CN108534664A - 一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统 - Google Patents

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陈瑞娟
李炳南
戚昊峰
王金海
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Tianjin Polytechnic University
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/28—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring contours or curvatures

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Abstract

本发明公开了一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，系统包括：测试容器、步进电机、电机控制模块、信号采集测量模块、激励源及计算机。将工件固定在设计好的测试容器中，电机可控制该容器转动或控制测量单元移动。电机控制模块由步进电机驱动器和控制器组成，交由计算机进行控制。测量装置主要由线圈和绝缘支架组成，采集装置使用采集卡进行数据的同步采集并记录。数据采集测量模块将数据传给计算机，计算机对采集到的电压曲线计算磁感应强度的分布，从而对工件的电导率分布图像进行三维重建，通过与所需工件的具体外形尺寸进行对比，判断工件是否符合需求。

Description

一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统
技术领域
本发明涉及电阻抗成像领域，特别涉及一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统。
背景技术
磁探测电阻抗成像(magnetic detection electrical impedance tomography，MDEIT)是一种新型的成像技术，是电阻抗成像(electrical impedance tomography，EIT)技术的一个重要分支。磁探测电阻抗成像通过向成像体注入一定范围内的安全激励电流，进而在成像体外部产生感应磁场，通过采集成像体周围的磁场数据来重建成像体内部的电导率分布。它不需要大型的检测设备，对环境没有特殊的要求。
发明内容
本发明提出了一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，本发明通过重建工件的三维电导率分布，判断工件是否符合需求。本发明使用多组线圈测量，提高了测量的准确性，提高了电导率(谱)图像重建的质量，详见下文描述：
一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，系统包括：测试容器、步进电机、电机控制模块、信号采集测量模块、激励源及计算机，其中，
将工件固定在设计好的测试容器中，激励源给测量工件提供一个特定的电压激励或者电流激励；电机可控制该容器转动或控制测量单元移动；电机控制模块控制步进电机的旋转方向与步长；数据采集测量模块将采集到的数据传给计算机，计算机对采集到的数据计算磁感应强度的分布，从而对工件的电导率分布图像进行三维重建，通过与所需工件的具体外形尺寸进行对比，判断工件是否符合需求。
所述测试容器为使用透明绝缘材料制做成的正方体容器，每个面中心各开一个带螺纹的小孔，绝缘棒可以通过小孔固定工件，绝缘棒的顶端可以固定为电极片给工件供电，也可以固定绝缘材料，起到固定工件的作用。
所述激励源为单一频率或多频率且幅值可调电压源或电流源，并且采用双刀三掷开关控制。
所述步进电机控制模块由步进电机驱动器和控制器组成，并且通过串口交由计算机进行控制。
所述信号采集测量模块包括采集装置和测量装置，其中采集装置由采集线圈和支架组成，测量装置使用采集卡进行数据的测量存储。
所述步进电机为可控制转速、角度、旋转方向的电机。
所述旋转平台为使用透明绝缘材料制作而成，具体尺寸可以根据实际需求设计。
所述采集线圈为4个两两一组，分别采集不同半径内的数据。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明设计了一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，本发明通过分别给三对激励电极供电改变工件内部电场分布，进而改变工件外部磁感应强度分布，测量线圈获取被测工件外部扫描路径上的多组磁感应强度分布曲线，采集卡将数据进行并保存至计算机，计算机对多组磁感应强度曲线进行处理，重建工件内部的电导率分布图像，本发明丰富了对磁场分布测量的信息量，通过对工件进行三维电导率重建，根据电导率的分布情况，可以确认工件外形是否符合需求。通过采用多对线圈同时进行测量，避免了单个线圈采集时造成的测量误差，提高了电导率(谱)图像重建的质量。该发明提供了对于批量生产的不合格工件的一种检测装置，避免了因工件不合格造成的重大隐患。
附图说明
图1为磁探测电阻抗成像的原理示意图；
图2为本发明提供的测量容器及激励源结构示意图；
图3为本发明提供的磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统的结构图；
图4为本发明提供的磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统的使用流程图；
