CN108872364A - 一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，方法包括：在箔材待测试样的一侧设置一小永磁体，箔材待测试样处于小永磁体形成的电磁敏感区内，箔材待测试样与小永磁体的距离为L；将小永磁体与测力传感器相连接；将一无针孔的箔材标准试样与小永磁体之间进行相对运动，通过测力传感器测得小永磁体受到的第一反作用力将箔材待测试样中针孔部位经过小永磁体的电磁敏感区时，通过测力传感器测得小永磁体受到的第二反作用力；得到第二反作用力与第一反作用力的反作用力变化量，通过反作用力变化量的处理得到箔材待测试样中的针孔信息。本发明的一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，测量过程简单，准确度高。

Description

一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，尤其涉及一种基于洛伦兹力检测铝、铜箔材中针孔等缺陷的新型检测方法。

背景技术

铝箔具有高阻隔性，无毒无味、遮光防潮、耐腐蚀、材质轻、抗紫外线，在深加工时易于折曲，粘合性、热合性及表面印刷性能优良，广泛应用于烟卷、食品、药品、电子、照相器材和日用化工等行业。随着科技的发展，相关行业对铝箔和板带材表面质量的要求越来越高，因此需要对表面进行在线检测，这其中包含对一些特殊用途的薄带材料的检测，如密封包装料、管料等，需要对其内部存在的针孔等缺陷进行全面准确的检测，避免由于误检和漏检对后续产品造成损失，针孔的大小。在铜箔中若存在针孔等缺陷，用这样的覆铜板制作成的线路板，如果针孔在导电线路上，极易造成断路，使线路板报废，从这一点可以看到铜箔针孔的危害很大。随着信息产业的飞速发展，对信息传递要求速度快、精准度高、形字音清晰、抗干扰能力强等。这就要求电子产品要多功能化、小型化、轻型化，随身携带方便，使用方便。这样就要求印制线路极其精细,同时对印制线路用电解铜箔的技术要求更高了，绝对不允许铜箔有针孔。因此在线检测针孔在生产工艺中意义重大

基于光学图像的机器视觉检测技术是目前表面质量的主流检测方法，其检测的高效性和对工作环境要求低的特点使得它正逐步取代人工检测。该检测技术通常分为反射式与透射式两种检测方式。反射方式是指首先通过表面检测系统将所有表面出现的异常针孔全部检测出来，然后计算针孔的一些特征，再采用模式分类方法将针孔与其他针孔区分开来。由于金属带材表面可能出现的针孔种类及数量异常繁多，因此当出现如很多斑点等类似于针孔的针孔干扰针孔的检测和判定时，误检和漏检的情况比较容易出现。而直接采用透射式技术对铝箔等反光严重的薄金属带材进行检测将会遇到一些问题: 强的环境光投射到高反光带材上容易出现亮的假针孔干扰；图像采集触发信号启动时产生出亮条状的假针孔如何排除；材料局部内部组织松散出现大面积散点针孔时，工艺统计量化指标不一致。这些问题的出现会直接影响系统的工作稳定性和最终检测性能。此外，因为大部分针孔是由于杂质缺陷造成的,这些缺陷的尺寸只有与金属箔厚度相当或略大时,才能造成严重的破坏并脱落和形成裂口，而缺陷脱落形成裂口这个过程可能会在箔材制成产品以后发生，传统光学方法无法将有缺陷但未形成针孔这类情况检查出来，因此光学方法检查后的箔材存在潜在危害。传统光学方法在规定的环境及灯箱光源下，利用金属箔针孔的透光性来观察针孔的数量，并测量针孔的尺寸，该方法要求完整的针孔(在箔材上形成可透过光线的空洞)，但对局部材料减薄易破裂部位但未形成透光部分的检测存在困难。

因此可见尽管基于光学图像的机器视觉检测技术因其检测的高效性和对工作环境要求低的特点使得它成为主流检测方法。但上诉所述的局限性也干扰或是影响其检测结果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，克服了现有技术基于光学图像的机器视觉方法检测针孔的检测技术局限性，并且测量过程简单，准确度高，该系统设计成本低，易于推广使用。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，所述方法包括：

