CN110006324A - 环模模孔参数的检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了环模模孔参数的检测方法和装置，涉及颗粒加工设备技术领域，通过对环模建立符合右手螺旋定则的X‑Y‑Z坐标系；利用环模模孔参数的检测装置能够对环模模孔不同强度磁化和相应处理得到环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔数量及环模模孔行数和消除环境电磁噪声、消除磁场的本底噪声。从而替代目前企业常用的人工检测方案；替代对环境清洁度要求较高的光电检测方案，能够快速有效的测量环模模孔的参数。同时，本发明不仅仅局限于环模的模孔检测，也可适用于导磁材料上的孔、槽等检测。
Description
技术领域
本发明属于颗粒加工设备技术领域，尤其涉及环模模孔参数的检测方法和装置。
背景技术
环模颗粒机广泛应用于饲料生产、生物颗粒燃料加工等行业，我国已经是世界上最大的饲料生产国；而利用植物秸秆和残渣加工颗粒燃料是前景广阔的可再生能源项目。
环模是颗粒饲料、颗粒燃料成型加工设备的核心部件，通常由碳素结构钢、合金结构钢或不锈钢经锻压、切削、钻孔、热处理等工序制成，是易损部件，市场需求量极大。
生产环模需要在环形模胚上钻出数千个模孔，钻孔是环模生产工艺中最重要和最耗时的工序，钻孔工艺水平直接决定环模的成品质量和使用寿命，是环模生产的瓶颈。环模生产是在环形模胚上由外向内钻孔，由于钻孔设备自身误差和模胚安装误差等原因，可能导致环模内侧孔距不均匀；钻孔过程中由于钻头折断，堵塞模孔，导致模胚未能钻透，从而出现缺孔的情况；这些问题都需要在钻孔工序中及时的检测并处理。
此外，环模的模孔在使用过程中易被堵塞，环模修复可以极大提高环模使用寿命。模孔的精确定位，以及环模孔距和行距的参数辨识，都是实现机械化自动修复环模的前提条件。目前手工环模修复过程中，依靠人眼识别模孔的方法效率低、精度差；采用光电原理识别模孔的方法对工作环境清洁度较高，难以适应当前机械加工企业的实际生产环境。
发明内容
本发明的目的在于提供环模模孔参数的检测方法和装置，从而克服了现有环模模孔检测依靠人眼识别模孔的方法效率低、精度差；采用光电原理识别模孔的方法对工作环境清洁度较高，难以适应当前机械加工企业的实际生产环境的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了环模模孔参数的检测方法和装置，包括以下步骤：
S1、在环模上建立X-Y-Z坐标系使该坐标系符合右手螺旋定则；
S2、将环模模孔参数的检测装置放置在所述环模附近；
S3、通过所述环模模孔参数的检测装置产生磁场将所述环模磁化，磁场的磁力线分布发生扭曲，使部分磁通量从环模模孔溢出；所述环模模孔参数的检测装置根据检测到溢出的磁通量输出模拟电压，模拟电压的幅值与环模模孔溢出的磁通量成正比，因此根据磁通量与模拟电压的关系去计算环模模孔参数；
S4、通过保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，改变所述环模与环模模孔参数的检测装置的相对位置，所述环模模孔参数的检测装置根据改变的条件和测量到变化的磁通量处理得到环模模孔参数。
进一步的，所述环模模孔参数包括：环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔的数量及环模模孔的行数。
进一步的，所述S2具体为所述环模模孔参数的检测装置水平放置在环模外侧或环模的环孔中。
进一步的，还包括以下步骤：
S5、通过保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，改变所述环模与环模模孔参数的检测装置的相对位置，所述环模模孔参数的检测装置根据改变的条件和测量到变化的磁通量控制所述环模模孔参数的检测装置产生相应的磁场强度，从而环模模孔参数的检测装置自适应调整产生的磁场强度；
S6、通过改变所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置根据检测到的磁通量消除相应的环境电磁噪声干扰信号，从而抑制环境电磁噪声；
S7、通过改变所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置根据检测到的磁通量消除相应的消除磁场的本底噪声。
进一步的，在所述环模上建立X-Y-Z坐标系的方法为：将环模水平放置，以垂直穿过环模中心的方向设置X轴，所述环模沿X轴方向的投影为圆环，以圆环状的投影面的切线方向设置Y轴；在所述圆环状的投影面内沿着Y轴垂线方向设置Z轴；且建立在所述环模上的X-Y-Z坐标系符合右手螺旋定则。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的孔距具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿Y轴方向以角速度ω匀速旋转所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据角速度及测量到变化的磁通量处理得到环模模孔的孔距。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的孔距的步骤为：
S41、所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S42、电压uH经过滤波消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF；
