CN110118525B - 多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法 - Google Patents

多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，首先传感器采用多折线图进行标定，将传感器安装到检测工装上，对传感器的安装高度进行校准，对传感器在待检测工件上平面位置用水平面坐标进行标定，将各传感器到待检测工件平面间的测量值以及转换得到的实际距离值和安装高度误差，形成每个检测点的空间坐标，采用多点最小二乘法计算得出该测量面的平面度偏差值。本发明提供的检测方法具有检测精度高、检测时间快、电涡流传感器布放死角小、不用接触工件测量等优点，本发明可以应用于各种金属平面的表面平面度检测，对有高反射率或表面不能接触的金属面，在不能使用传统的机械接触测量或激光位移传感器测量时均可适用。

Description

多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法
技术领域
本发明涉及金属表面平面度检测技术领域，具体涉及一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法。
背景技术
在非接触金属表面平面度测量领域，多使用激光位移传感器。使用激光位移传感器测量金属面时，可得到高精度的测量结果，但受激光位移传感器外形尺寸和检测特性影响，在一个狭小的空间，不能安装多只激光位移传感器，而且还受到被检物体表面偏振光、传感器间光干涉等将严重影响测量精度的因素困扰。
发明内容
针对上述存在问题，本发明的目的在于提供一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，消除了使用激光位移传感器做非接触测量时，因安装尺寸、被检物表面偏振光、传感器间的光干涉的影响；引入标定块的使用，构建传感器装配偏差校准值，消除了传感器装配误差；使用九折线校准法，消除传感器非线性误差。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于包括以下步骤:
S1.对要使用的传感器采用多折线图进行标定；
S2.将传感器安装到检测工装上，安装完成后利用标定块对传感器的安装高度进行校准，得到传感器检测端面到标定块间的测量值以及根据多折线图转换得到的矫正值；
S3.安装高度校准后，卸下标准块，换上待检测工件，在待检测工件上选取坐标原点，对传感器在待检测工件上平面位置用水平面坐标(X，Y)进行标定；
S4.测量各传感器到待检测工件平面间的测量值以及根据多折线图转换得到的实际距离值；
S5.数据处理，将传感器到待检测工件平面间的实际距离值减去矫正值得到被测工件到理想平面的距离Z，并将其与XY平面坐标一一对应，形成每个检测点的空间坐标(X,Y,Z)；
S6.根据多点最小二乘法，计算出理想平面方程z＝a0x+a1y+a2，计算得出测量面的平面度偏差值，从而判断待检测工件的平面度是否合格。
进一步，在上述步骤S1中，利用传感器标定装置对传感器进行标定，所述传感器表动装置包括传感器、螺旋测微计、直线滑轨、移动支座、待检测工件、固定支座、工控机、A/D转换板卡，所述传感器和螺旋测微计都安装在固定支座上，待检测工件紧固在移动支座上；移动支座、螺旋测微计通过直线滑轨构成联动副，所述传感器安装在待检测工件下方，与A/D转换板卡电连接，通过工控机读取A/D转换板卡转换后的值。
进一步，在上述步骤S1中，所述传感器固定不动，调节直线滑轨，使待检测工件与传感器检测端面贴合，此时将螺旋测微计的测量值调为0，即待检测工件与传感器检测端面贴合时，为0距离值，此时通过工控机读取A/D转换板卡转换后的值就是对应0距离时的高度数字值，依次调节直线滑轨，分别得到若干组工控机读取A/D转换板卡转换后的值以及螺旋测微计读取值，将螺旋测微计读取值作为横坐标，工控机读取A/D转换板卡转换后的值作为纵坐标，得到对应折线端点值，将各端点依次连线，形成多折线图。
进一步，所述A/D转换板卡的值是0-10VDC对应0-10000的数字值。
