拟部分。