S43、以采样周期T将滤除噪音后的电压uF抽样为数字序列u(n)，计算u(n)的峰值间距时间nT，则环模模孔的孔距为nTω。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的行距具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿X轴方向以线速度ν匀速平移所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据线速度及测量到变化的磁通量处理得到环模模孔的行距。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的行距的步骤为：
S51、所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S52、电压uH经过所述环模模孔参数的检测装置滤波消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF；
S53、以采样周期T将滤除噪音后的uF抽样为数字序列u(n)，计算u(n)的峰值间距时间nT，则环模模孔的行距为nTν/2。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模单行模孔的数量具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿Y轴方向将所述环模旋转360度；所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量处理得到环模单行模孔的数量。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模单行模孔的数量的步骤为：
S61、所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S62、电压uH经过所述环模模孔参数的检测装置滤波消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF；
S63、滤除噪音后的电压uF经过所述环模模孔参数的检测装置进行包络检波后得到包络检波后的电压uE；
S64、滤除噪音后的电压uF经过所述环模模孔参数的检测装置进行有效值检波后得到有效值检波后的电压uV；
S64、将包络检波后的电压uE和有效值检波后的电压uV输入所述环模模孔参数的检测装置的电压比较电路，通过电压比较电路输出方波信号uD；
S65、方波信号uD通过所述环模模孔参数的检测装置的计数器统计所述环模旋转360度的方波脉冲数量N，N即为环模单行模孔的数量。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔行数具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿X轴正方向平移所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量处理得到环模模孔的行数。
进一步的，所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的行数的步骤为：
S71、所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S72、电压uH经过所述环模模孔参数的检测装置得到方波信号uD；
S73、通过所述环模模孔参数的检测装置的计数器统计所述方波信号uD的方波脉冲数量M，2M即为环模模孔行数。
进一步的，所述S5具体步骤为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿Y轴方向旋转所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量判断是否合适，并根据判断的结果控制所述环模模孔参数的检测装置产生相应的磁场强度。
环模模孔参数的检测装置，包括：
磁场检测模块，用于产生磁场对环模模孔进行磁化，并检测所述环模模孔溢出的磁通量对应的电流；
信号调理模块，与所述磁场检测模块连接，用于对所述电流进行转换、滤波、包络检波或波形变换得到方波信号；
控制模块，与所述信号调理模块连接，用于根据所述信号调理模块处理得到的信号处理得到环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔数量及环模模孔行数；
数控恒压源，分别与所述磁场检测模块、信号调理模块及控制模块连接，并进行供电；且信号调理模块及控制模块处理得到的控制命令控制所述数控恒压源供给所述磁场检测模块、信号调理模块的电压，从而实现消除环境电磁噪声和消除磁场的本底噪声；及
基座，用于安装所述磁场检测模块、信号调理模块、控制模块及数控恒压源。
进一步的，所述磁场检测模块包括：
绝缘套筒，三个所述绝缘套筒并行排列地设置在所述基座上，位于中间的所述绝缘套筒为传感器套筒，位于两侧的两个所述绝缘套筒为电磁铁套筒；
励磁线圈，其设置在所述电磁铁套筒外部，且与所述数控恒压源连接；
U形铁芯，其两端穿过所述基座插入所述电磁铁套筒中，与所述励磁线圈形成U形电磁铁；
磁传感器，设置在所述传感器套筒中，且分别与信号调理模块和数控恒压源连接；及
屏蔽壳，设置在所述传感器套筒外壁上。
进一步的，所述信号调理模块包括：