进一步,在上述步骤S2中，利用传感器高度校准装置对传感器进行高度校准，所述传感器高度校准装置包括标定块、托举承载块、检测工装、传感器，所述托举承载块固定在所述检测工装上表面的两侧，标定块安装在所述托举承载块上且托举承载块与标定块在金属待检面上贴合，所述传感器固定在所述检测工装中并贯穿所述检测工装，所述传感器的检测端面固定在所述标定块的下端面下方且到金属待检测面间的距离控制在0-10％的传感器量程之间。
进一步，在上述步骤S2中，因为安装问题会造成各个传感器检测端面到检测标定块的间距不一样，将金属标定块按固定距离放置在传感器检测端面矩阵上方，在工控机上通过A/D转换板卡读出相应的传感器检测端面到标定块间的测量值，根据多折线图转换得到的矫正值。
进一步，所述标定块与待检测工件材质和加工工艺一样，并在金属块上制作成一个标准平面，该标准平面与准备检测的金属表面几何边线有相同外形，且标定块待检测面平面度为偏差在0～0.05mm的平整面。
进一步，在上述步骤S2和S4中，根据多折线图转换得到的矫正值和实际距离值时，将工控机上通过A/D转换板卡读出的数值与对应传感器的多折线比较，找到一个A/D转换板卡读出的数值的直线，再使用直线方程 (y3-y1)/(y2-y1)＝(x3-x1)/(x2-x1)计算出对应该检测点的测量值。
进一步，所述传感器为电涡流传感器。
进一步，所述多折线图为九折线图，传感器检测待检测工件时，有效检测距离内的最小检测距离到最大检测距离，可分为十个不同检测点，并记录每个检测点在A/D转换后的数值，连接这组值，就可以得到一根由9段直线首尾相接的九折线图。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.传感器安装密度高，按本方法制作的检测设备结构简单，检测迅速；
2.本方法中使用的传感器相较使用激光位移传感器成本只有它的10％；
3.本方法适用于检测时有较大表面偏振光的金属表面；或检测环境狭小，周围金属易产生光线反射和折射环境；
附图说明
图1为本发明传感器标定装置示意图；
图2是本发明基于标准块的传感器高度校准装置结构示意图；
图3为本发明九折线校准功能的数据处理示意图；
图4为本发明示意的矩形工件传感器检测矩阵；
图5为本发明示意的法兰盘工件传感器检测矩阵；
图6为本发明实施例中铝合金油冷器底板平面度检测中传感器分布图；
图7为检测设备的能力进行检验时传感器分布图；
图8为本发明流程图；
图中：1-标定块，2-托举承载块，3-检测工装，4-传感器，5-螺旋测微计，6-直线滑轨，7-移动支座，8-待检测工件，9-固定支座,10-工控机， 11-A/D转换板卡。
具体实施方式
本发明提供一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法。本发明实施例所提供的技术方案为解决上述技术问题，为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
本发明是多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，包括以下步骤：
S1.对要使用的传感器采用多折线图进行标定；
S2.将传感器安装到检测工装上，安装完成后利用标定块对传感器的安装高度进行校准，得到传感器检测端面到标定块间的测量值以及根据多折线图转换得到的矫正值；
S3.安装高度校准后，卸下标准块，换上待检测工件，在待检测工件上选取坐标原点，对传感器在待检测工件上平面位置用水平面坐标(X，Y)进行标定；
S4.测量各传感器到待检测工件平面间的测量值以及根据多折线图转换得到的实际距离值；
S5.数据处理，将传感器到待检测工件平面间的实际距离值减去矫正值得到被测工件到理想平面的距离Z，并将其与XY平面坐标一一对应，形成每个检测点的空间坐标(X,Y,Z)；
S6.根据多点最小二乘法，计算出理想平面方程z＝a0x+a1y+a2，计算得出测量面的平面度偏差值，从而判断待检测工件的平面度是否合格。
使用本发明前，先用针对被检测的金属面，按检测的关键点位置，排布设计检测装置。参考图4和图5，是针对不同的检测金属面，均匀布放的传感器位置。图4和图5中分别给出了矩形工件以及法兰盘均匀布放传感器位置的示意图，也可以按产品工艺需求布放检测位置。
