CN105300266A - 一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，包括电涡流探头、阻抗分析仪、用于固定被测试件的夹具以及计算机；电涡流探头置于被测试件的表面，通过阻抗分析仪产生一正弦激励信号，驱动电涡流探头产生激励磁场，同时也在被测试件内部产生涡流磁场，根据不同镀层厚度的被测试件产生的涡流磁场不同，探头将厚度变化引起的磁场变化转化成电信号反馈到阻抗分析仪获得电感值，经计算机所建立的锌镀层厚度检测数据模型对所得电感值处理后可得被测试件镀层的厚度；同时还公开了一种使用本装置的检测方法，本发明选用电感值作为测厚的特征参数，提高了测厚范围及灵敏度，可实现镀锌板镀层厚度的快速、精确在线检测，具有较大的潜在经济效益。

Description

一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置与方法

技术领域

本发明涉及一种汽车用镀锌板镀层厚度的检测装置与方法，具体是一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置与方法，属于电子信息和机械测试技术领域。

背景技术

随着居民消费水平的不断提高，我国汽车消费也正逐年攀升。据观测，当全国城镇居民人均可支配收入达到某个区间，汽车消费将出现明显加速，这一现象自1985年以来共出现了5次；最近一次加速出现在2013年，全年汽车产量突破2200万辆，同比增长14.8%。预计全国城镇居民家庭人均可支配收入达到40000元左右，汽车消费将出现新一轮加速；截至2012年，日本每户家庭平均拥有汽车量为中国的5倍，我国汽车产量增长空间依然较大，汽车用钢需求仍将继续保持较快增长，特别是汽车用镀锌板比重将随着汽车需求量进一步扩大。

由于冷轧热镀锌板的机械性能和抗腐蚀性能良好，因而广泛应用于汽车行业中。锌层厚度是衡量冷轧热镀锌板的一项重要性能指标，锌层太厚则会影响产品的电焊性、附着性，同时还造成了锌原材料浪费；锌层太薄则影响产品的抗腐蚀性，不能满足客户的要求。因此准确、快速测量镀锌板镀层厚度至关重要。

目前对于金属部件覆盖层厚度的非破坏性测量，通常有超声、射线、电磁涡流等不同方法。射线法存在防护放射源问题，设备昂贵，且对人体有害；超声法需要对试件进行表面进行光洁处理，且必须使用耦合剂。

相比之下，基于法拉第电磁感应原理的电涡流法，利用在交变磁场作用下不同材料会有不同振幅和相位的涡流值来检测铁磁性和非铁磁性材料的物理性能、结构和冶金情况等的差异性，其检测装置具有结构简单、快速检测、非接触、无污染、灵敏度高、造价低等诸多优点而被广泛研究，因而在金属镀层的厚度检测中应用非常广泛。

涡流无损检测技术具有灵敏度高、检测速度快、非接触等特点而广泛应用于金属涂镀层的厚度检测，它的原理是将电涡流探头置于被测试件的表面，由信号发生器产生一正弦激励信号，驱动电涡流探头产生激励磁场，同时也在被测试件内部产生涡流磁场；激励磁场和涡流磁场形成的复合磁场使得线圈的阻抗和感应电压发生变化，通过分析阻抗或感应电压的变化来获得被测导体的信息。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种汽车用镀锌板涂镀层厚度的电涡流检测装置与方法，通过检测不同涂镀层厚度的镀锌板的的电感值，分析电感值与镀锌板涂镀层厚度之间的关系，从而可以快速、准确、可靠地检测出镀锌板涂镀层的实际厚度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，它包括：

电涡流探头、阻抗分析仪、用于固定被测试件的夹具以及计算机；

所述的电涡流探头置于夹具中的被测试件的表面，并且与阻抗分析仪相互连接，阻抗分析仪输出端与计算机相连；

其中，所述阻抗分析仪产生正弦激励信号驱动电涡流探头产生激励磁场并作用于被测试件，电涡流探头感应并输出信号经阻抗分析仪处理后输入计算机分析。

所述的电涡流探头由激励线圈和骨架组成；

所述的激励线圈绕制在骨架上。

所述的骨架为铁氧体磁芯，激励线圈半径为10mm、匝数为200匝、高度为6mm。

所述的夹具包括夹具上压板以及夹具基座；被测试件设置在两者之间并且通过紧固螺钉紧固压平；

其中，夹具上压板正中央开有一个大圆孔，以使电涡流探头能够置于被测试件的表面。

一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法，包括以下步骤：

1）标定：制作一系列由金属板材和金属板材上的锌镀层构成的标准试件，且各试件的材质和厚度相同、锌镀层的厚度不相同；采用上述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，获取其电涡流信号对应的电感值，建立待测试件的镀层厚度检测数据模型；