滤波电路，分别与所述磁场检测模块和数控恒压源连接；
包络检波电路，分别与所述滤波电路和数控恒压源；
电压比较电路，分别与所述包络检波电路和数控恒压源；及
有效值检波电路，分别与所述电压比较电路和数控恒压源。
进一步的，所述控制模块包括：模数转换器、计数器及定时器。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的环模模孔参数的检测装置，将环模模孔参数的检测装置根据环模模孔参数的检测方法放置，数控恒压源接外部电源给磁场检测模块、信号调理模块及控制模块供电；通过磁场检测模块产生磁场，磁场将环模模孔进行磁化；在环模模孔处，电磁铁磁场的磁力线分布会发生扭曲，部分磁通量从环模模孔溢出；磁场检测模块根据检测到模孔溢出的磁通量得到模拟电压，模拟电压的幅值与模孔溢出的磁通量成正比，通过信号调理模块对模拟电压(通过电流转化为电压)进行滤波、包络检波或波形变换得到方波信号，结合控制模块处理处理得到环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔数量及环模模孔行数；且信号调理模块及控制模块协同处理得到的控制命令控制数控恒压源供给磁场检测模块、信号调理模块的电压，从而实现消除环境电磁噪声和消除磁场的本底噪声。
2、本发明环模模孔参数的检测方法，通过对环模建立符合右手螺旋定则的X-Y-Z坐标系；利用环模模孔参数的检测装置根据对环模模孔进行不同强度磁化和相应处理，得到环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔数量及环模模孔行数和消除环境电磁噪声、消除磁场的本底噪声。从而替代目前企业常用的人工检测方案；替代对环境清洁度要求较高的光电检测方案，能够快速有效的测量环模模孔的参数。同时，本发明不仅仅局限于环模的模孔检测，也可适用于导磁材料上的孔、槽等检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明环模模孔参数的检测方法的流程图；
图2是本发明环模模孔参数的检测装置的结构示意图；
图3是本发明磁场检测模块的结构示意图；
图4是本发明绝缘套筒的结构示意图；
图5是本发明信号调理模块的结构示意图；
图6是本发明信号调理模块的电路示意图；
图7是本发明控制模块的结构示意图；
图8是本发明控制模块的电路示意图；
图9是本发明数控恒压源模块的结构示意图；
图10是本发明数控恒压源模块的电路示意图；
图11是本发明环模模孔参数的检测装置的各模块的电气连接示意图；
图12是本发明环模模孔参数的检测装置的各模块的电路信号连接示意图；
图13是本发明环模模孔参数的检测装置应用的结构示意图；
其中：1-磁场检测模块，2-信号调理模块，3-控制模块，4-数控恒压源，5-基座，6-磁传感器，7-屏蔽壳，8-绝缘套筒，9-U形铁芯，10-励磁线圈，11-励磁线圈的电源接线端子，12-霍尔传感器的电源接线端子，13-霍尔传感器的信号接线端子，14-信号调理模块的信号输入端子，15-信号调理模块的模拟信号输出端子，16-信号调理模块的数字信号输出端子，17-控制模块的模拟信号输入端子，18-控制模块的数字信号输入端子，19-信号调理模块的电源接线端子，20-控制模块的数字信号输出端子，21-控制模块的第一数字信号接口，22-控制模块的第二数字信号接口，23-控制模块的电源接线端子，24-数控恒压源电压输入端子，25-数控恒压源的第一电源输出端子，26-数控恒压源的第二电源输出端子，27-数控恒压源的第三电源输出端子，28-数控恒压源的信号输入端子，29-数控恒压源的第四电源输出端子，30-开口盖板，201-滤波电路，202-包络检波电路，203-有效值检波电路，204-电压比较电路，a-环模，b-环模模孔，c-环模模孔参数的检测装置。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明所提供的环模模孔参数的检测装置包括：磁场检测模块1、信号调理模块2、控制模块3、数控恒压源4及基座5。磁场检测模块1用于产生磁场对环模模孔b进行磁化，并检测环模模孔b溢出的磁通量对应的电流；信号调理模块2与磁场检测模块1连接，用于对环模模孔b溢出的磁通量对应的电流进行滤波、包络检波或波形变换得到方波信号；控制模块3与信号调理模块2连接，用于根据信号调理模块2处理得到的信号处理的得到环模模孔b的孔距、环模模孔b的行距、环模单行模孔数量及环模模孔b的行数，同时结合数控恒压源4还能够消除环境电磁噪声和消除磁场的本底噪声；数控恒压源4分别与磁场检测模块1、信号调理模块2及控制模块3连接，并进行供电，数控恒压源4通过控制模块3的控制命令控制供给磁场检测模块1、信号调理模块2的电压；本实施例的基座5为圆柱状的封闭的壳体，并不局限于圆柱状，且每个模块的柱状大小可以自由调整；圆柱状的基座5水平放置，磁场检测模块1位于基座5的前端，信号调理模块2、控制模块3及数控恒压源4依次安装在基座5内部。
