专利名称：一种基于电磁传感器的线材圆度的测量装置与方法
技术领域：
本发明属于电磁传感器技术领域，涉及一种线材圆度的测量装置及测量方法。
背景技术：
线材是用量很大的钢材品种之一，钢铁中的线材通常是指直径为5. 5-14的盘成 线圈状的钢线材料。由于在加工过程中机床主轴回转不平衡、刀具与主轴之间的受力、材料 应变等诸多因素，使得线材不可避免地产生圆度误差，加剧互配件的磨损、震动，降低了其 使用性能和寿命。形位公差国家标准中对圆度作出了相关规定，GB1499. 1-2008《钢筋混凝 土用钢》中对钢筋的不圆度做出了具体规定。圆度误差是常见的形状误差之一，是指待测物体实际圆轮廓对理想圆的变动量， 它是高精度回转体的一项重要精度指标，也是检测其加工质量的重要指标。因此，对钢筋等 线材的圆度测量是目前生产和使用过程中所面临的一个重要的课题。目前，圆度测量方法有传统测量方法、圆度仪测量方法和三坐标测量机。其中，传 统测量方法受到方法和人为因素的限制；圆度仪的成本高，价格昂贵，对操作环境和条件的 要求严格，大多属于接触式测量；三坐标测量机对轴类零件的测量存在难于安装的问题，并 且需确定初始坐标、选择测量点数等，引入了多种人为因素，测量过程繁琐耗时。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提出一种线材圆度测量的无损检测装 置。本发明采用如下的技术方案一种基于电磁传感器的线材圆度测量装置，用于测量线材圆度，包括电磁传感器、 多路模拟开关、电感测量仪和上位计算机，所述的电磁传感器包括由4个相同的线圈两两 配对构成的2组线圈对，每个线圈由导线在线圈架上绕制而成，绕线方向与线圈架的中轴 相垂直，4个线圈分布在一个圆周上，构成每组线圈对的两个线圈的中轴位于同一条直线 上，其连线均经过圆心；所述电感测量仪包括激励信号输出端和测量信号输入端，电感测量 仪测得的电感值被送入上位计算机；测量线材圆度时，待测线材位于圆心处，其横截面与该 圆位于相同平面，由上位计算机控制通过多路模拟开关一次选通两组线圈对中的一对，其 两个线圈，一个与电感测量仪的激励信号输出端相连，一个与电感测量仪的测量信号输入 端相连，在无线材存在的空场和有线材存在的满场情况下分别采集电感测量仪输出的电感 值LOl和Li，同理，对另一组线圈对电感测量仪在无线材存在的空场和有线材存在的满场 情况下分别采集电感测量仪输出的电感值L02和L2，由上位计算机对输入的电感值进行处
理，设定一个足够小接近于零的阈值，当与1的差值小于该阈值时，判断线材在该横
截面处是圆的，当^^偏离1越远，线材非圆度越大，式中，LOl和L02分别是空场时的电 感值，Ll和L2分别是满场时的电感值。每个电磁传感器的线圈绕线匝数可以介于1-1000匝之间；绕线的直径可以在0. Olmm-IOmm之间，线圈的直径可为3mm-500mm ；所述的4个线圈最好均勻分布在一个圆周上。本发明同时提供一种采用上述的测量装置测量线材圆度的方法，包括下列步骤(1)设定一个足够小接近于零的阈值；(2)空场时，利用上位计算机来控制模拟开关，选通一组线圈对，利用电感测量仪 激励该组线圈对中的一个，并且测量另一个线圈的电感值LOl ；(3)利用上位计算机来控制模拟开关，选通另一组线圈对，利用电感测量仪激励电 磁传感器对2线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L02 ；(4)当放入线材时，利用上位计算机来控制模拟开关，选通一组线圈对，利用电感 测量仪激励该组线圈对中的一个线圈，并且测量另一个线圈的电感值Li。(5)利用上位计算机来控制模拟开关，选通电磁传感器对2，利用电感测量仪激励 电磁传感器对2线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L2。(6)上位计算机根据所测量的各个电感值判断线材的圆度，当与1的差值
小于该阈值时，判断线材在该横截面处是圆的，当^^偏离ι越远，线材非圆度越大。本发明最大优点是非接触式测量线材的圆度，并且可以实时测量。相对来说，这一 技术较实用，方便，是最具可行性的线材圆度的无损检测工具之一。
图1是本发明的基于电磁传感器的线材圆度测量系统装置示意图；图2是单个线圈的示意图。具体实施方法图1是按照本发明实施的一种基于电磁传感器的线材圆度测量系统装置原理图。 它由线圈对1和线圈对2、多路模拟开关4、电感测量仪5和上位计算机6五个主要部分构 成。构成两组线圈对的4个相同线圈均勻分布在同一个圆周上，每个线圈结构示意图 如图2所示，图中，7、8为线圈引出接头，接至模拟开关4。9为线圈架，10为线圈绕线，构成 一组线圈对的两个线圈的线圈架的中轴线位于同一个直径上，测量时，通过模拟开关4被 选通时，将其中一个作为激励线圈，另一个作为接收线圈。电感测量仪可以使用商用的阻抗分析仪(例如安捷伦4284等)；测量时，首先空 场时(即无线材)，利用上位计算机来控制模拟开关，分别选通线圈对1或线圈对2，当选 通其中一组线圈对时，电感测量仪激励一对线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值 LOl ；同理，在选通另一组线圈对时，电感测量仪激励一对线圈中的一个，并且测量另一个线 圈的电感值L02。当放入线材时即满场时，将线材置于电磁传感器的几何中心位置，用同样 的方法测得电感值分别为L1、L2，通过USB数据线将4个电感值导入上位计算机；上位计算 机通过LOl-Ll与L02-L2是否一致来判断线材的圆度。判断时，预设一个足够小接近于零
