專利名稱：基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無損探傷檢測的裝置，特別涉及一種基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器。
背景技術(shù)：
構(gòu)件表面裂紋(微觀)對于構(gòu)件的應(yīng)用存在潛在的安全隱患，因而檢測探傷及早發(fā)現(xiàn)并消除，是構(gòu)件安全實用的前提?，F(xiàn)有技術(shù)中，對于鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器結(jié)構(gòu)和方法具有多種，常見的如超聲法、射線法、電磁法等。超聲法技術(shù)比較成熟，但是其對工件表面的清潔度要求高，實施起來也比較繁瑣；射線法對檢測漸變性缺陷效果較差且射線污染嚴(yán)重；電磁法又有磁粉法、電渦流法、漏磁法等；磁粉法和電渦流法只適合材料表面或近表面探測，自動化程度低，工藝復(fù)雜，離不開人工觀察，對技術(shù)人員要求很高，難以實現(xiàn)定量的檢測。漏磁法對材料內(nèi)部、表面缺陷均可檢測，特別是對鐵磁材料的缺陷極為敏感，并且檢測中無需對構(gòu)件進(jìn)行清洗、打磨，也不需加耦合劑，在有鐵銹、油污等污染條件下也可檢測，具有其他檢測方式無可比擬的優(yōu)點。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的漏磁法的裂紋探測器大多是單測頭，或者多至三測頭，而這種結(jié)構(gòu)的探測器對于較大面積或者較大圓形鐵磁構(gòu)件不能通過簡單的線掃描來完成，難以實現(xiàn)有效的檢測；并且檢測效率較低，檢測數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，還容易產(chǎn)生漏檢；且沒有提供對構(gòu)件表面的裂紋等缺陷進(jìn)行定量分析所需的數(shù)據(jù)支撐，妨礙了漏磁法在無損檢測領(lǐng)域的運用。因此，需要一種用于適用于鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，能夠避免對鐵磁構(gòu)件表面裂紋缺陷的漏檢，可實現(xiàn)漏磁信息的實時采集，因而可獲取缺陷所在的角度方位及離構(gòu)件中心的距離，方便操作人員對鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析和評估，甚至實現(xiàn)對構(gòu)件表面缺陷狀況的圖形化重構(gòu)，對研究和生產(chǎn)實踐中鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析提供準(zhǔn)確的理論支撐， 具有較高的工作效率。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，能夠避免對鐵磁構(gòu)件表面裂紋缺陷的漏檢，可實現(xiàn)漏磁信息的實時采集，因而可獲取缺陷所在的角度方位及離構(gòu)件中心的距離，方便操作人員對鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析和評估，甚至實現(xiàn)對構(gòu)件表面缺陷狀況的圖形化重構(gòu)，對研究和生產(chǎn)實踐中鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析提供準(zhǔn)確的理論支撐，具有較高的工作效率。本發(fā)明的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，包括探頭組件和驅(qū)動組件探頭組件包括采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件、數(shù)據(jù)采集處理單元和用于封裝陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件及數(shù)據(jù)采集處理單元的殼體；霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列與工件待檢測表面平行，用于采集工件表面裂紋的漏磁信號；驅(qū)動組件設(shè)有用于驅(qū)動探頭組件使霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列覆蓋式掃描工件待檢測表面。進(jìn)一步，工件待檢測表面為圓形，所述霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列為由徑向列和周向列組成的同心環(huán)形陣列；進(jìn)一步，相鄰的徑向列之間的霍爾元件或霍爾元件組件相互錯開，同一徑向列中相鄰霍爾元件或霍爾元件組件之間的距離小于等于相鄰霍爾元件或霍爾元件組件的檢測范圍；進(jìn)一步，所述同一周向列的霍爾元件或霍爾元件組件共用同一電源輸入端，同一徑向列的霍爾元件或霍爾元件組件共用用于將信號輸出至數(shù)據(jù)采集處理單元的同一信號輸出端；進(jìn)一步，采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件為霍爾元件組件，包括位于同一軸向位置的兩個霍爾元件，兩個霍爾元件之間采用差分接法；進(jìn)一步，所述驅(qū)動組件包括伺服電機(jī)和用于安裝并支撐伺服電機(jī)的附屬部件，伺服電機(jī)的動力輸出軸與探頭組件的殼體同軸傳動配合；進(jìn)一步，還包括中央處理系統(tǒng)，用于接收數(shù)據(jù)采集處理單元的信號和接收伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號，向伺服電機(jī)的控制電路發(fā)出控制命令；進(jìn)一步，所述數(shù)據(jù)采集處理單元和中央處理系統(tǒng)之間通過無線模式傳輸信號；進(jìn)一步，相鄰的徑向列之間的圓心角為15° _60°。