CN109991308A - 薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,利用同步测量得到的多类微磁信号特征,对带钢综合力学性能进行无损表征,系统主要包括上位机、主控箱、运动执行模块、微磁检测模块、微磁传感器和测距传感器,为稳定控制微磁传感器与薄带钢表面的提离距离,以及防止薄带钢高速行进过程中,浪形和焊缝等对微磁传感器造成碰撞,系统利于测距传感器预先测量待测薄带钢表面位置波动,当位置波动超过阈值时,系统中的运动执行模块将携带微磁传感器垂直移动,调整其与薄带钢表面的提离距离至合理范围。本发明提出了多种实施方式,用于实现薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测。
Description
技术领域
薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,属于无损检测技术领域,基于微磁检测原理,对生产线上高速运动的薄带钢进行综合力学性能无损检测。
背景技术
薄带钢广泛应用于汽车结构件、食品外包装、家电产品等制造领域,其综合力学性能直接影响后续产品的加工质量。薄带钢在制造过程中,需经过多项工艺处理,综合力学性能指标易存在一定波动。目前对薄带钢进行力学性能测试时,主要从带钢卷两端取样,制备成标准拉伸试样,进行拉伸破坏或压痕检测,测试结果即代表整卷薄带钢的力学性能。显然,上述方法不仅无法直接面向生产线,也无法准确评估薄带钢全长的力学性能分布状态。申请人所在团队基于微磁检测原理,已公布了“铁磁性材料结构力学性能的微磁检测标定方法 (CN105891321A)”,本发明是在上述检测原理基础上,提出的适用于薄带钢综合力学性能的无损、在线检测系统。
发明内容
本发明的目的是公布一类薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,该系统可实现薄带钢综合力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率、表面硬度等) 的无损表征。
为实现上述目的,本发明采取如下技术方案:
薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,其基本原理是利用微磁传感器同步测量得到的多类微磁信号(切向磁场、巴克豪森噪声、增量磁导率和多频涡流)特征,实现对带钢综合力学性能(屈服强度、抗拉强度、延伸率、表面硬度等)的无损表征。
该系统由上位机3、主控箱1(含运动控制卡等)、运动执行模块、微磁检测模块2(含双通道任意信号发生器、信号采集板卡等)、微磁传感器6和测距传感器7构成。
微磁传感器6由霍尔元件12、激励线圈13、U型铁14、涡流激励线圈15、检测线圈线圈16组成。微磁传感器6固定安装于运动执行模块的移动部件,且与微磁检测模块2相连,微磁检测模块2中的双通道任意信号发生器对激励线圈 13及涡流激励线圈15输入信号,信号采集板卡接收霍尔元件12和检测线圈16 输出的电压。微磁检测模块2与上位机3相连,将信号采集板卡采集的电压信号传输至系统上位机3软件对信号进行分析处理。
运动执行模块和测距传感器7与主控箱1的运动控制卡相连,当测距传感器 7测量得到的待测薄带钢8表面位置波动超过阈值时,运动执行模块将携带微磁传感器6移动,以稳定控制微磁传感器6与高速行进的薄带钢8表面的提离距离。
综合力学性能检测的基本步骤为:
步骤1:测距传感器7测量待测薄带钢8表面位置波动,系统上位机软件内置算法将对距离测量结果进行分析,当结果超过设置阈值时,将发送指令给运动控制卡,驱动运动执行模块携带微磁传感器6垂直移动,将微磁传感器6与薄带钢8表面的提离距离调整至合理范围(2±0.5mm),如果提离距离在合理范围,则运动执行模块保持稳定;