如图3和图4所示，磁场检测模块1包括：磁传感器6、屏蔽壳7、绝缘套筒8、U形铁芯9及励磁线圈10。三个并行排列的绝缘套筒8安装于水平放置的基座5的前端，且绝缘套筒8与基座5连通，三个绝缘套筒8远离基座5的一端均为闭口；位于中间的绝缘套筒8为传感器套筒，传感器套筒为圆柱状套筒；位于传感器套筒两侧的两个绝缘套筒8为电磁铁套筒，电磁铁套筒柱为四棱柱状套筒；电磁铁套筒的外侧均均匀的缠绕着励磁线圈10，U形铁芯9的两端穿过基座5插入电磁铁套筒内，励磁线圈10与U形铁芯9组成U形电磁铁；励磁线圈的电源接线端子11设置在基座5中，并通过导线连接到数控恒压源的第一电源输出端子25。为了方便放置U形铁芯9，基座5与电磁铁套筒相对的外壁开设有开口，开口上匹配设有开口盖板30，开口盖板30盖在开口上能够保证基座5的密封性；同时，通过打开开口盖板30，方便对铁芯9进行更换。磁传感器6采用霍尔传感器，磁传感器6安装于传感器套筒中，且固定于传感器套筒远离基座5的一端，霍尔传感器的电源接线端子12通过导线连接到数控恒压源的第二电源输出端子26，霍尔传感器的信号接线端子13通过导线连接到信号调理模块2；传感器套筒外套设有屏蔽壳7，用于防止磁场的磁力线从侧面影响磁传感器6。本实施例中的霍尔传感器采用的型号为AH3503，绝缘套筒8采用塑料套筒。
如图6所示，信号调理模块2包括滤波电路201、包络检波电路202、有效值检波电路203及电压比较电路204。滤波电路201的输入端(信号调理模块的信号输入端子14)与霍尔传感器的信号接线端子13连接，滤波电路201的输出端与包络检波电路202的输入端连接，包络检波电路202的输出端与电压比较电路204的输入端连接，有效值检波电路203的输入端与滤波电路201的输入端连接，电压比较电路204的输入端与有效值检波电路203的输出端连接，滤波电路201、包络检波电路202、有效值检波电路203及电压比较电路204通过一个端口与数控恒压源4连接，该端口为信号调理模块的电源接线端子19。包络检波电路202的输出端为信号调理模块的模拟信号输出端子15，电压比较电路204的输出端为信号调理模块的数字信号输出端子16。滤波电路201采用基于运算放大器LM324的有源滤波器，电压比较电路204采用运算放大器LM324，有效值检波电路203采用AD637芯片。
继续参考图6，有源滤波电路201的输入端是电阻R4和电容C2的串联节点，连接到信号调理模块的信号输入端子14；运算放大器A1的同相输入端1IN+(对应芯片引脚3)与电阻R3连接，电阻R3的另一端通过电容C1接地；电阻R4的另一端连接至R3和C1的共同节点，通过电容C2的另一端连接至运算放大器A1的输出端1OUT(对应芯片引脚1)；运算放大器A1的反相输入端1IN-(对应芯片引脚2)通过电阻R1接地，运算放大器A1的反相输入端1IN-通过电阻R2连接输出端1OUT；有源滤波电路201的输出端为运算放大器A1的输出端1OUT；电阻R1＝R2＝R3＝R4＝10K，电容C1＝C2＝8nF。
进一步参考图6，包络检波电路202包括：两个运放和二极管、电阻及电容；电容C3与二极管D1并联；运算放大器A2的反相输入端2IN-(对应芯片引脚6)连接二极管D1的正极，运算放大器A2的输出端2OUT(对应芯片引脚7)连接二极管D1的负极；运算放大器A2的同相输入端2IN+(对应芯片引脚5)通过电阻R5与有源滤波电路201的输出端(运算放大器A1的输出端1OUT)连接；运算放大器A2的输出端2OUT连接二极管D2的正极；二极管D2的负极与电阻R7、电容C4、电阻R6、电阻R8连接，电阻R7和电容C4并联接地，电阻R6的另一端连接运算放大器A3的同相输入端3IN+(对应芯片引脚10)，电阻R8的另一端连接至运算放大器A3的反相输入端3IN-(对应芯片引脚9)和输出端3OUT(对应芯片引脚8)；运算放大器A2的反相输入端2IN-与运算放大器A3的输出端3OUT通过电阻R9连接；运算放大器A3的输出端3OUT信号调理模块的模拟信号输出端子15作为包络检波电路202的输出端；电阻R5＝1K，R6＝R9＝10K，R7＝R8＝1M，电容C3＝0.1uF，C4＝10uF，二极管D1、D2为1N5819。
再进一步参考图6，有效值检波电路203采用的集成芯片是AD637，芯片AD637的引脚V_IN是有效值检波电路203的输入端，连接到有源滤波电路201的输出端(运放A1的输出端1OUT)；芯片AD637的引脚B_OUT作为有效值检波电路203的输出端，连接到电压比较电路204的输入端(电阻R12)；芯片AD637的引脚COM和OFFSET接地，芯片AD637的引脚Vs接电源VCC；芯片AD637的引脚B_IN通过电容C6接地，同时该引脚B_IN连接电阻R10，R10的另一端连接电容C5和R11，C5的另一端连接芯片AD637的引脚B_OUT，R11的另一端连接芯片AD637的引脚DEN_IN和引脚VO；芯片AD637的引脚DEN_IN和VO通过电容C7连接至C_AV；电阻R10＝R11＝24K，电容C5＝C6＝2uF，C7＝1uF。
再再进一步参考图6，电压比较电路中运算放大器A4的同相输入端4IN+(对应芯片引脚12)通过电阻R12与有效值检波电路203的输出端(AD637引脚B_OUT)连接，运算放大器的反相输入端4IN-(对应芯片引脚13)通过电阻R13与包络检波电路202输出端(运算放大器A3的输出端3OUT)连接，运算放大器A4的输出端4OUT(对应芯片引脚14)连接至信号调理模块的数字信号输出端子16，电阻R12＝R13＝10K。电路中的4个运算放大器A1、A2、A3、A4属于同一个LM324芯片(每个LM324包含4个运放)。滤波电路201、包络检波电路202、有效值检波电路203及电压比较电路204的接电源VCC均与信号调理模块的电源接线端子19连接。
如图5所示，图5为信号调理模块2的结构示意图，信号调理模块2为长方形状的电路板，信号调理模块的信号输入端子14设置在信号调理模块2的电路板的一短边的角上方；信号调理模块的数字信号输出端子16、信号调理模块的模拟信号输出端子15、信号调理模块的电源接线端子19依次设置在信号调理模块2的另一短边的边缘，信号调理模块2的电路板中间为相应的具体电路部分。