步骤1，在箔材待测试样的一侧设置一小永磁体，所述箔材待测试样处于小永磁体形成的电磁敏感区内，所述箔材待测试样与所述小永磁体的距离为 L；

步骤2，将所述小永磁体与测力传感器相连接；

步骤3，将一无针孔的箔材标准试样与所述小永磁体之间进行相对运动，通过所述测力传感器测得所述小永磁体受到的第一反作用力；

步骤4，将所述箔材待测试样中针孔部位经过所述小永磁体的电磁敏感区时，通过所述测力传感器测得所述小永磁体受到的第二反作用力；得到所述第二反作用力与所述第一反作用力的反作用力变化量，通过所述反作用力变化量的处理得到所述箔材待测试样中的针孔信息。

具体的，所述箔材待测试样的材质为铝或铜；所述箔材标准试样的材质为铝或铜

具体的，所述步骤3中第一反作用力的各分量具体为F_x、F_y、F_z。

具体的，所述步骤4中第二反作用力的各分量具体为(F_x+ΔF_x)、 (F_y+ΔF_y)、(F_z+ΔF_z)。

具体的，所述步骤4中反作用力变化量各分量具体为ΔF_x、ΔF_y、ΔF_z。

本发明的一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，测量过程简单，准确度高，该系统设计成本低。

附图说明

图1是本发明一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法的流程图；

图2A是本发明一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法的检测原理的示意图之一：

图2B是本发明一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法的检测原理的示意图之二。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明检测方法利用在铜、铝箔材一侧(如：实际工艺中可置于箔材底部)设置一小永磁体，并使铜、铝箔材试样处于小永磁体形成的电磁敏感区内；当铜、铝等箔材与小永磁体之间存在相对运动时，相对运动客观上使箔材切割永磁体磁感线，因此在铜、铝箔材中感生涡电流，涡电流与永磁体相互作用产生洛伦兹力作用于箔材上，根据牛顿第三定律作用力与反作用力为大小相等、方向相反的关系，洛伦兹力的反作用力作用于小永磁体上，当铜、铝箔材上存在针孔等缺陷时，缺陷的存在会改变涡电流，进而作用于小永磁体上的反作用力也随之改变，通过测力传感器测量小永磁体所受到的反作用力变化信号可以分析铜铝箔材内针孔存在与否及其相关特性(尺寸、形状等)。通过本发明可以获知针孔的信息更丰富，如可获知针孔的形状、尺寸等信息；通过检测原理部分分析可知：通过本发明方法可克服现有基于光学图像的机器视觉检测技术中伪信号干扰检测信号这一难题，如：即使金属箔材中的缺陷即使未形成透光性的针孔也能被检测出来；本发明对检测条件无苛刻要求，避免了传统光学方法中环境光对检测结果的干扰；本发明检测结果后处理简洁，检测结果直观明了。

图1为本发明一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法的流程图，如图所示，本发明具体包括如下步骤：

步骤101，如图2A所示，本发明检测方法示意图之一，在箔材待测试样(例如材质为铝或铜)2一侧设置一小永磁体1，箔材待测试样2与小永磁体1的距离为L，即使箔材待测试样2处于小永磁体1形成的电磁敏感区内(磁场较强较为集中的区域)；

步骤102，将小永磁体1与测力传感器相连接；

步骤103，使一无针孔的箔材标准试样(例如材质为铝或铜)与小永磁体1之间获得相对运动，通过测力传感器测得小永磁体受到的第一反作用力；

具体的，第一反作用力的各分量具体为F_x、F_y、F_z。

步骤104，如图2B所示，箔材待测试样2中针孔部位3经过小永磁体的电磁敏感区时，通过测力传感器测得小永磁体受到的第二反作用力，从而得到所述第二反作用力与第一反作用力的反作用力变化量，通过所述反作用力变化量的分析获得针孔3信息；

具体的，第二反作用力的各分量具体为(F_x+ΔF_x)、(F_y+ΔF_y)、 (F_z+ΔF_z)；第一反作用力变化量各分量具体为ΔF_x、ΔF_y、ΔF_z。

本发明基于洛伦兹力检查铜、铝箔材中针孔等缺陷的检查方法过程简单。

本发明原理：

根据法拉第电磁感应原理：闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流；同理：利用铜、铝等箔材与小永磁体存在相对运动，箔材切割小永磁体磁感线并在箔材中感生出涡电流；铜、铝箔材试件中涡电流与小永磁体相互作用产生的洛伦兹力并作用于箔材上，但作用于金属箔材上的洛伦兹力是不可测的，然而，根据牛顿第三定律作用力与反作用力为大小相等、方向相反的关系，有一与作用于箔材上洛伦兹力大小相等、方向相反的反作用力作用在小永磁体上，而作用在小永磁体上的反作用力却是可测的，可通过测力传感器测得。因此，可通过该反作用力的变化定量地、非直接接触地检测铜、铝箔材导体中针孔的特征。