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件，通過沿檢測方向移動該陣列，全面覆蓋工件待檢測表面，對陣列預(yù)先設(shè)定各個霍爾元件或霍爾元件組件由靜態(tài)角度和所處的周向半徑共同組成的局部相對坐標(biāo)，加上掃描檢測時由霍爾元件或霍爾元件組件移動位移，能將漏磁場電壓信號和準(zhǔn)確的空間位置相對應(yīng)，從而獲得缺陷所在的位置；因而本發(fā)明能夠避免對鐵磁構(gòu)件表面裂紋缺陷的漏檢，可實現(xiàn)漏磁信息的實時采集，因而可獲取缺陷所在的方位及距離構(gòu)件基準(zhǔn)位置的距離，方便操作人員對鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析和評估，甚至實現(xiàn)對構(gòu)件表面缺陷狀況的圖形化重構(gòu)，繪制成三維缺陷圖，對研究和生產(chǎn)實踐中鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析提供準(zhǔn)確的理論支撐，具有較高的工作效率；本發(fā)明特別是對于檢測表面為圓形的鐵磁構(gòu)件，具有探測器檢測速度快、缺陷漏檢率較低等優(yōu)點，具備廣闊的市場應(yīng)用前
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下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖I為本發(fā)明霍爾元件布置圖；圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本發(fā)明使用原理圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明霍爾元件布置圖，圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖，圖3為本發(fā)明使用原理圖，如圖所示本實施例的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，包括探頭組件和驅(qū)動組件
探頭組件包括采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件I、數(shù)據(jù)采集處理單元 5和用于封裝陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件I及數(shù)據(jù)采集處理單元5的殼體6，封裝方式不限，可采用現(xiàn)有的任何機(jī)械結(jié)構(gòu)均能實現(xiàn)目的；霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列與工件待檢測表面平行，用于采集工件7表面裂紋的漏磁信號，工件為鐵磁構(gòu)件；驅(qū)動組件設(shè)有用于驅(qū)動探頭組件使霍爾元件或霍爾元件組件I組成的陣列覆蓋式掃描工件7待檢測表面，覆蓋式掃描是指霍爾元件或霍爾元件組件I的排列方式滿足其移動過程中所經(jīng)過的表面不會留有死角；驅(qū)動組件可以是轉(zhuǎn)動驅(qū)動(適用于圓板狀工件) 或者直線移動(適用于矩形或其他不規(guī)則形狀的板狀工件)。使用時，通過驅(qū)動組件I驅(qū)動探頭沿檢測方向移動，工件7待檢測表面具有裂紋， 則會產(chǎn)生漏磁，通過探頭內(nèi)的霍爾元件或霍爾元件組件I采集到漏磁信號并傳輸至數(shù)據(jù)采集處理單元，由數(shù)據(jù)采集處理單元進(jìn)行采集、變換、放大后進(jìn)行后續(xù)處理達(dá)到濾除高頻噪聲、抑制共模干擾信號、放大差模信號等目的；采集、變換、放大等進(jìn)行后續(xù)處理的方式及裝置均可采用現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)備、模塊以及方式，均能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)明目的，在此不再贅述。本實施例中，工件7待檢測表面為圓形,所述霍爾元件或霍爾元件組件I組成的陣列為由徑向列和周向列組成的同心環(huán)形陣列；采用同心環(huán)形陣列，使用時只需轉(zhuǎn)動即能實現(xiàn)目的，且由于采用的為同心環(huán)形陣列，切只需轉(zhuǎn)動設(shè)定角度即可，大大提高工作效率；預(yù)先設(shè)定各個霍爾元件由靜態(tài)角度和所處的周向半徑共同組成的局部相對坐標(biāo)，加上掃描檢測時由探頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動態(tài)角度，能將漏磁場電壓信號和準(zhǔn)確的空間位置對應(yīng)，從而獲得缺陷所在的位置。