2）检测：对于待测试件，采用上述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，获取其电涡流信号对应的电感值，调用其对应的镀层厚度检测数据模型，计算镀层厚度。

所述步骤1）具体包括以下步骤：

11）制作一系列由金属板材和金属板材上的锌镀层构成的标准试件，各试件的材质和厚度相同，锌镀层的厚度不相同，并采用上述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置逐一获取这些标准试件电涡流信号对应的电感值；

测量时将电涡流探头置于被测标准试锌镀层表面，在电涡流探头轴线与被测标准试件表面垂直的条件下进行；

12）以电感值作为每一个不同锌镀层厚度的标准试件的特征参数，计算机采集各标准试件的特征参数与相应的实际镀层厚度；

13）将步骤12）获得的标准试件的特征参数作为输入，实际镀层厚度作为输出，建立待测试件的镀层厚度检测数据模型；

所述步骤2）具体包括以下步骤：

21）采用上述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置获取待测试件电涡流信号对应的电感值；

22）以电感值作为被测试件的特征参数，将被测试件的特征参数输入到步骤13）建立的镀层厚度检测数据模型，获取被测试件的镀层厚度。

所述镀层厚度检测数据模型的建立包括以下步骤：

1）根据镀层厚度检测数据模型的输入输出序列进行参数初始化，确定标准试件的采样数目、金属板材的材料和厚度以及检测频率；

2）根据镀层厚度检测数据模型的采样数目，采集不同锌镀层厚度的标准试件测得的电感值与对应的实际镀层厚度；

3）根据步骤2）采集的各标准试件的电感值与对应的实际镀层厚度，以标准试件的电感值作为输入，实际镀层厚度作为输出，用最小二乘法进行电感值-镀层厚度多项式的拟合；

4）根据镀层厚度检测数据模型的电感值-镀层厚度多项式，计算镀层厚度检测数据模型的预测输出；

5）根据镀层厚度检测数据模型的预测输出和期望输出，计算预测误差；

6）若误差超出规定范围，则根据镀层厚度检测数据模型的预测误差更新镀层厚度检测数据模型的系统参数，重复步骤3）—5）；

若误差没有超出规定范围，则停止计算，完成镀层厚度检测数据模型的建立。

与现有的装置以及测试方法相比：本发明所采用的夹具由夹具基座和夹具上压板组成，其中，夹具基座主要起到支承被测试件的作用，而夹具上压板用于盖在被测试件的表面上，利用自身重力将被测试件表面压平，以防止被测试件表面不平造成测量误差，从而有效提高被测试件镀层的厚度测量的精度；

并且本发明在电涡流技术检测镀锌板镀层的厚度时，选用电感值作为涡流测厚的特征参数，有效增大计算机所建立的镀层厚度检测数据模型中镀层厚度与电感值特性曲线的单调范围，进一步提高测厚范围及灵敏度，从而实现镀层厚度范围为0mm-2.0mm的镀锌板的无损定量检测，具有检测速度快、灵敏度高、非接触、无污染、可便携性等优点；

此外，被测试件的电感值变化不易受环境温度的影响，可有效提高测厚过程的测量精度；在汽车用镀锌板的生产过程中，能够实现稳定可靠的无损定量检测，且数据处理方法简单，易于实施在线检测从而节省大量的经济成本和时间，潜在经济效益巨大。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本发明装置的电涡流探头俯视图；

图3是本发明装置的电涡流探头截面图；

图4是本发明装置的夹具俯视图；

图5是本发明装置的夹具截面图；

图6是本发明使用的镀层厚度检测模型的标定流程图。

图中，1、激励线圈，2、骨架，3-1、夹具上压板，3-2、被测试件，3-3、紧固螺钉，3-4、夹具基座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明为一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，它包括：