步骤2:微磁传感器8的励磁线圈13中始终通入低频(50~300Hz)电流,涡流激励线圈15中通入的高频电流包含多个单频成分(10~100kHz),高速电子开关控制高频电流的通断,当高速电子开关处于断开状态时,霍尔元件12和检测线圈16分别测量切向磁场和巴克豪森噪声信号,而高速电子开关处于导通状态时,检测线圈16测量材料低频磁化过程中的多频涡流响应;
步骤3:霍尔元件12和检测线圈13输出的电压信号传输至系统上位机,软件对信号进行分析处理,提取多类微磁信号(切向磁场、巴克豪森噪声、增量磁导率和多频涡流)的特征,并输入至预先建立的综合力学性能神经网络定量预测模型中,给出薄带钢综合力学性能指标(屈服强度、抗拉强度、延伸率、表面硬度等)检测值;
步骤4:循环重复步骤1~3,逐一对后续位置进行检测,由此得到综合力学性能指标在薄带钢全长的分布情况。
所述的运动执行模块,由单轴滑轨19或双轴滑轨21或关节式多自由度机械臂5等实现,使用单轴滑轨19时,微磁传感器6和测距传感器7分别固定安装于滑块18和导轨19支座,沿薄带钢行进方向分布,微磁传感器6位于测距传感器7后端;使用双轴21或关节式多自由度机械臂5时,测距传感器7安装于外部横梁,微磁传感器6安装于滑块或机械臂末端,调整微磁传感器6在薄带钢8 宽度方向的检测位置。
附图说明
图1:机械臂夹持传感器的薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统;
图2:带钢强度指标微磁无损在线检测原理示意图;
图3:激励信号示意图;
图4:单轴滑轨的薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统;
图5:双轴滑轨的薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统;
附图标记如下:1-主控箱 2-微磁检测模块 3-上位机 4-连接线 5-关节式多自由度机械臂 6-微磁传感器 7-测距传感器 8-薄带钢 9-外部横梁 10-张力辊 11-张力辊固定架 12-霍尔元件 13-激励线圈 14-U型铁 15-涡流激励线圈 16-检测线圈 17-导轨固定架 18-导轨滑块 19-单轴滑轨 20-伺服电机 21-双轴滑块。
具体实施方式
以下实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了3种具体的实施方案和操作过程,但本发明保护的范围不限于下述的实施例。
实施方案1:如图1所示,测距传感器7安装于外部横梁9,六自由度机器人5末端夹持微磁传感器6,沿薄带钢8行进方向分布,微磁传感器6位于测距传感器7后端;调整微磁传感器6在薄带钢宽度方向的检测位置。测距传感器7 测量待测薄带钢8表面位置波动,系统上位机3软件内置算法将对距离测量结果进行分析,当结果超过设置阈值时,将发送指令给运动控制卡,驱动运动执行模块携带微磁传感器6垂直移动,将微磁传感器6与薄带钢8表面的提离距离调整至合理范围(2±0.5mm),如果提离距离在合理范围,则运动执行模块保持稳定;
如图2所示,微磁传感器6由霍尔元件12、激励线圈13、U型铁14、涡流激励线圈15、检测线圈线圈16组成。霍尔元件12和检测线圈16输出的电压信号传输至系统上位机3软件对信号进行分析处理,提取多类微磁信号(切向磁场、巴克豪森噪声、增量磁导率和多频涡流)的特征,并输入至预先建立的综合力学性能神经网络定量预测模型中,给出薄带钢8综合力学性能指标(屈服强度、抗拉强度、延伸率、表面硬度等)检测值;
微磁传感器6的励磁线圈13中始终通入低频(50~300Hz)电流,如图3中的(a)所示,涡流激励线圈中通入的高频电流包含多个单频成分(10~100kHz),如图3中的(b)所示,高速电子开关控制高频电流的通断,在T0阶段,高速电子开关处于断开状态,霍尔元件12和检测线圈16分别测量切向磁场和巴克豪森噪声信号,在T1阶段,高速电子开关处于导通状态,检测线圈测量材料低频磁化过程中的多频涡流响应;