信号调理模块的信号输入端子14通过导线连接到霍尔传感器的信号接线端子13；信号调理模块的模拟信号输出端子15通过导线连接到控制模块的模拟信号输入端子17；信号调理模块的数字信号输出端子16通过导线连接到控制模块的数字信号输入端子18；信号调理模块的电源接线端子19通过导线连接到数控恒压源的第三电源输出端子27。
如图8所示，控制模块3包括模数转换器、计数器及定时器，控制模块3通过STM32F103C8T6芯片实现模数转换器、计数器和定时器的功能。控制模块3包括：STM32F103C8T6芯片、有源晶振及微处理器复位芯片；STM32F103C8T6芯片的OSC_IN端(对应引脚5)与有源晶振的输出端连接，STM32F103C8T6芯片的NRST端(对应引脚7)与微处理器复位芯片的复位端连接。本实施例的有源晶振采用的型号为7050，微处理器复位芯片采用MAX809。
STM32F103C8T6芯片的ADC_IN0端(对应引脚10)为控制模块的模拟信号输入端子17，STM32F103C8T6芯片的T2C2端(对应引脚11)为控制模块的数字信号输入端子18，STM32F103C8T6芯片的T1C1端(对应引脚29)为控制模块的数字信号输出端子20；STM32F103C8T6芯片的USART1、USART2端为扩展信号接口，USART1为控制模块的第一数字信号接口21，USART2为控制模块的第二数字信号接口22，用于与本装置结构之外的电子设备进行通信；STM32F103C8T6芯片的VCC端为控制模块的电源接线端子23。
如图7所示，图7为控制模块3的结构示意图，控制模块3为长方形状的电路板，控制模块的数字信号输入端子18设置在控制模块3的电路板的一个角上方；控制模块的模拟信号输入端子17设置在控制模块的数字信号输入端子18的一端的控制模块3的电路板的边缘处；控制模块的第一数字信号接口21、控制模块的第二数字信号接口22分别设置在控制模块的数字信号输入端子18的另一端的控制模块3的电路板的边缘处；控制模块的数字信号输出端子20、控制模块的电源接线端子23设置在与控制模块的模拟信号输入端子17相平行的控制模块3边缘上，控制模块3的电路板中间为相应的具体电路部分。
控制模块的模拟信号输入端子17通过导线连接信号调理模块的模拟信号输出端子15，控制模块的数字信号输入端子18通过导线连接信号调理模块的数字信号输出端子16。控制模块的数字信号输出端子20通过导线连接数控恒压源的信号输入端子28。控制模块的电源接线端子23通过导线连接数控恒压源的电源输出端子29。控制模块的第一数字信号接口21支持RS-232异步串行通信协议，控制模块的第二数字信号接口22支持I2C串行通信协议。
如图10所示，数控恒压源4包括：稳压器和有源滤波电路；稳压器主要采用型号为LM7815、LM2575-ADJ的稳压器和型号为AMS1117的稳压器。有源滤波电路由芯片LM324和电阻电容组成，运算放大器A1(2)是芯片LM324中集成的4个运放之一；数控恒压源的信号输入端子28连接到电容C9和电阻R17，C9的另一端连接到运算放大器A1(2)的输出端1OUT(对应芯片引脚1)，R17的另一端连接到电容C8和电阻R16，C8另一端接地，R16的另一端连接运算放大器A1(2)的同相输入端1IN+(对应芯片引脚3)；运算放大器A1(2)的反输入端1IN-(对应芯片引脚2)通过电阻R14接地，同时该反相输入端1IN-通过电阻R15连接输出端1OUT；运算放大器A1(2)的输出端1OUT连接到LM2575-ADJ(1)的Feedback端(对应芯片引脚4)；运算放大器A1(2)的输出端1OUT连接电阻R18，电阻R18和R19串联接地，串联节点连接LM2575-ADJ(2)的Feedback端(对应芯片引脚4)；LM2575-ADJ(1)和LM2575-ADJ(2)的Vin端(对应芯片引脚1)与LM7815的Vin端连接；LM7815芯片的Output(对应芯片引脚3)端与AMS1117的Vin端(对应芯片引脚1)连接；LM7815的GND端(对应芯片引脚2)和AMS1117的GND端(对应芯片引脚3)接地。电阻R14＝R15＝R16＝R17＝R18＝R19＝10K，电容C8＝C9＝0.1uF。
继续参考图10，LM2575-ADJ(1)和LM2575-ADJ(2)的Vin端为数控恒压源电压输入端子24，LM2575-ADJ(1)的Output端(对应芯片引脚2)为数控恒压源的输出端子25，LM2575-ADJ(2)芯片的Output端(对应芯片引脚2)为数控恒压源的输出端子26，LM7815芯片的Output端为数控恒压源的输出端子27，AMS1117的Vout端(对应芯片引脚2)为数控恒压源的输出端子29。
如图9所示，图9为数控恒压源4的结构示意图，数控恒压源4为长方形状的电路板，数控恒压源电压输入端子24、数控恒压源的第一电源输出端子25及数控恒压源的第二电源输出端子26依次设置在数控恒压源4的电路板的一边缘上，数控恒压源的第三电源输出端子27、数控恒压源的信号输入端子28及数控恒压源的第四电源输出端子29依次设置在数控恒压源4的电路板的一边缘上，数控恒压源4的电路板中间为相应的具体电路部分。
数控恒压源电压输入端子24连接外部的直流电源，本实施例接入的直流电压为+24V。数控恒压源的信号输入端子28接收控制模块3的控制命令，根据控制命令改变数控恒压源的第一电源输出端子25、数控恒压源的第二电源输出端子26、数控恒压源的第三电源输出端子27及数控恒压源的第四电源输出端子29输出相应的电压，数控恒压源的第一电源输出端子25和数控恒压源的第二电源输出端子26的输出直流电压范围是+3V至+24V。数控恒压源的第三电源输出端子27输出电压为+12V和-12V。数控恒压源的第四电源输出端子29输出电压为+3.3V。
