專利名稱：一種基于電磁傳感器的線材圓度的測量裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種線材圓度的測量裝置及測量方法。
背景技術(shù)：
線材是用量很大的鋼材品種之一，鋼鐵中的線材通常是指直徑為5. 5-14的盤成 線圈狀的鋼線材料。由于在加工過程中機床主軸回轉(zhuǎn)不平衡、刀具與主軸之間的受力、材料 應(yīng)變等諸多因素，使得線材不可避免地產(chǎn)生圓度誤差，加劇互配件的磨損、震動，降低了其 使用性能和壽命。形位公差國家標準中對圓度作出了相關(guān)規(guī)定，GB1499. 1-2008《鋼筋混凝 土用鋼》中對鋼筋的不圓度做出了具體規(guī)定。圓度誤差是常見的形狀誤差之一，是指待測物體實際圓輪廓對理想圓的變動量， 它是高精度回轉(zhuǎn)體的一項重要精度指標，也是檢測其加工質(zhì)量的重要指標。因此，對鋼筋等 線材的圓度測量是目前生產(chǎn)和使用過程中所面臨的一個重要的課題。目前，圓度測量方法有傳統(tǒng)測量方法、圓度儀測量方法和三坐標測量機。其中，傳 統(tǒng)測量方法受到方法和人為因素的限制；圓度儀的成本高，價格昂貴，對操作環(huán)境和條件的 要求嚴格，大多屬于接觸式測量；三坐標測量機對軸類零件的測量存在難于安裝的問題，并 且需確定初始坐標、選擇測量點數(shù)等，引入了多種人為因素，測量過程繁瑣耗時。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種線材圓度測量的無損檢測裝 置。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種基于電磁傳感器的線材圓度測量裝置，用于測量線材圓度，包括電磁傳感器、 多路模擬開關(guān)、電感測量儀和上位計算機，所述的電磁傳感器包括由4個相同的線圈兩兩 配對構(gòu)成的2組線圈對，每個線圈由導線在線圈架上繞制而成，繞線方向與線圈架的中軸 相垂直，4個線圈分布在一個圓周上，構(gòu)成每組線圈對的兩個線圈的中軸位于同一條直線 上，其連線均經(jīng)過圓心；所述電感測量儀包括激勵信號輸出端和測量信號輸入端，電感測量 儀測得的電感值被送入上位計算機；測量線材圓度時，待測線材位于圓心處，其橫截面與該 圓位于相同平面，由上位計算機控制通過多路模擬開關(guān)一次選通兩組線圈對中的一對，其 兩個線圈，一個與電感測量儀的激勵信號輸出端相連，一個與電感測量儀的測量信號輸入 端相連，在無線材存在的空場和有線材存在的滿場情況下分別采集電感測量儀輸出的電感 值LOl和Li，同理，對另一組線圈對電感測量儀在無線材存在的空場和有線材存在的滿場 情況下分別采集電感測量儀輸出的電感值L02和L2，由上位計算機對輸入的電感值進行處
理，設(shè)定一個足夠小接近于零的閾值，當與1的差值小于該閾值時，判斷線材在該橫
截面處是圓的，當^^偏離1越遠，線材非圓度越大，式中，LOl和L02分別是空場時的電 感值，Ll和L2分別是滿場時的電感值。每個電磁傳感器的線圈繞線匝數(shù)可以介于1-1000匝之間；繞線的直徑可以在0. Olmm-IOmm之間，線圈的直徑可為3mm-500mm ；所述的4個線圈最好均勻分布在一個圓周上。本發(fā)明同時提供一種采用上述的測量裝置測量線材圓度的方法，包括下列步驟(1)設(shè)定一個足夠小接近于零的閾值；(2)空場時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通一組線圈對，利用電感測量儀 激勵該組線圈對中的一個，并且測量另一個線圈的電感值LOl ；(3)利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通另一組線圈對，利用電感測量儀激勵電 磁傳感器對2線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L02 ；(4)當放入線材時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通一組線圈對，利用電感 測量儀激勵該組線圈對中的一個線圈，并且測量另一個線圈的電感值Li。(5)利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通電磁傳感器對2，利用電感測量儀激勵 電磁傳感器對2線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L2。(6)上位計算機根據(jù)所測量的各個電感值判斷線材的圓度，當與1的差值