电涡流探头、阻抗分析仪、用于固定被测试件3-2的夹具以及计算机；

所述的电涡流探头置于夹具中的被测试件3-2的表面、并且与阻抗分析仪相互连接，阻抗分析仪输出端与计算机相连；

其中，所述阻抗分析仪产生正弦激励信号驱动电涡流探头产生激励磁场并作用于被测试件3-2，电涡流探头感应并输出信号经阻抗分析仪处理后输入计算机分析。

如图2、图3所示，所述的电涡流探头由激励线圈1和骨架2组成；

所述的激励线圈1绕制在骨架2上；其中，所述的骨架2为铁氧体磁芯，激励线圈1半径为10mm、匝数为200匝、高度为6mm。

工作时，电涡流探头置于被测试件3-2的表面，通过阻抗分析仪产生一正弦激励信号，驱动电涡流探头产生激励磁场，同时也在被测试件3-2内部产生涡流磁场；根据不同镀层厚度的被测试件3-2产生的涡流磁场不同，将激励磁场和涡流磁场形成的复合磁场转化成电信号，该电信号反馈到阻抗分析仪获得电感值，通过计算机对所得电感值的处理就可得到被测试件镀层的厚度信息。

如图4和图5所示，所述的夹具包括夹具上压板3-1以及夹具基座3-4；被测试件3-2设置在两者之间并且通过紧固螺钉3-3紧固压平；

其中，夹具上压板3-1正中央开有一个大圆孔，以使电涡流探头能够置于被测试件3-2的表面，夹具基座1-4主要起到支承被测试件1-2的作用，被测试件3-2镀层的厚度范围为0~2.0mm，而夹具上压板3-1则用于盖在被测试件3-2的表面上，利用自身重力将被测试件3-2表面压平，以防止被测试件3-2表面不平造成测量误差，从而有效提高被测试件3-2镀层的厚度测量精度。

本发明还公开了一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法，包括以下步骤：

1）标定：制作一系列由金属板材和金属板材上的锌镀层构成的标准试件，且各试件的材质和厚度相同、锌镀层的厚度不相同；采用上述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，获取其电涡流信号对应的电感值，建立待测试件3-2的镀层厚度检测数据模型；

其中，步骤1）的具体步骤如下：

11）制作一系列由金属板材和金属板材上的锌镀层构成的标准试件，各试件的材质和厚度相同，锌镀层的厚度不相同，并上述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置逐一获取这些标准试件电涡流信号对应的电感值；

测量时将电涡流探头置于被测标准试件锌镀层表面，在电涡流探头轴线与被测标准试件3-2表面垂直的条件下进行；

12）以电感值作为每一个不同锌镀层厚度的标准试件的特征参数，计算机采集各标准试件3-2的特征参数与相应的实际镀层厚度；

13）将步骤12）获得的标准试件的特征参数作为输入，实际镀层厚度作为输出，建立待测试件3-2的镀层厚度检测数据模型；

2）检测：对于待测试件3-2，采用上述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，获取其电涡流信号对应的电感值，调用其对应的镀层厚度检测数据模型，计算镀层厚度。

所述步骤2）具体包括以下步骤：

21）采用上述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置获取待测试件3-2电涡流信号对应的电感值；

22）以电感值作为被测试件3-2的特征参数，将被测试件3-2的特征参数输入到步骤13）建立的镀层厚度检测数据模型，获取被测试件3-2的镀层厚度。

如图6所示为一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法中镀层厚度检测数据模型的标定流程图：

1）根据镀层厚度检测数据模型的输入输出序列进行参数初始化，确定标准试件的采样数目、金属板材的材料和厚度以及检测频率；

2）根据镀层厚度检测数据模型的采样数目，采集不同锌镀层厚度的标准试件测得的电感值与对应的实际镀层厚度；

3）根据镀层厚度检测数据模型采集的各标准试件的电感值与对应的实际镀层厚度，以标准试件的电感值作为输入，实际镀层厚度作为输出，用最小二乘法进行电感值-镀层厚度多项式的拟合；

4）根据镀层厚度检测数据模型的电感值-镀层厚度多项式，计算镀层厚度检测数据模型的预测输出；

5）根据镀层厚度检测数据模型的预测输出和期望输出，计算预测误差；

8）若误差超出规定范围，则根据镀层厚度检测数据模型的预测误差更新镀层厚度检测数据模型的参数，重新建立镀层厚度检测数据模型；如果误差没有超出规定范围，则停止计算，完成镀层厚度检测数据模型的建立。

综上所述，本发明所采用的夹具由夹具基座3-4和夹具上压板3-1组成，其中，夹具基座3-4主要起到支承被测试件3-2的作用，而夹具上压板3-1用于盖在被测试件3-2的表面上，利用自身重力将被测试件3-2表面压平，以防止被测试件3-2表面不平造成测量误差，从而有效提高被测试件3-2镀层的厚度测量的精度；

