CN109738514A - 一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1，将小尺寸永磁体置于待测金属箔材附近并产生相对运动，使金属箔材中感生出涡电流；步骤2，通过磁场传感器测量由金属箔材中的针孔等异质缺陷经过时引起的待测金属箔材周围的感应二次磁场的变化；步骤3，通过所述感应二次磁场变化确定所述缺陷的特征以及位置。本发明基于电磁感应原理探测金属箔材中的缺陷，测量原理清晰；测量仪结构简单；测量准确度高；测量效率高；实时在线检测和反馈、不干扰生产、能适应不同场合应用。

Description

一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法，尤其涉及铝箔中的针孔以及划痕等缺陷的检测。

背景技术

金属箔材是很薄的金属片，厚度一般在200μm以下，大多用锤锻或是轧制的方式制造。金属箔材材多选用延展性好的材料，例如金、铝、铜、镍、钨、锡以及其他稀土金属等。不同材质的金属箔材有着不同的用途，金银镍铜箔可以用于装饰或包装；铜镍或镍铬电阻合金箔用来制作测力应力片、精密电阻和录音录像设备；钨箔可用于特殊电子管；锡箔主要用于医药、化工、轻工、食品、艺术用品及工艺品制作等领域，比如用于高级干式电容器、装饰、装潢材料、微波炉隔热层、食品及酒类的封装；铁镍软磁合金箔用来制作微型高频脉冲变压器；稀土金属箔材用于原子能反应堆。金属箔材的品种和应用领域都在随着社会经济的发展而日益增多。金属箔材的厚度大多非常薄，例如，2012年全球压延铜箔中，厚度18μm的铜箔占市场比例最高，为76％，其次是12μm的占15％，35μm的占9％。金属箔材材中用量最大的是铝箔，最常用的铝箔厚度在5-8μm。其余种类的金属箔材厚度如下，镍箔:10-200μm；镍合金箔：20-200μm；钛箔厚度:20-200μm；锆箔厚度:30-200μm；钽箔厚度:50-200μm。

加工过程中，由于原材料、轧制设备和工艺等原因，不可避免地会导致金属箔材材表面出现针眼、针孔等不同类型的缺陷。这些缺陷不仅影响产品的外观，而且降低了产品的抗腐蚀性、耐磨性和疲劳强度等性能。在铝箔工业中，针孔是最主要的缺陷类型。原料、轧辊、轧制油，甚至空气中尺寸达到6μm左右的尘埃进入辊缝后均会引起针孔缺陷，所以铝箔的针孔缺陷是非常常见、难以避免的，只能用多少和大小评价它。铝箔轧制缺陷种类尽管很多，但最终主要表现为：以孔洞为特征的针孔、辊眼、开缝、气道；以表面状况为特征的油污、光泽不均、振痕、张力线、水斑、亮点亮斑；以影响后工序加工的板形、起皱、打折、卷取不良；以尺寸为特征的厚差等。金属箔材的表面缺陷对产品的美观度、舒适度和使用性能等带来不良影响，所以生产企业需要对金属箔材的表面缺陷进行检测以便及时发现并加以控制。

迄今为止，对金属箔材缺陷的检测方法主要有目测法和基于机器视觉的缺陷检测方法。目测法主要是采用激光照射，可显示针孔的大小和带卷上宽度的分布，通过肉眼辨别的方式来寻找和判别缺陷，存在抽检率低、准确性不高、实时性差、效率低、劳动强度大等劣势，只能在极少数场合使用。

基于机器视觉的表面缺陷检测系统，采用机器代替人眼来做测量和判断。通过即CCD摄像装置提取缺陷位置和图像，然后将图像传递至处理单元，通过数字化处理，使得黑色的针孔区域与偏亮的金属箔材材背景的对比度进一步扩大，最终可以将针孔与金属箔材材背景分离开来，根据像素分布和亮度、颜色等信息来进行缺陷尺寸、形状等的判断，进而根据判断的结果来控制现场工艺。当前工业应用中主要是以基于机器视觉的检测系统为主。但是从机器视觉表面检测的准确性方面来看，尽管一系列优秀的算法不断出现，但在实际应用中准确率仍然与满足实际应用的需求尚有一定差距，如何解决准确识别与模糊特征之间、实时性与准确性之间的矛盾仍然是机器视觉检测系统的难点。此种检测系统的突破主要来自于图像处理和分析算法的发展，算法各有优缺点和其适应范围，如何提高算法的准确性、实时性和适用性，仍然是需要提高的方面。同时该方法还存在效率较低、速度较慢、无法实现实时在线监测等缺点。本发明克服了上述不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法，使小永磁体与待测金属箔材之间产生相对运动,由麦克斯韦的电磁场理论可知在导体中将产生涡电流，由于针孔等异质缺陷和导体之间电导率的差异，根据安培定律,涡电流在空间产生的感应二次磁场也会发生相应的变化，通过数值模拟结果发现，该二次磁场变化量非常小，仅有数十微特斯拉的量级，因此可利用基于磁阻效应的具有高灵敏度的磁场传感器直接探测这种空间磁场的变化。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法，所述方法包括：