为了传感器的高度调节方便，在选择传感器时，选择带快插接口的类型。这样传感器就可以直接和检测工装，一起螺纹固定后再安装快插电气线路。传感器在检测工装上安装时，检测工装要有将被检金属体托举在金属待检面的功能，以免金属块取放时，损伤传感器。
在传感器使用前，必须进行传感器标定。如图1所示，是一个电涡流传感器的标定装置。所述传感器标定装置包括传感器4、螺旋测微计5、直线滑轨6、移动支座7、待检测工件8、固定支座9、工控机10、A/D转换板卡11，所述传感器4和螺旋测微计5都安装在固定支座7上，待检测工件8紧固在移动支座7 上；移动支座7、螺旋测微计5通过直线滑轨6构成联动副，所述传感器4安装在待检测工件8下方，与A/D转换板卡11电连接，通过工控机10读取A/D转换板卡转换后的值。
在上述实施例中，螺旋测微计5是用来读取电感式测距传感器4检测端面，到待检测工件8之间间距的；电涡流传感器4和测微计5都安装在固定支座9 上，待检测工件8紧固在移动支座7上；移动支座7、螺旋测微计5通过直线滑轨6构成联动副。使用时传感器4固定不动，调节直线滑轨6，使待检测工件待检测工件8与传感器4检测端面贴合，此时将螺旋测微计5的测量值调为0，即待检测工件待检测工件与传感器检测端面贴合时，为0距离值。此时通过工控机10读取A/D转换板卡11转换后的值就是对应0距离时的高度数字值，依次调节直线滑轨6，分别得到若干组工控机读取A/D转换板卡转换后的值以及螺旋测微计读取值，将螺旋测微计读取值作为横坐标，工控机读取A/D转换板卡转换后的值作为纵坐标，得到对应折线端点值，将各端点依次连线，形成多折线图。本实施例中的板卡A/D值是0-10VDC对应0-10000的数字值。测量时的温度应保证与使用时一致，A/D转换板卡连接传感器后要通电半小时以上用于消除传感器和板卡温漂。
在检测系统中，所用的传感器标定完成后，再安装到检测装置上。所述传感器高度校准装置包括标定块1、托举承载块2、检测工装3、传感器4，所述托举承载块2固定在所述检测工装3上表面的两侧，标定块1安装在所述托举承载块2上且托举承载块2与标定块1在金属待检面上贴合，所述传感器4固定在所述检测工装3中并贯穿所述检测工装3，所述传感器的检测端面固定在所述标定块的下端面下方且到金属待检测面间的距离控制在0-10％的传感器量程之间。
因为安装问题，造成图示中的各个传感器检测端面到待检金属标定块间的间距a、b、c、d的值都不会一样。待以上完成后，就可在上位机上通过A/D转换板卡读出相应的传感器检测端面到标定块间的安装误差值。在检测实际工件时，用实际距离值减去对应安装误差值，得到工件距理想平面的距离Z。
图6是应用本发明专利设计的铝合金油冷器检测装置的被检测面，根据工艺要求的检测点，安装有15只电感式测距传感器，为了方便水平面数据的获取，将XY平面的坐标原点放在图形中部，记录下每一个传感器的水平面坐标(Xi， Yi)。
传感器4安装在检测工装3上，传感器的检测端面到金属待检测面间的距离，控制在0-10％的传感器量程之间。
传感器的特性校准如图3所示，采用九折线图进行标定。
在本实施例中，使用传感器标定装置，取得到传感器检测端面到被检金属间间距与数字量对应值后，绘制成图3所示的9段折线图。图3中X坐标是通过读取螺旋测微计对应的是传感器检测端面到被检测金属端面间间距的10个节点，Y轴是对应间距时，A/D转换板卡的读取数据。取得这些数据后，即可得出图3中的9折线。这条折线就是该金属样本对应被标定传感器、连接中A/D转换板卡通道的检测距离与检测数值对应9段检测线。如图示中当传感器检测值为3960.5，通过比对该数值落在(x6:0.5；y6:3239.1x7:0.8；y7:4830.6)的直线上，使用直线方程可以算出对应的传感器检测端面到被检金属的间距为 0.63599mm。
传感器高度矫正。安装完传感器，如图2所示，将铝合金油冷器材质相同，形状与铝合金油冷器材质相同的标定块1放置在托举承载块2上，该托举承载块与标定块在金属待检面上贴合。测量并读取A/D转换板卡显示数据，并通过传感器特性校准的方法，计算出每一个传感器到理想标准面的距离。数据如表1 所示(数据来源按照传感器自左向右，自上向下顺序)。