小于該閾值時，判斷線材在該橫截面處是圓的，當^^偏離ι越遠，線材非圓度越大。本發(fā)明最大優(yōu)點是非接觸式測量線材的圓度，并且可以實時測量。相對來說，這一 技術(shù)較實用，方便，是最具可行性的線材圓度的無損檢測工具之一。


圖1是本發(fā)明的基于電磁傳感器的線材圓度測量系統(tǒng)裝置示意圖；圖2是單個線圈的示意圖。具體實施方法圖1是按照本發(fā)明實施的一種基于電磁傳感器的線材圓度測量系統(tǒng)裝置原理圖。 它由線圈對1和線圈對2、多路模擬開關(guān)4、電感測量儀5和上位計算機6五個主要部分構(gòu) 成。構(gòu)成兩組線圈對的4個相同線圈均勻分布在同一個圓周上，每個線圈結(jié)構(gòu)示意圖 如圖2所示，圖中，7、8為線圈引出接頭，接至模擬開關(guān)4。9為線圈架，10為線圈繞線，構(gòu)成 一組線圈對的兩個線圈的線圈架的中軸線位于同一個直徑上，測量時，通過模擬開關(guān)4被 選通時，將其中一個作為激勵線圈，另一個作為接收線圈。電感測量儀可以使用商用的阻抗分析儀(例如安捷倫4284等)；測量時，首先空 場時(即無線材)，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，分別選通線圈對1或線圈對2，當選 通其中一組線圈對時，電感測量儀激勵一對線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值 LOl ；同理，在選通另一組線圈對時，電感測量儀激勵一對線圈中的一個，并且測量另一個線 圈的電感值L02。當放入線材時即滿場時，將線材置于電磁傳感器的幾何中心位置，用同樣 的方法測得電感值分別為L1、L2，通過USB數(shù)據(jù)線將4個電感值導入上位計算機；上位計算 機通過LOl-Ll與L02-L2是否一致來判斷線材的圓度。判斷時，預設(shè)一個足夠小接近于零
的閾值，如0. 01，當^^與1的差小于閾值時，線材是圓的，當^^偏離1越遠，說明線
材非圓度越大。
模擬開關(guān)的電流承受值應(yīng)為IOmA至IA之間。模擬開關(guān)采用MAXIUM公司的大電 流開關(guān)芯片(如MAX4656)。構(gòu)成電磁傳感器的4個線圈由絕緣導線繞制而成，繞線的直徑為0. Imm-lOmm，線 圈的匝數(shù)為10-1000匝，線圈的直徑為5mm-500mm。線圈架為非導電材料或由導電率較低的 材料制成，比如耐高溫塑料等。測量方法具體包括以下步驟 (1)空場時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通電磁傳感器對1，利用電感測 量儀激勵電磁傳感器對1線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值LOl ；(2)利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通電磁傳感器對2，利用電感測量儀激勵 電磁傳感器對2線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L02 ；(3)當放入線材時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通電磁傳感器對1，利用 電感測量儀激勵電磁傳感器對1線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值Li。(4)利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通電磁傳感器對2，利用電感測量儀激勵 電磁傳感器對2線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L2。通過USB數(shù)據(jù)線將4個電感值導入上位計算機，來判斷線材的圓度，即當與
1的差小于一個足夠小的預設(shè)閾值時，線材是圓的，當偏離1越遠，說明線材非圓度 越大。
權(quán)利要求