环模模孔参数的检测装置c的各模块的电气连接如图11所示，上述描述已涉及，此处不再重复描述。环模模孔参数的检测装置c的各模块的电路信号连接如图12所示，下文描述会进行详细描述，这里不再进行单独描述。
对本发明环模模孔参数的检测装置c检测环模模孔b的参数的原理进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：
对电磁铁的励磁线圈10施加励磁电流，U形电磁铁产生强度与励磁电流线性相关的磁场，磁场将被检测的环模a磁化；在环模模孔b处，电磁铁磁场的磁力线分布会发生扭曲，部分磁通量从环模模孔b溢出；使用霍尔传感器检测到环模模孔b溢出的磁通量，输出模拟电压，模拟电压的幅值与模孔溢出的磁通量成正比，通过信号调理模块2、控制模块3及数控恒压源4的处理得到环模模孔b的孔距、环模模孔b的行距、环模单行模孔数量及环模模孔b行数和消除环境电磁噪声、消除磁场的本底噪声。具体处理过程参照环模模孔参数的检测的检测方法部分。
如图1所示，对本发明环模模孔参数的检测方法的操作方法进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：
环模模孔参数的检测方法包括以下步骤：
S1、环模a是由等截面圆环状环模胚体加工制成。将环模a水平放置，环模a的投影为圆环，以垂直穿过环模a中心的方向设置X轴，环模a沿X轴方向的投影为圆环，以圆环状的投影面的切线方向设置Y轴；在圆环状的投影面内沿着Y轴垂线方向设置Z轴；使建立在环模a上的X-Y-Z坐标系符合右手螺旋定则。
S2、如图13所示，是将环模模孔参数的检测装置c放置在环模a的外侧；当环模a较大时，也能够将环模模孔参数的检测装置c放置在环模的环孔中进行检测；环模模孔参数的检测装置c距离环模a的外侧或环模的环孔内壁的距离为1～2mm。
S3、通过环模模孔参数的检测装置c产生磁场将环模模孔b磁化，磁场的磁力线分布发生扭曲，部分磁通量从环模模孔b溢出；环模模孔参数的检测装置c根据检测到溢出的磁通量输出模拟电压，由于模拟电压的幅值与环模模孔b溢出的磁通量成正比，因此根据磁通量与模拟电压的关系能够计算环模模孔b的参数。
S4、通过保持环模模孔参数的检测装置c产生的磁场强度，同时改变环模a与环模模孔参数的检测装置c的相对位置，根据模拟电压的幅值与环模模孔b溢出的磁通量成正比，根据改变的条件和测量到变化的磁通量处理得到环模模孔b的参数，环模模孔b的参数包括：环模模孔b的孔距、环模模孔b的行距、环模单行模孔的数量及环模模孔b的行数。
环模模孔参数的检测装置c处理得到环模模孔b的孔距的具体过程为：电磁铁中励磁线圈10的励磁电流保持定值，即保持电磁铁的磁场强度稳定；霍尔传感器供电电压保持定值，环模模孔参数的检测装置c与环模a在Z轴方向的相对距离保持不变。沿Y轴方向以角速度ω匀速旋转环模a，使环模模孔参数的检测装置c与环模a在Y轴方向的相对位置匀速变化；环模模孔参数的检测装置c根据角速度及测量到变化的磁通量处理得到环模模孔b的孔距；环模模孔参数的检测装置c处理得到环模模孔b的孔距的步骤为：
S41、霍尔传感器根据感应到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S42、信号调理模块的信号输入端子14将电压uH传送到信号调理模块2，在信号调理模块2中，电压uH经过滤波电路201消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF，滤除噪音后的电压uH通过信号调理模块的模拟信号输出端子15传送到控制模块的模拟信号输入端子17；
S43、控制模块3的模数转换器以采样周期T将滤除噪音后的电压uF抽样为数字序列u(n)，计算u(n)的峰值间距时间nT，则环模模孔b的孔距为nTω。
环模模孔参数的检测装置c处理得到环模模孔b的孔距具体过程为：电磁铁中励磁线圈10的励磁电流保持定值，即保持电磁铁的磁场强度稳定；霍尔传感器供电电压保持定值，环模模孔参数的检测装置c与环模在Z轴方向的相对距离保持不变。沿X轴方向以线速度ν匀速平移环模；环模模孔参数的检测装置c根据线速度及测量到变化的磁通量处理得到环模模孔b的行距；环模模孔参数的检测装置c处理得到环模模孔b的行距的步骤为：
S51、霍尔传感器根据感应到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S52、信号调理模块的信号输入端子14将电压uH传送到信号调理模块2，在信号调理模块2中，电压uH经过滤波电路201消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF，滤除噪音后的电压uH通过信号调理模块的模拟信号输出端子15传送到控制模块的模拟信号输入端子17；
S53、控制模块3的模数转换器以采样周期T将滤除噪音后的uF抽样为数字序列u(n)，计算u(n)的峰值间距时间nT，则环模模孔b的行距为nTν/2。
环模模孔参数的检测装置c处理得到环模单行模孔的数量具体过程为：电磁铁中励磁线圈10的励磁电流保持定值，即保持电磁铁的磁场强度稳定；霍尔传感器供电电压保持定值，环模模孔参数的检测装置c与环模a在Z轴方向的相对距离保持不变。沿Y轴方向将环模a旋转360度；环模模孔参数的检测装置c根据测量到变化的磁通量处理得到环模单行模孔的数量；环模模孔参数的检测装置c处理得到环模单行模孔的数量的步骤为：