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
为了检测工厂批量生产的工件外形是否符合需求，本发明提供一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，系统结构图参见图2、图3，图2中1为绝缘透明的正方体容器、2为带螺纹的小孔、3为电极片或绝缘材料、4为工件、5为空心带螺纹的绝缘棒，详见下文描述：
一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，包括：测试容器由1、2、3、4、5组成，其中三对激励电极分别为a和b、c和d、e和f，信号采集测量模块由线圈、支架、采集卡组成，步进电机，电机控制装置模块和计算机，其中：
三对电极与绝缘棒相连，绝缘棒由透明绝缘材料制成，内部中空可通导线，外表面带螺纹，与带螺纹的小孔2进行固定。
进一步地，工件置于容器中心，其中的一对电极供电时，另外两对电极用绝缘材料代替，对工件起固定作用。
进一步地，激励源通过导线与电极片相连，激励源采用单一频率或多频率且幅值可调电压源或电流源，并且输出采用双刀三掷开关控制。
进一步地，该容器固定在旋转平台上，随着电机一同转动。
进一步地，4个线圈固定在支架上，支架可在固定平台上水平移动，同时可以对线圈进行上下调节，满足不同高度的测量。
进一步地，4个线圈两两一组，分别测量同一高度不同半径的四组数据。
进一步地，数据采集装置使用采集卡，设置4路采集通道，可以同时采集4组线圈的数据并存储。
进一步地，电机控制装置由电机驱动器和电机控制器组成，交由计算机进行控制。
进一步地，计算机对采集到的电压曲线计算磁感应强度的分布，从而对工件的电导率分布图像进行三维重建，通过与所需工件的具体外形尺寸进行对比，判断工件是否符合需求。
下面以具体的实施例来说明本发明提供的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统使用，包括以下步骤：
(1)接通所述a、b对激励电极；c、d、e、f使用绝缘材料并起到固定工件作用，并置容器的a、b面垂直于Z方向。
(2)测量装置采用线圈进行测量，四个线圈两两一组，分别测量同一高度不同半径的四组数据。
(3)计算机控制电机控制器从而实现对电机的控制，设置参数使电机每次旋转固定角度。所述测量线圈沿所述工件外相对移动进行二维方向上的扫描，测量装置通过所述测量线圈采集到的所述工件外部多组磁感应强度分布曲线。
(4)直至工件体旋转一周，改变所述双刀三掷开关状态，接通所述c、d对激励电极，a、b、e、f使用绝缘材料并起到固定工件作用，并置容器的c、d面垂直于Z方向，重复上述操作(2)和(3)。
(5)直至工件旋转一周，改变所述双刀三掷开关状态，接通所述e、f对激励电极，a、b、c、d使用绝缘材料并起到固定工件作用，并置容器的e、f面垂直于Z方向；重复上述操作(2)和(3)。
(6)数据采集装置使用采集卡，设置4路采集通道，实时采集4组线圈的数据，并将数据进行存储。
(7)计算机对采集到的电压曲线计算磁感应强度的分布，从而对工件的电导率分布图像进行三维重建，通过与所需工件的具体外形尺寸进行对比，判断工件是否符合需求。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，系统包括：测试容器、步进电机、电机控制模块、信号采集测量模块、激励源及计算机，其中，
将工件固定在设计好的测试容器中，激励源给测量工件提供一个特定的电压激励或者电流激励；电机可控制该容器转动或控制测量单元移动；电机控制模块控制步进电机的旋转方向与步长；数据采集测量模块将采集到的数据传给计算机，计算机对采集到的数据计算磁感应强度的分布，从而对工件的电导率分布图像进行三维重建，通过与所需工件的具体外形尺寸进行对比，判断工件是否符合需求。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于，所述测试容器为使用透明绝缘材料制做成的正方体容器，每个面中心各开一个带螺纹的小孔，绝缘棒可以通过小孔固定工件，绝缘棒的顶端可以固定为电极片给工件供电，也可以固定绝缘材料，起到固定工件的作用。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于，所述激励源为单一频率或多频率且幅值可调电压源或电流源，并且采用双刀三掷开关控制。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于，所述步进电机控制模块由步进电机驱动器和控制器组成，并且通过串口交由计算机进行控制。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于，所述信号采集测量模块包括采集装置和测量装置，其中采集装置由采集线圈和支架组成，测量模块使用采集卡进行数据的测量存储。
6.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于所述步进电机为可控制转速、角度、旋转方向的电机。
7.根据权利要求1所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于，所述旋转平台为使用透明绝缘材料制作而成，具体尺寸可以根据实际需求设计。
8.根据权利要求5所述的一种基于磁探测电阻抗成像的工件外形检测系统，其特征在于，所述采集线圈为4个两两一组，分别采集不同半径内的数据。
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