本實施例中，相鄰的徑向列之間的霍爾元件或霍爾元件組件I相互錯開，同一徑向列中相鄰霍爾元件或霍爾元件組件I之間的距離小于等于相鄰霍爾元件或霍爾元件組件I的檢測范圍；使用時可通過互相交錯結(jié)構(gòu)補償同一徑向列霍爾元件或霍爾元件組件之間的檢測空白區(qū)域，在轉(zhuǎn)動時只需轉(zhuǎn)動兩倍的相鄰徑向列之間的圓心角即能實現(xiàn)全面覆蓋式掃描檢測，工作效率較高。本實施例中，所述同一周向列的霍爾元件或霍爾元件組件I共用同一電源輸入端，如圖所示，可采用電源輸入母排3結(jié)構(gòu)；同一徑向列的霍爾元件或霍爾元件組件I共用用于將信號輸出至數(shù)據(jù)采集處理單元的同一信號輸出端，如圖所示，采用中心環(huán)形輸出母排4，形成較為規(guī)則的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，霍爾元件的接地端均可共用，供電簡單方便，輸出各不干擾；所述數(shù)據(jù)采集處理單元5用于采集霍爾元件或霍爾元件組件I陣列這一二維數(shù)組的數(shù)據(jù)；周向列分時供電，而同一徑向列上的霍爾元件輸出電壓共用輸出線，數(shù)據(jù)采集處理單元5在同一段供電時間內(nèi)掃描采集各個徑向列的輸出，大大減小了所需的I/O通道數(shù)量， 極大地減小系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，且易于將數(shù)據(jù)通過有線方式或無線方式傳送并存儲到計算機(jī)上以備使用。同時可通過Labview編程設(shè)定判斷是否有裂紋等缺陷的漏磁電壓輸出信號的閾值; 可在檢測過程中使任何一個霍爾元件的輸出信號超出所設(shè)定閾值的上、下限便輸出報警信號，表示所檢測表面存在裂紋等缺陷，并將此時的超限漏磁信號和位置信息單獨存儲。本實施例中，采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件I為霍爾元件組件，包括位于同一軸向位置的兩個霍爾元件，兩個霍爾元件之間采用差分接法，如圖所示，兩個霍爾元件安裝在一個撐板2上，電路同樣布置在撐板2上；如圖3中的虛線所示，漏磁場信號穿過同一對霍爾元件的方向相反，輸出端電壓信號一個增大，另一個減小，將他們做差分運算不僅可以消除共模干擾信號，而且漏磁場引起的輸出電壓變化近似翻倍，能夠發(fā)現(xiàn)比用單個霍爾元件檢測時更小的缺陷。本實施例中，所述驅(qū)動組件包括伺服電機(jī)8和用于安裝并支撐伺服電機(jī)的附屬部件，附屬部件是指支架和底座之類的機(jī)械結(jié)構(gòu)，圖中沒有表示，在此不再贅述；伺服電機(jī)8 的動力輸出軸11與探頭組件的殼體7同軸傳動配合；殼體7可采用支撐起轉(zhuǎn)動的支架支撐，屬于常見的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。本實施例中，還包括中央處理系統(tǒng)10，用于接收數(shù)據(jù)采集處理單元5的信號和接收伺服電機(jī)8的轉(zhuǎn)角信號，轉(zhuǎn)角信號可通過安裝于伺服電機(jī)的角速度傳感器獲得，向伺服電機(jī)8的控制電路9發(fā)出控制命令；圖2中點畫線所示，自動化程度較高，結(jié)合各個霍爾元件由靜態(tài)角度和所處的周向半徑共同組成的局部相對坐標(biāo)，獲得探頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動態(tài)角度，利于得到漏磁處準(zhǔn)確的空間位置。本實施例中，所述數(shù)據(jù)采集處理單元5和中央處理系統(tǒng)10之間通過無線模式傳輸信號，無線傳輸方式采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)方式，在此不再贅述。本實施例中，相鄰的徑向列之間的圓心角為15° -60°，本實施例采用30°，伺服電機(jī)帶動探頭組件在一次檢測過程中只需順時針或者逆時針轉(zhuǎn)動60°角，同一周向列上的霍爾元件所走軌跡連成一個完整的圓周，即對鐵磁構(gòu)件實現(xiàn)圓周式的掃描檢測，而不需探頭旋轉(zhuǎn)完整的一周，提高工作效率，同時蛛網(wǎng)式布局又保證了掃面檢測的精細(xì)程度，盡可能的避免了漏檢的發(fā)生。如圖所示，本發(fā)明在使用時，霍爾元件組掃描檢測含有裂紋的被檢測鐵磁構(gòu)件表面時，由于構(gòu)件內(nèi)部磁場在裂紋處磁導(dǎo)率的變化，向外形成漏磁場，其Y方向磁場分量會進(jìn)入到霍爾元件組，由于是差分接法，使得同組霍爾元件輸出電壓一個增大，一個減小，二者變化的絕對值相差較小，將信號經(jīng)過電壓輸出端送到數(shù)據(jù)采集處理單元，除了可消除大多數(shù)的共模信號以外，檢測的有用信號會因為差分效應(yīng)而加倍，在信號采集方面，雖然霍爾元件組比較多，并不需要占用很多的采集通道；數(shù)據(jù)采集處理單元采用NI USB-6215數(shù)據(jù)采集卡和選通電路，USB-6215數(shù)據(jù)采集卡是一款總線供電帶隔離的M系列多功能DAQ 模塊，在高采樣率下同樣能保持高精度，該模塊提供了 16路模擬輸入；250kS/s單通道采樣率，2路模擬輸出，4路數(shù)字輸入線，4路數(shù)字輸出線，每通道有4個可編程輸入范圍 (±0. 