一種基于電磁傳感器的線材圓度測量裝置，用于測量線材圓度，包括電磁傳感器、多路模擬開關(guān)、電感測量儀和上位計算機，其特征在于，所述的電磁傳感器包括由4個相同的線圈兩兩配對構(gòu)成的2組線圈對，每個線圈由導線在線圈架上繞制而成，繞線方向與線圈架的中軸相垂直，4個線圈分布在一個圓周上，構(gòu)成每組線圈對的兩個線圈的中軸位于同一條直線上，其連線均經(jīng)過圓心；所述電感測量儀包括激勵信號輸出端和測量信號輸入端，電感測量儀測得的電感值被送入上位計算機；測量線材圓度時，待測線材位于圓心處，其橫截面與該圓位于相同平面，由上位計算機控制通過多路模擬開關(guān)一次選通兩組線圈對中的一對，其兩個線圈，一個與電感測量儀的激勵信號輸出端相連，一個與電感測量儀的測量信號輸入端相連，在無線材存在的空場和有線材存在的滿場情況下分別采集電感測量儀輸出的電感值L01和L1，同理，對另一組線圈對電感測量儀在無線材存在的空場和有線材存在的滿場情況下分別采集電感測量儀輸出的電感值L02和L2，由上位計算機對輸入的電感值進行處理，設(shè)定一個足夠小接近于零的閾值，當與1的差值小于該閾值時，判斷線材在該橫截面處是圓的，當偏離1越遠，線材非圓度越大，式中，L01和L02分別是空場時的電感值，L1和L2分別是滿場時的電感值。FDA0000022250680000011.tif,FDA0000022250680000012.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁傳感器的線材圓度測量裝置，其特征在于，每個電磁傳 感器的線圈繞線匝數(shù)介于1-1000匝之間；繞線的直徑在O.Olmm-lOmm之間，線圈的直徑為 3mm-500mmo
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁傳感器的線材圓度測量裝置，其特征在于，所述的4個線 圈均勻分布在一個圓周上。
4.一種采用權(quán)利要求1所述的測量裝置測量線材圓度的方法，包括下列步驟(1)設(shè)定一個足夠小接近于零的閾值；(2)空場時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通一組線圈對，利用電感測量儀激勵 該組線圈對中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L01 ；(3)利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通另一組線圈對，利用電感測量儀激勵電磁傳 感器對2線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L02 ；(4)當放入線材時，利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通一組線圈對，利用電感測量 儀激勵該組線圈對中的一個線圈，并且測量另一個線圈的電感值L1。(5)利用上位計算機來控制模擬開關(guān)，選通電磁傳感器對2，利用電感測量儀激勵電磁 傳感器對2線圈中的一個，并且測量另一個線圈的電感值L2。(6)上位計算機根據(jù)所測量的各個電感值判斷線材的圓度，當^^與1的差值小于 該閾值時，判斷線材在該橫截面處是圓的，當^^偏離1越遠，線材非圓度越大。
全文摘要
本發(fā)明屬于電磁傳感器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于電磁傳感器的線材圓度測量裝置，其電磁傳感器包括由4個相同的線圈兩兩配對構(gòu)成的2組線圈對，4個線圈分布在一個圓周上，構(gòu)成每組線圈對的兩個線圈的中軸連線均經(jīng)過圓心；由上位計算機控制通過多路模擬開關(guān)一次選通兩組線圈對中的一對，其兩個線圈，一個與電感測量儀的激勵信號輸出端相連，一個與電感測量儀的測量信號輸入端相連，在無線材存在的空場和有線材存在的滿場情況下分別采集電感測量儀輸出的電感值個電感值導入上位計算機，上位計算機根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)即可判斷線材的圓度。本發(fā)明同時提供一種采用上述測量裝置實現(xiàn)的線材圓度測量方法。本發(fā)明最大優(yōu)點是非接觸式測量線材的圓度，并且可以實時測量。
文檔編號G01B7/28GK101839685SQ20101019888
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者尹武良, 王奔, 陳立晶 申請人:天津大學