并且本发明在电涡流技术检测镀锌板镀层的厚度时，选用电感值作为涡流测厚的主要特征参数，有效增大计算机所建立的镀层厚度检测模型中镀层厚度与电感值特性曲线的单调范围，进一步提高测厚范围，从而实现镀层厚度范围为0mm-2.0mm的镀锌板的无损定量检测，具有检测速度快、灵敏度高、非接触、无污染、可便携性等优点；

此外，被测试件3-2的电感值变化不易受环境温度的影响，可有效提高测厚过程的测量精度；在汽车用镀锌板的生产过程中，能够实现稳定可靠的无损定量检测，且数据处理方法简单，易于实施在线检测从而节省大量的经济成本和时间，潜在经济效益巨大。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，其特征在于，它包括：

电涡流探头、阻抗分析仪、用于固定被测试件（3-2）的夹具以及计算机；

所述的电涡流探头置于夹具中的被测试件（3-2）的表面、并且与阻抗分析仪相互连接，阻抗分析仪输出端与计算机相连；

其中，所述阻抗分析仪产生正弦激励信号驱动电涡流探头产生激励磁场并作用于被测试件（3-2），电涡流探头感应并输出信号经阻抗分析仪处理后输入计算机分析。

2.根据权利要求1所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，所述的电涡流探头由激励线圈（1）和骨架（2）组成；

所述的激励线圈（1）绕制在骨架（2）上。

3.根据权利要求2所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，所述的骨架（2）为铁氧体磁芯，激励线圈（1）半径为10mm、匝数为200匝、高度为6mm。

4.根据权利要求1所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，所述的夹具包括夹具上压板（3-1）以及夹具基座（3-4）；被测试件（3-2）设置在两者之间并且通过紧固螺钉（3-3）紧固压平；

其中，夹具上压板（3-1）正中央开有一个大圆孔，以使电涡流探头能够置于被测试件（3-2）的表面。

5.一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）标定：制作一系列由金属板材和金属板材上的锌镀层构成的标准试件，且各试件的材质和厚度相同、锌镀层的厚度不相同；采用如权利要求1所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，获取其电涡流信号对应的电感值，建立待测试件（3-2）的镀层厚度检测数据模型；

2）检测：对于待测试件（3-2），采用权利要求1所述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置，获取其电涡流信号对应的电感值，调用其对应的镀层厚度检测数据模型，计算镀层厚度。

6.根据权利要求5所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法，其特征在于，所述步骤1）包括以下步骤：

11）制作一系列由金属板材和金属板材上的锌镀层构成的标准试件，各标准试件的材质和厚度相同，锌镀层的厚度不相同，并采用权利要求1所述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置逐一获取这些标准试电涡流信号对应的电感值；

测量时将电涡流探头置于被测标准试件锌镀层表面，在电涡流探头轴线与被测标准试件表面垂直的条件下进行；

以电感值作为每一个不同锌镀层厚度的标准试件的特征参数，计算机采集各标准试件的特征参数与相应的实际镀层厚度；

13）将步骤12）获得的标准试件的特征参数作为输入，实际镀层厚度作为输出，建立被测试件（3-2）的镀层厚度检测数据模型。

7.根据权利要求5所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法，其特征在于，所述步骤2）包括以下步骤：

21）采用权利要求1所述的汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测装置获取待测试件（3-2）电涡流信号对应的电感值；

22）以电感值作为被测试件（3-2）的特征参数，将被测试件（3-2）的特征参数输入到步骤13）中建立的镀层厚度检测数据模型，获取被测试件（3-2）的镀层厚度。

8.根据权利要求6所述的一种汽车用镀锌板镀层厚度的电涡流检测方法，其特征在于，所述镀层厚度检测数据模型的建立包括以下步骤：

1）根据镀层厚度检测数据模型的输入输出序列进行参数初始化，确定标准试件的采样数目、金属板材的材料和厚度以及检测频率；

2）根据镀层厚度检测数据模型的采样数目，采集不同锌镀层厚度的标准试件测得的电感值与对应的实际镀层厚度；

3）根据步骤2）采集的各标准试件的电感值与对应的实际镀层厚度，以标准试件的电感值作为输入，实际镀层厚度作为输出，用最小二乘法进行电感值-镀层厚度多项式的拟合；

4）根据镀层厚度检测数据模型的电感值-镀层厚度多项式，计算镀层厚度检测数据模型的预测输出；

5）根据镀层厚度检测数据模型的预测输出和期望输出，计算预测误差；

6）若误差超出规定范围，则根据镀层厚度检测数据模型的预测误差更新镀层厚度检测数据模型的系统参数，重复步骤3）—5）；

若误差没有超出规定范围，则停止计算，完成镀层厚度检测数据模型的建立。