2V-±10V)，數(shù)字觸發(fā)，2個計數(shù)器/定時器，鐵磁構(gòu)件上的漏磁信號屬于低頻信號， USB-6215數(shù)據(jù)采集卡的采樣率、分辨率等指標(biāo)也足以達(dá)到我們對漏磁信號采集的要求。數(shù)據(jù)無線收發(fā)方式所采用的模塊類型可根據(jù)具體的使用環(huán)境和技術(shù)要求來選擇。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于包括探頭組件和驅(qū)動組件探頭組件包括采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件、數(shù)據(jù)采集處理單元和用于封裝陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件及數(shù)據(jù)采集處理單元的殼體；霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列與工件待檢測表面平行，用于采集工件表面裂紋的漏磁信號；驅(qū)動組件設(shè)有用于驅(qū)動探頭組件使霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列覆蓋式掃描工件待檢測表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于工件待檢測表面為圓形，所述霍爾元件或霍爾元件組件組成的陣列為由徑向列和周向列組成的同心環(huán)形陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于相鄰的徑向列之間的霍爾元件或霍爾元件組件相互錯開，同一徑向列中相鄰霍爾元件或霍爾元件組件之間的距離小于等于相鄰霍爾元件或霍爾元件組件的檢測范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于所述同一周向列的霍爾元件或霍爾元件組件共用同一電源輸入端，同一徑向列的霍爾元件或霍爾元件組件共用用于將信號輸出至數(shù)據(jù)采集處理單元的同一信號輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件為霍爾元件組件，包括位于同一軸向位置的兩個霍爾元件，兩個霍爾元件之間采用差分接法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于所述驅(qū)動組件包括伺服電機(jī)和用于安裝并支撐伺服電機(jī)的附屬部件，伺服電機(jī)的動力輸出軸與探頭組件的殼體同軸傳動配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于還包括中央處理系統(tǒng)，用于接收數(shù)據(jù)采集處理單元的信號和接收伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號， 向伺服電機(jī)的控制電路發(fā)出控制命令。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集處理單元和中央處理系統(tǒng)之間通過無線模式傳輸信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，其特征在于相鄰的徑向列之間的圓心角為15° -60°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于霍爾元件的網(wǎng)式鐵磁構(gòu)件表面裂紋探測器，包括探頭組件和驅(qū)動組件探頭組件包括采用陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件、數(shù)據(jù)采集處理單元和用于封裝陣列式布置的霍爾元件或霍爾元件組件及數(shù)據(jù)采集處理單元的殼體；陣列與工件待檢測表面平行，用于采集工件表面裂紋的漏磁信號；本發(fā)明能夠避免對鐵磁構(gòu)件表面裂紋缺陷的漏檢，可實現(xiàn)漏磁信息的實時采集，因而可獲取缺陷所在的方位及距離構(gòu)件基準(zhǔn)位置的距離，方便操作人員對鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析和評估，甚至實現(xiàn)對構(gòu)件表面缺陷狀況的圖形化重構(gòu)，繪制成三維缺陷圖，對研究和生產(chǎn)實踐中鐵磁構(gòu)件表面裂紋的分析提供準(zhǔn)確的理論支撐，具有較高的工作效率。
文檔編號G01N27/83GK102590329SQ20121003677
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月19日
發(fā)明者廖昌榮, 汪濱波, 石祥聰, 謝云山, 韓亮, 魏文雄 申請人:重慶大學(xué)