S61、霍尔传感器根据感应到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S62、信号调理模块的信号输入端子14将电压uH传送到信号调理模块2，在信号调理模块2中，电压uH经过滤波电路201消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF；
S63、滤除噪音后的电压uF经过包络检波电路202后输出包络检波后的电压uE；
S64、滤除噪音后的电压uF经过有效值检波电路203后输出有效值检波后的电压uV；
S65、将包络检波后的电压uE送入电压比较电路204的同相输入端，将有效值检波后的电压uV输入电压比较电路204的反相输入端，电压比较电路204输出方波信号uD；
S66、方波信号uD通过信号调理模块的数字信号输出端子16传送到控制模块的数字信号输入端子18，通过控制模块3的计数器统计环模a旋转360度的方波脉冲数量N，N即为环模单行模孔的数量。
环模模孔参数的检测装置c处理得到环模模孔b的行数具体过程为：电磁铁中励磁线圈10的励磁电流保持定值，即保持电磁铁的磁场强度稳定；霍尔传感器供电电压保持定值，环模模孔参数的检测装置c与环模a在Z轴方向的相对距离保持不变。沿X轴正方向平移环模a；环模模孔参数的检测装置c根据测量到变化的磁通量处理得到环模模孔b的行数；环模模孔参数的检测装置c处理得到环模模孔b的行数的步骤为：
S71、霍尔传感器根据感应到变化的磁通量得到相应的电压uH；
S72、信号调理模块的信号输入端子14将电压uH传送到信号调理模块2，在信号调理模块2中，电压uH经过滤波电路201消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF；
S73、滤除噪音后的电压uF经过包络检波电路202后输出包络检波后的电压uE；
S74、滤除噪音后的电压uF经过有效值检波电路203后输出有效值检波后的电压uV；
S75、将包络检波后的电压uE送入电压比较电路204的同相输入端，将有效值检波后的电压uV输入电压比较电路204的反相输入端，电压比较电路204输出方波信号uD；
S76、方波信号uD通过信号调理模块的数字信号输出端子16传送到控制模块的数字信号输入端子18，通过控制模块3的计数器统计方波信号uD的方波脉冲数量M，2M即为环模模孔b的行数。
S5、保持环模模孔参数的检测装置c产生的磁场强度，环模模孔参数的检测装置c与环模模孔b在Z轴方向的相对距离保持不变，沿Y轴方向旋转环模a；霍尔传感器根据感应到变化的磁通量得到相应的电压uH，信号调理模块的信号输入端子14将电压uH传送到信号调理模块2，电压uH经过滤波电路201消除高频噪声后得到滤除噪音后的电压uF，滤除噪音后的电压uH通过信号调理模块的模拟信号输出端子15传送到控制模块的模拟信号输入端子17；控制模块3根据信号uF的幅值大小，控制模块的数字信号输出端子20发送控制命令，控制数控恒压源的第一电源输出端子25和数控恒压源的第二电源输出端子26输出相应的电压，改变励磁线圈10的励磁电流和霍尔传感器供电电压，使电压uF的峰值电压为3.3V±10％，从而环模模孔参数的检测装置c自适应调整霍尔传感器输出电压幅值，即调整产生的磁场强度。
S6、采用频率f为1kHz±10％、电压峰峰值UPP为3.3V±10％、偏置电压为UPP/2的正弦波信号调制励磁线圈10中流过的励磁电流，使磁场检测模块1中的电磁铁产生强度随正弦波电压变化的磁场；霍尔传感器感应到电压后，通过霍尔传感器的信号接线端子13将该电压送入调理模块2，利用调理模块2中的滤波电路201，以f为中心频率提取有效信号，消除环境电磁噪声的干扰信号；再通过调理模块2中的包络检波电路202，获取与漏磁强度成正比的电压信号，从而通过环模模孔参数的检测装置c抑制环境电磁噪声。
S7、采用频率低于10Hz的方波信号调制励磁线圈10的励磁电流；霍尔传感器感应到电压后，通过霍尔传感器的信号接线端子13将输出电压送入调理模块2，利用调理模块2中的滤波电路201滤除高频噪声；滤除噪音后的电压通过信号调理模块的模拟信号输出端子15传送到控制模块的模拟信号输入端子17调理模块2的输出信号，控制模块3的模数转换器测量滤除噪音后的电压信号的幅值；在方波信号高电平期间，励磁线圈10流过励磁电流，经过滤波电路201及模数转化器后输出电压uH＝uS+uN，其中uS是电磁铁磁场的霍尔感应值，uN是磁场的本底噪声的霍尔感应值；在方波信号低电平期间，励磁线圈10没有励磁电流，经过滤波电路201及模数转化器后输出电压uL＝uN；控制模块3通过计算消除磁场的本底噪声，即有效信号幅值uS＝uH-uL。
在进行S1-S6之前，均能够通过S7消除磁场的本底噪声。
环模模孔参数的检测方法不仅仅局限于环模的模孔检测，也可适用于导磁材料上的孔、槽等检测。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.环模模孔参数的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、在环模上建立X-Y-Z坐标系使该坐标系符合右手螺旋定则；
S2、将环模模孔参数的检测装置放置在所述环模附近；
S3、通过所述环模模孔参数的检测装置产生磁场将所述环模磁化，使部分磁通量从环模模孔溢出，所述环模模孔参数的检测装置根据检测到溢出的磁通量输出模拟电压，模拟电压的幅值与环模模孔溢出的磁通量成正比；
