生物安全柜前窗移门悬挂钢丝缺陷的检测装置和方法

文档序号:24889465发布日期:2021-04-30 13:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种悬挂钢丝缺陷的检测装置,其特征在于装置由励磁检测传感器单元(10)、步进电机和驱动器单元(20)、惠斯顿电桥单元(30)、信号处理和控制单元(40)、滚珠丝杠副(50)、悬挂钢丝(60)、卡具台架(70)组成;励磁检测传感器单元(10)包括永磁励磁模块(100)、霍尔检测模块(200)、霍尔信号调理模块(300)、励磁检测传感器开合模块(400),步进电机和驱动器单元(20)包括驱动器模块(500)、步进电机(600);

励磁检测传感器单元(10)、步进电机和驱动器单元(20)、惠斯顿电桥单元(30)与信号处理和控制单元(40)相连,惠斯顿电桥单元(30)输出悬挂钢丝电阻值r的偏离度、即悬挂钢丝的lma;永磁励磁模块(100)、霍尔检测模块(200)沿悬挂钢丝(60)的轴线分离安装,借助励磁检测传感器开合模块(400)进行开/合状态的转换,励磁检测传感器开合模块(400)安装在滚珠丝杠副(50)的螺母滑块上、与滚珠丝杠副(50)的螺母刚性连接;步进电机和驱动器单元(20)驱动滚珠丝杠副(50),滚珠丝杠副(50)的螺母带动励磁检测传感器单元(10)沿悬挂钢丝(60)的轴线平移,悬挂钢丝(60)安装在卡具台架(70)的卡具上;励磁检测传感器单元(10)采用开合式沿钢丝轴心的剖分结构,开状态时执行间歇运动,合状态时执行静态电磁检测,即综合磁屏蔽、聚磁和差分技术,对悬挂钢丝(60)的lf信号进行间歇式静态剩磁检测。

2.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于所述的永磁励磁模块(100)由第1永磁体上半环(110)、第1永磁体下半环(120)、第2永磁体上半环(130)、第2永磁体下半环(140)、周向衔铁导磁套筒上半环(150)、周向衔铁导磁套筒下半环(160)组成,4个永磁体半环和2个周向衔铁导磁套筒半环构成永磁励磁源;第1永磁体上半环(110)包括铷铁硼永磁铁(111)、坡莫合金极靴(112),坡莫合金极靴(112)与铷铁硼永磁铁(111)为同圆心的内外环,第1永磁体下半环(120)、第2永磁体上半环(130)、第2永磁体下半环(140)与第1永磁体上半环(110)相同;周向衔铁导磁套筒上半环(150)、周向衔铁导磁套筒下半环(160)采用dt4c电磁纯铁;永磁励磁模块(100)采用开合式沿钢丝轴心的剖分结构,借助励磁检测传感器开合模块(400)进行开/合状态的转换,开状态时执行间歇运动,合状态时执行永磁励磁;通过永磁励磁模块(100)提供的励磁磁场,进行悬挂钢丝(60)lf信号的间歇式静态剩磁检测;

霍尔检测模块(200)由设导磁凸台的第1聚磁上半环(210)、设导磁凸台的第1聚磁下半环(220)、设导磁凸台的第2聚磁上半环(230)、设导磁凸台的第2聚磁下半环(240)、上半环霍尔元件(250)、下半环霍尔元件(260)、上半环磁屏蔽罩(270)、下半环磁屏蔽罩(280)组成;上半环霍尔元件(250)嵌在第1聚磁上半环(210)、第2聚磁上半环(230)的导磁凸台中间,构成聚磁上半环的导磁桥路,下半环霍尔元件(260)嵌在第1聚磁下半环(220)、第2聚磁下半环(240)的导磁凸台中间,构成聚磁下半环的导磁桥路,上半环磁屏蔽罩(270)、下半环磁屏蔽罩(280)构成霍尔检测模块(200)的磁屏蔽罩,上/下半环导磁桥路整体布置在磁屏蔽罩的中心位置;霍尔元件的型号ugn3503,聚磁环采用dt4c电磁纯铁;霍尔检测模块(200)采用开合式沿钢丝轴心的剖分结构,借助励磁检测传感器开合模块(400)进行开/合状态的转换,开状态时执行间歇运动,合状态时执行悬挂钢丝(60)lf信号的间歇式静态剩磁检测;

霍尔信号调理模块(300)以第1运放(310)、第2运放(320)、第3运放(330)、第4运放(340)、第5运放(350)为核心,运放型号op-27;第1运放(310)构成上半环霍尔元件(250)的调零电路,第2运放(320)构成上半环霍尔元件(250)的巴特沃斯滤波器,第3运放(330)构成下半环霍尔元件(260)的调零电路,第4运放(340)构成下半环霍尔元件(260)的巴特沃斯滤波器,第5运放(350)构成上半环霍尔元件(250)和下半环霍尔元件(260)的加法电路;上半环霍尔元件(250)的ugn3503脚1接5v、脚2接地,脚3输出uh1_upper、经r312与第1运放(310)的op-27脚3相连,op-27脚3经r313接地;5v经可变电阻r315、电阻r311与第1运放(310)的op-27脚2相连,op-27脚2经r314接脚6;取值r314/r311=r313/r312,则uh2_upper=r314/r311×(uh1_upper-u315),u315是可变电阻r315输出的电压,电路调零时上半环霍尔元件(250)上加磁屏蔽、调节可变电阻r315、使uh1_upper=u315、即上半环霍尔元件(250)输出的静态电压调零,撤上半环霍尔元件(250)的磁屏蔽,调零结束转入检测;调零电路输出uh2_upper,经上半环霍尔元件(250)的巴特沃斯滤波器输出uh3_upper;下半环霍尔元件(260)的ugn3503信号调理与上半环霍尔元件(250)相同,输出uh3_lower;uh3_upper、uh3_lower分别经r351、r352与第5运放(350)的op-27脚3相连,r353和r354相连后接op-27脚2,r354的另一端接地,r353的另一端接op-27脚6,取值r351=r352、r353=r354,则第5运放(350)的op-27输出uh_ul=uh3_upper+uh3_lower;uh_ul与处理和控制单元(40)的atmega128脚59相连;

