CN113720253A - 一种基于磁力的钢板厚度测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁工业测量技术领域，涉及一种基于磁力的钢板厚度测量方法和装置。检测永磁体与钢板之间的永磁力，利用预测钢板厚度与永磁力模型，将磁力信号处理转化成厚度信号，将厚度信号进一步处理转化为RGB颜色深度信号，并显示在载体上。本发明通过改变永磁体矩阵的形状满足对有弧度钢板厚度的精准测量。本发明能够实现在线快速测量钢板或者大型管道的厚度、准确确定缺陷的类型、位置。本发明能够实现对待检测点及周围部分的厚度分布情况进行RGB颜色深度显示，显示结果直观准确。

Description

一种基于磁力的钢板厚度测量方法和装置

技术领域

本发明属于钢铁工业测量技术领域，涉及一种基于磁力的钢板厚度测量方法和装置。

背景技术

传统钢板或钢铁管道测厚的方法有超声波、射线、直接测量等方法，但是传统的测量方法有很多缺陷，比如超声波测厚装置复杂，实验环境要求苛刻；射线测厚方法因为使用的射线对人体有危害不宜广泛采用；直接测量方法误差大，费时费力。

传统测厚装置检测效率低，对大型钢板厚度测量需要采集大量的数据，无法展现出某一个区域内厚度的分布情况，对钢板或内部缺陷的高精度快速定位问题的解决，存在很大的难度。

发明内容

本发明针对传统钢板厚度检测中存在的问题提出一种新型的基于磁力的钢板厚度测量方法和装置。

为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：

一种钢板缺陷直观测试方法，检测永磁体与钢板之间的永磁力，利用预测钢板厚度与永磁力模型，将磁力信号处理转化成厚度信号，将厚度信号进一步处理转化为RGB颜色深度信号，并显示在载体上。

一种基于磁力的钢板厚度测量装置，包括台架，所述台架上部设置有密封舱，所述密封舱内部设置有信号处理单元，密封舱外侧设置控制器；所述台架下部设有圆柱块，圆柱块中部设置有拉力传感器，圆柱块底部设置有永磁体矩阵，所述永磁体矩阵由若干永磁体组成，每个永磁体对应设置有伸缩电机，永磁体上部与伸缩电机动力输出端固定连接；所述信号处理单元两端分别电性连接拉力传感器和控制器。

作为优选，所述控制器为触屏式，控制器侧边设有卡扣嵌于密闭舱中。

作为优选，所述若干永磁体上部的可伸缩电机电性连接集成式电机控制器。

作为优选，所述台架底部设置有滑轮。

作为优选，所述台架、圆柱块为高分子材料。

作为优选，所述台架、圆柱块材料为尼龙、树脂或硬质橡胶中的任意一种。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1.本发明通过改变永磁体矩阵的形状满足对有弧度钢板厚度的精准测量。

2.本发明能够实现在线快速测量钢板或者大型管道的厚度、准确确定缺陷的类型、位置。

3.本发明能够实现对待检测点及周围部分的厚度分布情况进行RGB颜色深度显示，显示结果直观准确。

附图说明

图1为本发明所述钢板厚度测量装置示意图；

图2为本发明所述钢板厚度测量装置右示图以及各组成部件对应的名称；

图3为本发明所述永磁体矩阵的装配示意图；

图4为钢板厚度与永磁力的检测曲线。

图5为4*4钢板实验对象。

图6为实验结果转化RGB颜色深度在触摸屏上显示示意图。

各附图标记为：1高分子台架，2密封舱，3信号处理单元，4正方形支架，6高分子圆柱，7拉力传感器，8磁铁束缚筒，9永磁体矩阵，10永磁体，11高分子材料滑轮，12伸缩电机,13电机控制器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，如图1-3所示，本实施例提供基于磁力的钢板厚度测量装置的具体结构。

该装置能检测出永磁体与钢板之间的永磁力，利用磁力和钢板厚度之间的关系，将磁力信号处理以后转化为厚度信号，将厚度信号与颜色RGB相关联转化为颜色深度信号，并显示在屏幕上，从而实现对钢板厚度的测量及缺陷位置的直观显示。

主要包括检测装置、信号处理、显示模块几大部分，其中高分子台架分为上下两层，上层一端安装有密闭舱2，密闭舱2内部装有信号处理单元3，密闭舱外侧安装有触摸显示屏幕4，触摸显示器内部嵌有卡扣嵌在所述密闭舱正前方斜面中，信号处理单元在所述密闭舱内部采用电线相连。所述高分子台架1下部为正方形支架5，所述正方形支架5中心位置悬挂高分子圆柱6，高分子圆柱中间部分安装有测力装置7，所述高分子圆柱6底部悬挂磁铁束缚筒8，磁铁束缚筒8由多个永磁体约束孔组成，约束孔为桶状，与永磁体形状和大小相适应，约束孔内径略大于永磁体，约束孔周围为实心结构用于束缚永磁体矩阵9并抵消永磁体之间的水平作用力，使得永磁体只上下移动，永磁体矩阵9由多个小型圆柱形永磁体10构成，多个束缚孔统一集合成一块孔板，孔板整体固定在磁铁束缚筒侧壁上。为了便于移动，方便钢板不同位置检测，在正方形支架底部设有四个高分子材料滑轮11。