S4、通过保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，改变所述环模与环模模孔参数的检测装置的相对位置，所述环模模孔参数的检测装置根据改变的条件和测量到变化的磁通量处理得到环模模孔参数。
2.根据权利要求1所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：所述环模模孔参数包括：环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔的数量及环模模孔的行数。
3.根据权利要求1所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S5、通过保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，改变所述环模与环模模孔参数的检测装置的相对位置，所述环模模孔参数的检测装置根据改变的条件和测量到变化的磁通量控制所述环模模孔参数的检测装置产生相应的磁场强度；
S6、通过改变所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置根据检测到的磁通量消除相应的环境电磁噪声干扰信号；
S7、通过改变所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置根据检测到的磁通量消除相应的消除磁场的本底噪声。
4.根据权利要求1所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：在所述环模上建立X-Y-Z坐标系的方法为：将环模水平放置，以垂直穿过环模中心的方向设置X轴，所述环模沿X轴方向的投影为圆环，以圆环状的投影面的切线方向设置Y轴；在所述圆环状的投影面内沿着Y轴垂线方向设置Z轴；且建立在所述环模上的X-Y-Z坐标系符合右手螺旋定则。
5.根据权利要求4所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的孔距具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿Y轴方向以角速度ω匀速旋转所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据角速度及测量到变化的磁通量处理得到环模模孔的孔距。
6.根据权利要求4所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔的行距具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿X轴方向以线速度ν匀速平移所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据线速度及测量到变化的磁通量处理得到环模模孔的行距。
7.根据权利要求4所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模单行模孔的数量具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿Y轴方向将所述环模旋转360度；所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量处理得到环模单行模孔的数量。
8.根据权利要求4所述的环模模孔参数的检测方法，其特征在于：所述环模模孔参数的检测装置处理得到环模模孔行数具体为：保持所述环模模孔参数的检测装置产生的磁场强度，所述环模模孔参数的检测装置与环模在Z轴方向的相对距离保持不变，沿X轴正方向平移所述环模；所述环模模孔参数的检测装置根据测量到变化的磁通量处理得到环模模孔的行数。
9.环模模孔参数的检测装置，其特征在于：包括：
磁场检测模块(1)，用于产生磁场对环模模孔进行磁化，并检测所述环模模孔溢出的磁通量对应的电流；
信号调理模块(2)，与所述磁场检测模块(1)连接，用于对所述电流进行转换、滤波、包络检波或波形变换得到方波信号；
控制模块(3)，与所述信号调理模块(2)连接，用于根据所述信号调理模块(2)处理得到的信号处理得到环模模孔的孔距、环模模孔的行距、环模单行模孔数量及环模模孔行数；
数控恒压源(4)，分别与所述磁场检测模块(1)、信号调理模块(2)及控制模块(3)连接，并进行供电；且所述信号调理模块(2)及控制模块(3)处理得到的控制命令能够控制所述数控恒压源(4)供给所述磁场检测模块(1)、信号调理模块(2)的电压；及
基座(5)，用于安装所述磁场检测模块(1)、信号调理模块(2)、控制模块(3)及数控恒压源(4)。
10.根据权利要求9所述的环模模孔参数的检测装置，其特征在于：所述磁场检测模块(1)包括：
绝缘套筒(8)，三个所述绝缘套筒(8)并行排列地设置在所述基座(5)上，位于中间的所述绝缘套筒(8)为传感器套筒，位于两侧的两个所述绝缘套筒(8)为电磁铁套筒；
励磁线圈(10)，其设置在所述电磁铁套筒外部，且与所述数控恒压源(4)连接；
U形铁芯(9)，其两端穿过所述基座(5)插入所述电磁铁套筒中，与所述励磁线圈(10)形成U形电磁铁；
磁传感器(6)，设置在所述传感器套筒中，且分别与信号调理模块(2)和数控恒压源(4)连接；及
屏蔽壳(7)，设置在所述传感器套筒外壁上。
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