CN104777216B

CN104777216B - 一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置

Info

Publication number: CN104777216B
Application number: CN201510216385.XA
Authority: CN
Inventors: 孙燕华; 刘世伟; 冯搏; 顾民; 刘长德; 康宜华; 陈少波
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology; 702th Research Institute of CSIC
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology; 702th Research Institute of CSIC
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2015-04-29
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2035-04-29
Also published as: CN104777216A

Abstract

本发明公开了一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，该装置包括磁敏感元件部分，磁感应部分以及磁轭式局部微磁化部分，磁敏感元件部分包括磁敏感元件、引线端、磁引导芯和引导芯套筒，磁引导芯下端采用圆锥形的结构细化检测区域，实现点型缺陷的高分辨率检测；磁感应部分由绕制在引导芯套筒外侧的磁感应线圈组成；由引导芯套筒支撑固定的磁轭式局部微磁化部分，包括环形导磁构件、磁铁连接件、磁轭式双磁铁以及斜向双导磁构件，该部分将磁场量导入待检测金属体内，达到局部微磁化的效果，通过与磁引导芯连接的磁敏感元件或引导芯套筒外的磁感应线圈，传递金属零件表面点型缺陷漏磁场量信号，实现对高精金属零件表/界面形性的检测。

Description

一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置

技术领域

本发明属于金属零件表/界面点型缺陷无损检测技术领域，更具体地，涉及一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置。

背景技术

高精金属零件在加工过程中由于力-热耦合等载荷作用诱发的复杂物理现象使得零件的表/界面形性受到很大的影响，因此需对零件自身表面状况进行检测，现有的针对零件表面形貌特征进行检测的方法有触针法、印模法等接触式方法以及光学非接触式方法。然而上述检测方法都有一定的局限性，接触式方法容易损伤软质零件表面且对表面斜深褶皱等形貌特征无效，而光学非接触式方法受到环境亮度的影响，检测精度低。

总之，现有的检测方法都要求待检体有特定的表面清洁度及静定状态，无法适应零件加工过程中恶劣的环境检测需求，此外，由于高精金属零件在切削加工变形后伴随留下的剩磁比较微弱，现有的磁感应装置无法检测出诸如微小的“点”型麻坑、划痕等微弱磁场量信号，因此，为突破对高精漏磁无损检测中微小的“点”型缺陷的检测，并满足在线监测工况环境等要求，发明一种高分辨率的点型磁感应装置具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，其中结合磁感应装置自身的特征，相应设计了磁轭式局部微磁化的点型缺陷磁感应检测装置，并对其关键组件如磁敏感元件部分、磁感应部分和磁轭式局部微磁化部分的结构及其具体安装配置方式进行研究和设计，相应的可有效解决高精金属零件“点”型缺陷难以检测的问题，同时还具备检测灵敏度、分辨率以及检测精度高的优点，因而尤其适用于高精加工中金属零件表/界面“点”型缺陷形貌的在线检测。

为实现上述目的，本发明提出了一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，其特征在于，该装置包括磁敏感元件部分(A)、磁感应部分(B)和磁轭式局部微磁化部分(C)，其中：

该磁敏感元件部分(A)包括磁敏感元件引线端(A1)、磁敏感元件(A2)、点型磁引导芯(A4)和磁绝缘的磁引导芯套筒(A3)，所述磁敏感元件引线端(A1)与所述磁敏感元件(A2)相连，所述点型磁引导芯(A4)呈下端为圆锥形、上端为圆柱形的结构，所述点型磁引导芯(A4)的圆柱形结构的上端与磁敏感元件(A2)下端的磁敏感部位相连，所述磁引导芯套筒(A3)采用过盈配合的方式紧套在所述磁引导芯(A4)圆柱形结构的外侧；

该磁感应部分(B)包括磁感应线圈(B1)和线圈引线端(B2)，所述磁感应线圈(B1)绕制在所述磁引导芯套筒(A3)的外侧，所述线圈引线端(B2)设置在所述磁感应线圈(B1)的两端，以便于所述磁感应线圈(B1)中磁感应信号的输出；

该磁轭式局部微磁化部分(C)包括环形导磁构件(C1)、磁铁连接件(C2,C2’)、磁轭式双磁铁(C3,C3’)和斜向双导磁构件(C4,C4’)，其中所述环形导磁构件(C1)套装在所述磁引导芯套筒(A3)的下部，并由所述磁引导芯套筒(A3)的下端面固定支撑，所述环形导磁构件(C1)的两侧通过磁铁连接件(C2,C2’)对称连接有沿竖直方向布置的且磁极相反的磁轭式双磁铁(C3,C3’)，所述磁轭式双磁铁(C3,C3’)的下端部连接有向所述点型磁引导芯(A4)的圆锥形结构倾斜的斜向双导磁构件(C4,C4’)。

作为进一步优选地，所述磁敏感元件(A2)优选为光纤磁敏感元件、磁通门磁敏感元件、巨磁阻磁敏元件和霍尔磁敏元件中的一种；所述磁引导芯(A4)的制备材料优选为坡莫合金。

作为进一步优选地，所述磁感应部分(B)优选由铜质漆包线绕制而成。

作为进一步优选地，所述磁轭式双磁铁(C3,C3’)优选为稀土永磁体。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明可在高精零件在线加工中对金属零件表面进行非接触式的检测，使高精铁磁性金属零件加工中材料表面形性的在线监测更加准确、可靠，实现对高精零件加工过程中“点”型缺陷产生的微弱电磁场量的精确获取与传感，有效解决高精金属零件“点”型缺陷无法检测的问题。