步骤1，将小尺寸永磁体置于待测金属箔材附近并产生相对运动，使金属箔材中感生出涡电流；

步骤2，通过磁场传感器测量由金属箔材中的针孔等异质缺陷经过时引起的待测金属箔材周围的感应二次磁场的变化；

步骤3，通过所述感应二次磁场变化确定所述缺陷的特征以及位置。

进一步的，所述步骤1中所述小永磁体的磁化方向垂直于待测导体表面，且相互之间不接触。

进一步的，所述步骤2中采用基于磁阻效应的传感器测量空间感应二次磁场的变化。

进一步的，所述步骤3中的磁场变化的脉冲数目为针孔或异质缺陷的数目。

进一步的，所述步骤3中的磁场变化的量越大，则针孔或异质缺陷的尺寸越大，二次磁场变化所产生的脉冲信号与针孔或特定缺陷尺寸存在相互对应的关系。

本发明是用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法，测量原理清晰；测量仪结构简单；测量准确度高；测量效率高；实时检测和反馈、不干扰生产、能适应不同场合应用。

附图说明

图1为本发明用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法的测量原理示意图；

图2为本发明用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法的流程图；

图3为本发明用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法的典型信号特征图。

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。

本发明的基本原理如下：如图1所示,由小尺寸永磁体提供一个局部的静磁场B，在金属箔材中建立一个电磁敏感区，范围约为小磁体尺寸的三倍，所有的电磁参量变化主要集中在该敏感区内。使小永磁体与待测金属箔材试样之间产生相对运动,根据欧姆定律，在金属箔材中产生电流方向相反的一对涡电流环J。根据安培定律，涡电流在其周围产生感应二次磁场b。

当针孔等异质缺陷随金属箔材运动进入电磁敏感区时，由于异质缺陷与待测金属箔材基体之间存在电导率的差异，金属箔材中的涡电流环J大小及分布将发生变化，涡电流环无法穿过异质缺陷，而是与其边缘相切分布，相应地，涡电流在其周围产生的感应二次磁场b也将发生变化，

显然，空间磁场的变化量Δb与异质缺陷之间存在着对应关系。由于上述物理量均为场量的变化，因而可测的空间磁场变化可反映出针孔或异质缺陷的空间形状、尺寸以及数量特征。

图2为本发明基于电磁感应原理的导体中缺陷探测方法的流程图，如图所示，本发明包括如下步骤：

步骤1，将小永磁体置于待测金属箔材附近，使磁场渗透到待测金属箔材中,小永磁体的磁化方向垂直于待测金属箔材表面，且两者之间无机械接触，使小磁体与待测金属箔材之间产生相对运动；

步骤2，测量由针孔等异质缺陷引起的待测金属箔材周围的感应二次磁场的变化；

步骤2中采用基于磁阻效应的磁场传感器测量空间感应二次磁场的变化。当磁场发生变化时，则表明待测试样中存在针孔或异质缺陷，获得测量信号图，如图3所示。

步骤3，通过感应二次磁场变化确定针孔或异质缺陷的特征。

本步骤中的磁场变化的脉冲数目为针孔或异质缺陷的数目。磁场变化的量越大，则针孔或异质缺陷的尺寸越大。磁场变化所引起的脉冲信号与针孔或异质缺陷在时空上存在一一对应关系，可以反推出针孔或异质缺陷在导体中的空间位置和空间分布。

本发明基于电磁感应原理的导体中缺陷探测方法，具有以下特点和优点：

1、本发明方法由小永磁体提供磁场，小永磁体尺寸可以做的更小，电磁敏感区可以更小，可探测微米级的针孔或异质缺陷，较传统的视觉方法的测量精度有大幅提高；

2、本发明中通过磁阻效应传感器探测的空间磁场的变化，矢量场的变化使探测的信息更为丰富，可获得更多针孔粒或异质缺陷的特征信息，如位置，大小等；

3、根据本发明方法设计测量仪，结构简单，检测效率高，易于实现自动化和小型化，可实现实时在线检测和反馈、不干扰生产，可以应用到更多的领域和环境中。

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 (6)

1.一种用于薄金属箔材中缺陷探测的电磁检测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，将小尺寸永磁体置于待测金属箔材附近并产生相对运动，使金属箔材中感生出涡电流；

步骤2，通过磁场传感器测量由金属箔材中的针孔等异质缺陷经过时引起的待测金属箔材周围的感应二次磁场的变化；

步骤3，通过所述感应二次磁场变化确定所述缺陷的特征以及位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中所述小永磁体的磁化方向垂直于待测金属箔材表面，且相互之间不接触。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1所述的金属箔材厚度为1-200μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中采用基于磁阻效应的传感器测量感应二次磁场的变化。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的磁场变化的脉冲数目为针孔异质缺陷的数目。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的磁场变化的量越大，则针孔等异质缺陷的尺寸越大，二次磁场变化所产生的脉冲信号与针孔等异质缺陷尺寸存在相互对应的关系。