的阈值，如0. 01，当^^与1的差小于阈值时，线材是圆的，当^^偏离1越远，说明线
材非圆度越大。
模拟开关的电流承受值应为IOmA至IA之间。模拟开关采用MAXIUM公司的大电 流开关芯片(如MAX4656)。构成电磁传感器的4个线圈由绝缘导线绕制而成，绕线的直径为0. Imm-lOmm，线 圈的匝数为10-1000匝，线圈的直径为5mm-500mm。线圈架为非导电材料或由导电率较低的 材料制成，比如耐高温塑料等。测量方法具体包括以下步骤 (1)空场时，利用上位计算机来控制模拟开关，选通电磁传感器对1，利用电感测 量仪激励电磁传感器对1线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值LOl ；(2)利用上位计算机来控制模拟开关，选通电磁传感器对2，利用电感测量仪激励 电磁传感器对2线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L02 ；(3)当放入线材时，利用上位计算机来控制模拟开关，选通电磁传感器对1，利用 电感测量仪激励电磁传感器对1线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值Li。(4)利用上位计算机来控制模拟开关，选通电磁传感器对2，利用电感测量仪激励 电磁传感器对2线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L2。通过USB数据线将4个电感值导入上位计算机，来判断线材的圆度，即当与
1的差小于一个足够小的预设阈值时，线材是圆的，当偏离1越远，说明线材非圆度 越大。
权利要求
一种基于电磁传感器的线材圆度测量装置，用于测量线材圆度，包括电磁传感器、多路模拟开关、电感测量仪和上位计算机，其特征在于，所述的电磁传感器包括由4个相同的线圈两两配对构成的2组线圈对，每个线圈由导线在线圈架上绕制而成，绕线方向与线圈架的中轴相垂直，4个线圈分布在一个圆周上，构成每组线圈对的两个线圈的中轴位于同一条直线上，其连线均经过圆心；所述电感测量仪包括激励信号输出端和测量信号输入端，电感测量仪测得的电感值被送入上位计算机；测量线材圆度时，待测线材位于圆心处，其横截面与该圆位于相同平面，由上位计算机控制通过多路模拟开关一次选通两组线圈对中的一对，其两个线圈，一个与电感测量仪的激励信号输出端相连，一个与电感测量仪的测量信号输入端相连，在无线材存在的空场和有线材存在的满场情况下分别采集电感测量仪输出的电感值L01和L1，同理，对另一组线圈对电感测量仪在无线材存在的空场和有线材存在的满场情况下分别采集电感测量仪输出的电感值L02和L2，由上位计算机对输入的电感值进行处理，设定一个足够小接近于零的阈值，当与1的差值小于该阈值时，判断线材在该横截面处是圆的，当偏离1越远，线材非圆度越大，式中，L01和L02分别是空场时的电感值，L1和L2分别是满场时的电感值。FDA0000022250680000011.tif,FDA0000022250680000012.tif
2.根据权利要求1所述的电磁传感器的线材圆度测量装置，其特征在于，每个电磁传 感器的线圈绕线匝数介于1-1000匝之间；绕线的直径在O.Olmm-lOmm之间，线圈的直径为 3mm-500mmo
3.根据权利要求1所述的电磁传感器的线材圆度测量装置，其特征在于，所述的4个线 圈均勻分布在一个圆周上。
4.一种采用权利要求1所述的测量装置测量线材圆度的方法，包括下列步骤(1)设定一个足够小接近于零的阈值；(2)空场时，利用上位计算机来控制模拟开关，选通一组线圈对，利用电感测量仪激励 该组线圈对中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L01 ；(3)利用上位计算机来控制模拟开关，选通另一组线圈对，利用电感测量仪激励电磁传 感器对2线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L02 ；(4)当放入线材时，利用上位计算机来控制模拟开关，选通一组线圈对，利用电感测量 仪激励该组线圈对中的一个线圈，并且测量另一个线圈的电感值L1。(5)利用上位计算机来控制模拟开关，选通电磁传感器对2，利用电感测量仪激励电磁 传感器对2线圈中的一个，并且测量另一个线圈的电感值L2。(6)上位计算机根据所测量的各个电感值判断线材的圆度，当^^与1的差值小于 该阈值时，判断线材在该横截面处是圆的，当^^偏离1越远，线材非圆度越大。
全文摘要
本发明属于电磁传感器技术领域，涉及一种基于电磁传感器的线材圆度测量装置，其电磁传感器包括由4个相同的线圈两两配对构成的2组线圈对，4个线圈分布在一个圆周上，构成每组线圈对的两个线圈的中轴连线均经过圆心；由上位计算机控制通过多路模拟开关一次选通两组线圈对中的一对，其两个线圈，一个与电感测量仪的激励信号输出端相连，一个与电感测量仪的测量信号输入端相连，在无线材存在的空场和有线材存在的满场情况下分别采集电感测量仪输出的电感值个电感值导入上位计算机，上位计算机根据采集得到的数据即可判断线材的圆度。本发明同时提供一种采用上述测量装置实现的线材圆度测量方法。本发明最大优点是非接触式测量线材的圆度，并且可以实时测量。
文档编号G01B7/28GK101839685SQ20101019888
公开日2010年9月22日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者尹武良, 王奔, 陈立晶 申请人:天津大学