2.本发明将磁敏感元件的磁敏感部位进一步精细化，便于检测到更加细微区域的漏磁场量信息，不仅提高了漏磁检测的分辨率，达到了无损检测的目的，而且采用了磁轭式局部微磁化的方式，减少了额外进行磁化的工作，满足高精零件加工过程中在线监测并实时反馈的要求，进一步极大的提升了金属零件在线加工的精度和效率。

3.满足在速度剧变工况下及时输出缺陷的漏磁场量信号的需要，同时还具备检测灵敏度、分辨率以及检测精度高的优点。

附图说明

图1是磁感应装置整体结构示意图；

图2是磁敏感元件及磁引导芯；

图3是磁轭式局部微磁化部分；

图4是磁引导芯套筒示意图；

图5是高精加工中金属零件表面“点”型缺陷示意图；

图6是磁感应装置检测高精零件表面“点”型缺陷原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置包括磁敏感元件部分A，磁感应部分B以及磁轭式局部微磁化部分C。

其中磁敏感元件部分A又由磁敏感元件引线端A1、磁敏感元件A2(通常选用高精度霍尔元件)以及由坡莫合金等高磁导率材料制作的“点”型磁引导芯A4和由绝缘材料制作的磁引导芯套筒A3组成，该磁敏感元件部分的具体结构分别如图2和图4所示，点型磁引导芯A4上端与磁敏感元件下端的磁敏感部位相连，所述点型磁引导芯A4呈下端为圆锥形、上端为圆柱形的结构，采用该结构使得点型磁引导芯A4上端的圆形区域与磁敏感元件的磁敏感部分有足够的接触面积，便于磁场量信号的传递，而下端的圆锥形具有点状的极其微小面积的顶部，使得对于待检测工件的扫描检测更加细致充分，从而使传感的精度得以提高，所述磁引导芯套筒A3采用过盈配合的方式直接紧套在磁引导芯外侧。

磁感应部分B由磁感应线圈B1和线圈引线端B2组成，磁感应线圈紧密而有序的绕制在引导芯套筒外侧，并有相应的两根引线B2及时将线圈中的磁感应信号输出。

磁轭式局部微磁化部分C结构示意图如图3所示，根据整体结构图1标示，本发明装置的磁轭式局部微磁化部分C由环形导磁构件C1、磁铁连接件C2和C2’、稀土永磁体制作的磁轭式双磁铁C3和C3’、斜向双导磁构件C4和C4’组成，其中磁轭式双磁铁C3和C3’在结构上对称，且磁极相反，如图6所示，磁轭式双磁铁C3的N极在上、S极在下，磁轭式双磁铁C3’的N极在下、S极在上，所述磁轭式双磁铁C3,C3’的上端分别通过磁铁连接件C2,C2’与环形导磁构件C1相连，其下端分别连接斜向双导磁构件C4,C4’，磁轭式双磁铁作为本发明装置的磁源通过导磁构件C1和C4、C4’形成磁闭合回路，磁轭式局部微磁化部分通过磁引导芯套筒的下端面固定支撑，如图4所示。

本发明装置在线检测高精金属零件表面“点”型缺陷如图5所示，所述的“点”型缺陷主要是指最大长度与最小宽度比值小于5，同时最大长度和最大宽度的尺寸均小于3mm的缺陷，检测原理示意图如图6所示。在高精金属零件加工过程中，当本发明装置的“点”型高磁导率磁引导芯靠近金属零件表面提离距离为1-5mm时，磁源双磁铁的磁感线穿过金属零件，从而完成局部磁化，进一步的，在本装置移动过程中，若金属表界面出现细微的“点”型缺陷，磁感线在缺陷处即发生泄漏从而被高磁导率的磁引导芯检测到，并将相应的“点”型缺陷漏磁信号传送至上端的高精磁敏感元件转换为电信号输出，即可完成对表/界面“点”型缺陷的检测，而在快速加工时，高磁导率的磁引导芯中捕获的缺陷漏磁信号在磁感应线圈中将产生较大的感应输出电流，即，一方面，该缺陷漏磁场可以经过磁引导芯被高精磁敏感元件感应，从而形成缓变的缺陷漏磁场量信号，经过磁敏感元件输出端输出；另一方面，缺陷漏磁场量也同时被磁引导芯套筒外侧的磁感应线圈感应到，从而满足在速度剧变工况下及时输出缺陷的漏磁场量信号的需要，使得本发明装置具有很高的灵敏度和分辨率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，其特征在于，该装置包括磁敏感元件部分(A)、磁感应部分(B)和磁轭式局部微磁化部分(C)，其中：

2.如权利要求1所述的一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，其特征在于，所述磁敏感元件(A2)为光纤磁敏感元件、磁通门磁敏感元件、巨磁阻磁敏元件和霍尔磁敏元件中的一种；所述磁引导芯(A4)的制备材料为坡莫合金。

3.如权利要求1或2所述的一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，其特征在于，所述磁感应部分(B)由铜质漆包线绕制而成。

4.如权利要求1或2所述的一种适用于点型缺陷的磁轭式局部微磁化检测装置，其特征在于，所述磁轭式双磁铁(C3,C3’)为稀土永磁体。