循环重复上述步骤,对后续位置进行逐一检测,由此得到薄带钢8全长综合力学性能指标分布情况。
实施方案2:如图4所示的单轴滑轨的薄带钢8综合力学性能的微磁无损在线检测系统,其检测原理与实施方案1一致。只是微磁传感器6和测距传感器7 分别固定安装于导轨滑块18和导轨支座,沿薄带钢行进方向分布,微磁传感器 6位于测距传感器7后端,滑块携带微磁传感器6垂直移动,控制微磁传感器6 与薄带钢8表面的提离距离;
实施方案3:如图5所示的双轴滑轨的薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,微磁传感器6安装于双轴滑块21上,双轴滑块21带动微磁传感器6 实现薄带钢8平行方向及垂直方向的双轴滑动,调整微磁传感器6在薄带钢宽度方向的检测位置。
Claims (3)
1.薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,其特征在于:该系统由上位机(3)、主控箱(1)、运动执行模块、微磁检测模块(2)、微磁传感器(6)和测距传感器(7)构成;
微磁传感器(6)由霍尔元件(12)、激励线圈(13)、U型铁(14)、涡流激励线圈(15)、检测线圈线圈(16)组成;微磁传感器(6)固定安装于运动执行模块的移动部件,且与微磁检测模块(2)相连,微磁检测模块(2)中的双通道任意信号发生器对激励线圈(13)及涡流激励线圈(15)输入信号,信号采集板卡接收霍尔元件(12)和检测线圈(16)输出的电压;微磁检测模块(2)与上位机(3)相连,将信号采集板卡采集的电压信号传输至系统上位机(3)软件对信号进行分析处理;
运动执行模块和测距传感器(7)与主控箱(1)的运动控制卡相连,当测距传感器(7)测量得到的待测薄带钢(8)表面位置波动超过阈值时,运动执行模块将携带微磁传感器(6)移动,以稳定控制微磁传感器(6)与高速行进的薄带钢(8)表面的提离距离。
2.依据权利要求1所述的薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,其特征在于,综合力学性能检测的基本步骤为:
步骤1:测距传感器测量待测薄带钢表面位置波动,系统上位机软件内置算法将对距离测量结果进行分析,如超过设置阈值,将发送指令给运动控制卡,驱动运动执行模块携带微磁传感器垂直移动,调整微磁传感器与薄带钢表面的提离距离至2±0.5mm,如果提离距离在合理范围,则运动执行模块保持稳定;
步骤2:微磁传感器的励磁线圈中始终通入低频50~300Hz电流,涡流激励线圈中的高频电流包含多个单频成分10~100kHz,高频电流的通断由高速电子开关控制,当高速电子开关处于断开状态时,霍尔元件和检测线圈分别测量切向磁场和巴克豪森噪声信号,而高速电子开关处于导通状态时,检测线圈测量材料低频磁化过程中的多频涡流响应;
步骤3:霍尔元件和检测线圈输出的电压信号传输至系统上位机,软件对信号进行分析处理,提取多类微磁信号即切向磁场、巴克豪森噪声、增量磁导率和多频涡流的特征,并输入至预先建立的综合力学性能神经网络定量预测模型,给出薄带钢综合力学性能指标即屈服强度、抗拉强度、延伸率、表面硬度检测值;
步骤4:循环重复步骤1~3,逐一对后续位置进行检测,由此得到综合力学性能指标在薄带钢全长的分布情况。
3.依据权利要求1所述的薄带钢综合力学性能的微磁无损在线检测系统,,其特征在于,运动执行模块由单轴滑轨或双轴滑轨或六自由度机器人实现,使用单轴滑轨时,微磁传感器和测距传感器分别固定安装于滑块和导轨支座,沿薄带钢行进方向,微磁传感器位于测距传感器后端;使用双轴或六自由度机器人时,测距传感器安装于外部横梁,微磁传感器安装于滑块或机器人末端,调整微磁传感器在薄带钢宽度方向的检测位置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190709 |