本实施例中，高分子台架1按照其支撑的需求，由高分子骨架和高分子平板粘合而成；高分子台架1与信号处理单元3使用铜螺柱和螺纹相连。触摸显示屏幕4侧边嵌有卡扣嵌在密闭舱2中，与信号处理单元3在密闭舱2内部采用电线相连。高分子圆柱6顶部扣嵌在密闭舱2底部，高分子材料圆柱6与测力装置7的顶部测力输入点采用螺丝固定相连，测力装置（主要部件是拉力传感器）7的底部测力输入点与所述高分子材料圆柱6的下半部分的顶端采用螺丝固定相连。高分子材料圆柱6的下半部分底部与所述磁体约束筒8的顶部通过强力胶粘合，磁性约束筒8内束缚永磁体矩阵9，永磁铁矩阵9内部的每根永磁体圆台对应一个伸缩电机12，伸缩电机可以单独设置电机固定架进行固定，各个电机的动力输出端分别连接永磁体圆台，永磁体圆台顶部与伸缩电机伸缩杆的底部采用强力胶进行粘合固定。每个电机都受电机控制器13控制，信号处理单元根据检测对象的形状控制单个电机的转动角度，使得永磁体矩阵9内部的可伸缩电机可以根据不同的测量对象伸缩出不同的形状。

本实施例中，主要部件采用如下方式设计：

（1）高分子台架、磁力约束筒、高分子材料滑轮的设计

选择高分子材料是为了屏蔽装置对永磁体的吸引，高分子材料可以是黑色尼龙、高分子树脂、硬质橡胶或者塑料等，这些材料绝缘性好，密度低，耐腐蚀、容易黏合固定，适合作为本发明装置中需要绝缘的部位。可最大程度的减少实验误差，制作的方法可以先用Solidworks软件设计出零件的立体图形，选择合适的材料，采用3D打印的方式，将零件打印出来，使用强力胶进行粘合，晾干。

（2）拉力传感器设计

拉力传感器内部采用高强度高灵敏弹性片，拉力作用在弹片上使得弹片上的电阻的阻值发生变化，进而使得线路中的电流发生变化。信号处理单元采集到变化的电流信号进行分析，得出拉力的大小。拉力传感器采用圆柱形设计，圆柱的两端都有突出的螺栓，高分子圆柱相应位置设置内螺纹，传感器上下分别与高分子圆柱通过螺丝进行连接。

（3）永磁体矩阵的设计

利用磁力对钢板厚度进行测量的时候，需要保证永磁体与被测钢板或者钢管之间的气隙保持不变，这种情况在平直钢板上实现不困难，但是在各种弧度的钢板上实现厚度的精准测量就比较困难，所以本发明设计出一种可以根据被测物体弧度同时变化的矩阵磁铁以适应不同弧度的被测物体，可以显著提高测量的精度。本实施例中矩阵磁铁是由多个小型圆台形磁铁组成，每个圆台型磁铁的顶部与一个可伸缩电机相连，电机顶部固定在磁铁约束筒顶部，电机为动力输出端可以旋转和伸缩的类型（伸缩旋转电机），通过控制可伸缩电机转动不同的角度，可以使圆台型磁铁矩阵呈现出不同的弧度，最大程度符合被测物体的形状，使得二者之间的气隙保持不变。

（4）信号处理

信号处理主要是对拉力传感器采集到的拉力模拟信号经过取样、保持、量化及编码转换为数字信号，利用已有的磁力与厚度之间的离线数学模型，得出待测物体的厚度。将厚度信息存储，记录一段时间内的厚度信息，使用不用的RGB颜色代替厚度的大小，即将厚度信息转化为RGB颜色图的形式，并且在触摸显示器上显示。

（5）触摸显示器显示

触摸显示器可以通过按钮切换显示磁力变化曲线、厚度的RGB颜色显示。观察显示器上的RGB颜色图，根据颜色的深浅十分明了的观察到厚度的变化。图像中RGB颜色差别大的区域，往往是缺陷存在的位置，通过观察颜色的变化情况可以判断缺陷的类型。