表1传感器高度矫正值
Figure GDA0002726579430000081
Figure GDA0002726579430000091
高度校准完后，卸下标定块，换上待检测工件，实际测量待检测工件到传感器距离，读取数据，转化数据。如表2所示。表2被测工件离传感器距离
实际显示值 实际距离(mm)
第1支 2144.1 0.2500
第2支 2851.0 0.4107
第3支 2055.2 0.2256
第4支 2364.7 0.3082
第5支 2084.6 0.2337
第6支 2521.0 0.3408
第7支 2388.6 0.3132
第8支 2660.3 0.3699
第9支 2334.2 0.3018
第10支 2246.7 0.2783
第11支 3249.8 0.5020
第12支 2830.4 0.4059
第13支 2330.0 0.3009
第14支 2447.5 0.3255
第15支 2332.5 0.3014
数据处理。将表2的实际距离减去表1对应的矫正值，得到被测工件检测点到理想平面的距离Z。并将其与XY平面坐标一一对应，形成每个检测点的空间三坐标(Xi,Yi,Zi)。整理后数据如表3所示。
表3检测点的空间三坐标
Figure GDA0002726579430000092
Figure GDA0002726579430000101
据多点最小二乘法，计算出理想平面方程，计算测试点到该平面的距离，使用最大距离减去最小距离，即为平面度误差值，经计算为0.2048mm，上述实施例中，铝合金油冷器检测装置的被检测面的偏差值要求在0～0.25mm内，则平面度合格，超出这个范围，则视为不合格，经过计算得出偏差值为0.2048mm在偏差范围内，该产品为合格品。
下面对该检测设备的能力进行检验。
操作方法同检验工件的方法相同，只是将被测工件更换为长方形平面度偏差极小的理想标准块，检测点如图7所示。调节测微计将理想标准块上调0.1mm，得到A/D转换板卡显示数据，并通过上述数据转化过程，得到每个测量点上移距离，如表4所示。
表4平面度检测机数据采集计算表(单位：mm)
数据值 1 2 3 4 5
1 0.102 0.108 0.107 0.108 0.109
2 0.105 0.105 0.109 0.109 0.106
3 0.106 0.106 0.107 0.109 0.107
4 0.103 0.109 0.107 0.108 0.106
5 0.104 0.105 0.107 0.106 0.108
6 0.106 0.104 0.110 0.108 0.108
7 0.104 0.107 0.108 0.107 0.107
8 0.106 0.111 0.108 0.107 0.107
9 0.105 0.104 0.107 0.108 0.107
10 0.105 0.105 0.110 0.109 0.108
平均值X 0.10684 最大值max 0.111 最小值min 0.102
极差 0.009 误差平方和 0.0019
根据检测数据的设备能力分析图计算得出，在检测精度要求为(-0mm到 +0.15mm)时，设备的CMK值可以达到7.619左右，数据偏差可以控制在0.009mm 左右。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为其中的一种实施例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于包括以下步骤:
S1.对要使用的传感器采用多折线图进行标定；
S2.将传感器安装到检测工装上，安装完成后利用标定块对传感器的安装高度进行校准，得到传感器检测端面到标定块间的测量值以及根据多折线图转换得到的矫正值；
S3.安装高度校准后，卸下标准块，换上待检测工件，在待检测工件上选取坐标原点，对传感器在待检测工件上平面位置用水平面坐标(X，Y)进行标定；
S4.测量各传感器到待检测工件平面间的测量值以及根据多折线图转换得到的实际距离值；