由于力为矢量，因此可同时测得该反作用力的各分量(F_x、F_y、F_z)，本发明获得的测量信息更丰富，可以更准确地反应针孔的特征，同时也能克服传统光学方法中伪信号对检测结果的干扰。

如图2A所示，距铜、铝箔材L处的小永磁体的磁场渗透到铜、铝箔材 2中并形成电磁敏感区(磁场较强较为集中的区域)。当铜、铝箔材与小永磁体之间存在相对运动，即箔材切割小永磁体运动，根据法拉第电磁感应原理，铜、铝箔材2内部将产生感应电流，或称为涡电流。小永磁体1 与铜、铝箔材2内部的感应涡电流相互作用会产生洛伦兹力并作用于铜、铝箔材上。作用于铜、铝箔材上的洛伦兹力是无法直接测量获得，但根据牛顿第三定律：相互作用的两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，因此可通过对作用于小永磁体上的反作用力的测量来获得洛伦兹力信息。本发明中，作用于小永磁体1上的反作用力通过测力传感器测得，并可同时通过多个测力传感器测得反作用力的三个分量(F_x、F_y、F_z)。如图2B所示：当有针孔3存在时，涡电流由j₀变化为j₁，最终小永磁体1受到的反作用力随之改变，此时测得反作用力为(F_x+ΔF_x)、 (F_y+ΔF_y)、(F_z+ΔF_z)，与无针孔时测得的反作用力分量F_x、F_y、F_z对比分析可获得针孔3的信息。通过以上分析可知：本发明方法通过测力传感器测量小永磁体1所受到的反作用力变化量即可有效地获得针孔3信息。

本发明具有以下特点和优点：

1、本发明方法广泛地适用于铜、铝等导电类箔材中针孔的检测。本发明方法在测量过程中，待测导体与测量仪并无直接机械接触，仍是一种无损检测方法，且只需测量力及其变化，因此测量过程方便简单，简化了测量条件、测量过程和测量成本，因此可以大大简化测量设备，易于实现自动化和小型化；

2、本发明方法相对于现有基于光学图像的机器视觉检测技术，用测力传感器检测小永磁体与箔材中涡电流相互作用产生的洛伦兹力。在测量过程中，检测的关键部件为小永磁体。相对现有基于光学图像的机器视觉检测技术中伪信号对检测结果的干扰，本方法中检测量为永磁体受到的洛伦兹力的反作用力，即使金属箔材中的缺陷并未形成透光的通孔，通过本方法也能检测出来，本方法无特殊的测量条件要求，无光学方法中环境光对检测结果的干扰，并且采用小尺寸及特定形状的小永磁体检测探头可进一步地提高检测精度；

3、相对于现有基于光学图像的机器视觉检测技术，本发明方法在测量过程中，测量量—小永磁体所受的反作用力为矢量，其各分量均能通过测力传感器测得，因此获得的测量量信息更丰富、更为精确。通过对反作用力分量(F_x、F_y、F_z)的解析，可获得针孔尺寸、形状等信息，因此测量结果更加丰富。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于洛伦兹力的缺陷检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，在箔材待测试样的一侧设置一小永磁体，所述箔材待测试样处于小永磁体形成的电磁敏感区内，所述箔材待测试样与所述小永磁体的距离为L；

步骤2，将所述小永磁体与测力传感器相连接；

步骤3，将一无针孔的箔材标准试样与所述小永磁体之间进行相对运动，通过所述测力传感器测得所述小永磁体受到的第一反作用力；

步骤4，将所述箔材待测试样中针孔部位经过所述小永磁体的电磁敏感区时，通过所述测力传感器测得所述小永磁体受到的第二反作用力；得到所述第二反作用力与所述第一反作用力的反作用力变化量，通过所述反作用力变化量的处理得到所述箔材待测试样中的针孔信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述箔材待测试样的材质为铝或铜；所述箔材标准试样的材质为铝或铜。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中第一反作用力的各分量具体为F_x、F_v、F_z。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中第二反作用力的各分量具体为(F_x+ΔF_x)、(F_y+ΔF_y)、(F_z+ΔF_z)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中反作用力变化量各分量具体为ΔF_x、ΔF_y、ΔF_z。