实施例2

本实施例提供基于磁力的钢板厚度测量具体操作。

本实施例用到的信号处理过程，主要包括磁力信号与厚度信号转换、厚度与RGB颜色转换。磁力信号与厚度转换，是通过离线实验建立起待测钢板不同的厚度与检测到的永磁力之间的模型，以便在线检测的时候，只需要分析检测到的永磁力，通过建立的模型，转换出待测钢板的厚度。厚度与RGB颜色转换，是离线人为建立起不同的厚度范围与不同的RGB颜色相对应的模型，以便在线检测时，只需要分析处理以后的厚度值，通过建立的模型，转换出不同的RGB颜色在显示屏上显示。

1.建立模型

首先建立起永磁力与钢板厚度的关系，采用实验的方法建立模型，在其他条件都固定的情况下，通过改变气隙、改变钢板厚度，测得不同的气隙下，钢板厚度与永磁力的大小的曲线，以厚度为1-13mm的不同厚度钢板为例测得的钢板厚度与永磁力的曲线如图4所示。

以磁铁直径为50mm、气隙为2mm、钢板厚度为1-4mm为例，钢板厚度与永磁力近似呈线性相关，由此建立起钢板厚度h与永磁力f之间的模型如下：

2.建立钢板厚度与颜色对应表格

建立起钢板厚度与RGB颜色的模型之后，以钢板厚度1-4mm为例，按照厚度分为[1,1.2)，[1.2,1.4)，[1.4,1.6)，[1.6,1.8)，[1.8,2)，[2,2.2)，[2.2,2.4)，[2.4,2.6)，[2.6,2.8)，[2.8,3)，[3,3,2)，[3,2,3,4)，[3.4,3.6)，[3.6,3.8)，[3.8,4]这15个区域，每个区域对应一个RGB颜色，得到下面厚度与RGB颜色（十六进制颜色码）对应的表格。

表1 厚度与RGB颜色（十六进制颜色码）对应表

3.根据钢板弧度调整永磁体矩阵

提前检测钢板弯曲的弧度，根据弧度的大小，通过电机控制器控制可伸缩电机，进而调整永磁体矩阵的突出形状，保证永磁体矩阵的突出形状与钢板弯曲的弧度基本一致，以此保证本装置与待测钢板之间气隙的大小一致。

4.检测和显示

推动装置进行测量，装置边扫描边生成RGB深度图形，扫描一个固定的区域结束，生成一个完整的RGB深度图形来表征厚度的大小，以一个4*4的钢板为例，实验对象如图5所示，在中心四个区域的地方存在缺陷，厚度为1.6mm，其余部分厚度为2mm，RGB颜色（十六进制颜色码）排列如下表2所示。

表2 检测结果

5.结果显示

将RGB颜色（十六进制颜色码）上传至触摸屏进行显示，显示结果如图6所示，结果明显表征中部四个颜色与周围颜色不同，根据颜色对应的厚度表征，中部四个区域为缺陷区域。

本发明所提出的装置能检测出永磁体与钢板之间的永磁力，利用磁力和钢板厚度之间的关系，将磁力信号处理以后转化为厚度信号，将厚度信号与RGB颜色相关联转化为颜色深度信号，并显示在屏幕上，从而实现对钢板厚度的测量及缺陷位置的直观显示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种钢板缺陷直观测试方法，其特征在于，检测永磁体与钢板之间的永磁力，利用预测钢板厚度与永磁力模型，将磁力信号处理转化成厚度信号，将厚度信号进一步处理转化为RGB颜色深度信号，并显示在载体上。

2.一种基于磁力的钢板厚度测量装置，包括台架，其特征在于，所述台架上部设置有密封舱，所述密封舱内部设置有信号处理单元，密封舱外侧设置控制器；所述台架下部设有圆柱块，圆柱块中部设置有拉力传感器，圆柱块底部设置有永磁体矩阵，所述永磁体矩阵由若干永磁体组成，每个永磁体对应设置有伸缩电机，永磁体上部与伸缩电机动力输出端固定连接；所述信号处理单元两端分别电性连接拉力传感器和控制器。

3.根据权利要求2所述基于磁力的钢板厚度测量装置，其特征在于，所述控制器为触屏式，控制器侧边设有卡扣嵌于密闭舱中。

4.根据权利要求2所述基于磁力的钢板厚度测量装置，其特征在于，所述若干永磁体上部的可伸缩电机电性连接有集成式电机控制器，所述集成式电机控制器输入端连接信号处理单元。

5.根据权利要求2所述基于磁力的钢板厚度测量装置，其特征在于，所述台架底部设置有滑轮。

6.根据权利要求2所述基于磁力的钢板厚度测量装置，其特征在于，所述台架、圆柱块为高分子材料。

7.根据权利要求2所述基于磁力的钢板厚度测量装置，其特征在于，所述台架、圆柱块材料为尼龙、树脂或硬质橡胶中的任意一种。

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