S5.数据处理，将传感器到待检测工件平面间的实际距离值减去矫正值得到被测工件到理想平面的距离Z，并将其与XY平面坐标一一对应，形成每个检测点的空间坐标(X,Y,Z)；
S6.根据多点最小二乘法，计算出理想平面方程z＝a0x+a1y+a2，计算得出测量面的平面度偏差值，从而判断待检测工件的平面度是否合格。
2.根据权利要求1所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：在上述步骤S1中，利用传感器标定装置对传感器进行标定，所述传感器标定装置包括传感器、螺旋测微计、直线滑轨、移动支座、待检测工件、固定支座、工控机、A/D转换板卡，所述传感器和螺旋测微计都安装在固定支座上，待检测工件紧固在移动支座上；移动支座、螺旋测微计通过直线滑轨构成联动副，所述传感器安装在待检测工件下方，与A/D转换板卡电连接，通过工控机读取A/D转换板卡转换后的值。
3.根据权利要求2所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：在上述步骤S1中，所述传感器固定不动，调节直线滑轨，使待检测工件与传感器检测端面贴合，此时将螺旋测微计的测量值调为0，即待检测工件与传感器检测端面贴合时，为0距离值，此时通过工控机读取A/D转换板卡转换后的值就是对应0距离时的高度数字值，依次调节直线滑轨，分别得到若干组工控机读取A/D转换板卡转换后的值以及螺旋测微计读取值，将螺旋测微计读取值作为横坐标，工控机读取A/D转换板卡转换后的值作为纵坐标，得到对应折线端点值，将各端点依次连线，形成多折线图。
4.根据权利要求2或3所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：所述A/D转换板卡的值是0-10VDC对应0-10000的数字值。
5.根据权利要求1所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：在上述步骤S2中，利用传感器高度校准装置对传感器进行高度校准，所述传感器高度校准装置包括标定块、托举承载块、检测工装、传感器，所述托举承载块固定在所述检测工装上表面的两侧，标定块安装在所述托举承载块上且托举承载块与标定块在金属待检面上贴合，所述传感器固定在所述检测工装中并贯穿所述检测工装，所述传感器的检测端面固定在所述标定块的下端面下方且到金属待检测面间的距离控制在0-10％的传感器量程之间。
6.根据权利要求5所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：在上述步骤S2中，因为安装问题会造成各个传感器检测端面到检测标定块的间距不一样，将金属标定块按固定距离放置在传感器检测端面矩阵上方，在工控机上通过A/D转换板卡读出相应的传感器检测端面到标定块间的测量值，根据多折线图转换得到的矫正值。
7.根据权利要求5或6所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：所述标定块与待检测工件材质和加工工艺一样，并在金属块上制作成一个标准平面，该标准平面与准备检测的金属表面几何边线有相同外形，且标定块待检测面平面度为偏差在0～0.05mm的平整面。
8.根据权利要求1所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：在上述步骤S2和S4中，根据多折线图转换得到的矫正值和实际距离值时，将工控机上通过A/D转换板卡读出的数值与对应传感器的多折线比较，找到一个A/D转换板卡读出的数值的直线，再使用直线方程(y3-y1)/(y2-y1)＝(x3-x1)/(x2-x1)计算出对应该检测点的测量值。
9.根据权利要求1所述的一种多点矩阵式电涡流传感器检测金属平面度检测方法，其特征在于：所述多折线图为九折线图，传感器检测待检测工件时，有效检测距离内的最小检测距离到最大检测距离，可分为十个不同检测点，并记录每个检测点在A/D转换后的数值，连接这组值，就可以得到一根由9段直线首尾相接的九折线图。
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