励磁检测传感器开合模块(400)包括开合螺母机构(410)和控制电路(420);开合螺母机构(410)由左半螺母(411)、右半螺母(412)、阶梯形螺杆(413)组成,在左半螺母(411)上横向设计一个直径为md1的螺纹通孔,在右半螺母(412)上横向设计一个直径为md2的螺纹通孔(md2>md1),右半螺母螺孔的螺纹旋向与左半螺母螺孔的螺纹旋向相反;阶梯形螺杆(413)的螺柱的设计与两个半螺母螺孔相对应,螺杆的前半部有直径为md1的螺柱,旋向与左半螺母相同,两者配合运动;螺杆的后半部有直径为md2的螺柱,旋向与右半螺母相同,两者配合运动;

控制电路(420)以l9110电机驱动芯片(421)为核心,信号处理和控制单元(40)的atmega128脚48、47分别与l9110脚6、7相连,l9110脚1、2分别接入电机(422)的两端;电机(422)的正/反转对应开合螺母机构(410)的开合状态转换,即永磁励磁模块(100)、霍尔检测模块(200)开/合状态的转换。

3.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于所述的驱动器模块(500)的型号为zd-6560-v4;zd-6560-v4的a+、a-、b+、b-端口分别与57型两相步进电机(600)的a+、a-、b+、b-端口相连,zd-6560-v4的电源+、电源-分别与24vdc的+、-端相连;zd-6560-v4的方向+、脱机+、脉冲+端口与信号处理和控制单元(40)的atmega128脚24相连,zd-6560-v4的方向-、脱机-、脉冲-端口分别与信号处理和控制单元(40)的atmega128脚51、50、49端口相连。

4.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于所述的惠斯顿电桥单元(30)包括2个相同规格电阻值的精密铂电阻rpt、悬挂钢丝、标准钢丝,标准钢丝与悬挂钢丝同规格型号,与出厂时的悬挂钢丝具有相同的长度和电阻值;精密铂电阻rpt串联成电桥的acb臂、标准钢丝与悬挂钢丝串联成电桥的adb臂,a、b端接3.3v,c、d端分别与信号处理和控制单元(40)的atmega128脚61、60相连;检测悬挂钢丝阻值r偏离度、即悬挂钢丝的lma,悬挂钢丝阻值r偏离度abs(r-r0)/r0,悬挂钢丝阻值为r,标准钢丝阻值为r0。

5.根据权利要求1所述的检测装置,其特征在于所述的信号处理和控制单元(40)以atmega128芯片为核心,atmega128脚59,47、48分别与霍尔信号调理模块(300),励磁检测传感器开合模块(400)相连;atmega128脚24、51、50、49与驱动器模块(210)相连;atmega128脚61、60分别与惠斯顿电桥单元(30)的c、d端相连。

6.一种使用如权利要求1所述检测装置的悬挂钢丝缺陷检测方法流程,包括lma惠斯顿电桥检测流程和lf间歇式静态剩磁检测流程;

lma惠斯顿电桥检测流程如下:

①配置与悬挂钢丝相同规格型号、相同长度电阻值的标准钢丝r02个相同规格电阻值的精密铂电阻rpt

②确定悬挂钢丝电阻偏离度阈值r_threshold

③精密铂电阻rpt串联成电桥的acb臂、标准钢丝与悬挂钢丝串联成电桥的adb臂,a、b端接3.3v,c、d端与信号处理和控制单元相连

④根据惠斯顿电桥的输出,得悬挂钢丝的电阻值r计算悬挂钢丝阻值r偏离度abs(r-r0)/r0

⑤根据悬挂钢丝lma合格判据:abs(r-r0)/r0≤r_threshold判定悬挂钢丝是否合规;

lf间歇式静态剩磁检测流程如下:

1、卡具台架上安装悬挂钢丝,确定悬挂钢丝lf差分阈值dd_threshold

2、信号处理和控制单元控制

2-1励磁检测传感器单元进入开状态

2-2步进电机和驱动器单元+滚珠丝杠副使传感器单元至初始位

2-3励磁检测传感器单元进入合状态

间歇式静态剩磁检测悬挂钢丝lf初始值d(0)

3、间歇式静态剩磁检测悬挂钢丝lf,信号处理和控制单元控制

3-0令i=1,n=int(l/δl),l悬挂钢丝长度,δl间歇平移长度

3-1励磁检测传感器单元进入开状态

3-2步进电机和驱动器单元+滚珠丝杠副使传感器单元平移一个间歇步

3-3励磁检测传感器单元进入合状态

间歇式静态剩磁检测悬挂钢丝lf值d(i)

计算lf差分值dd(i)=d(i)-d(i-1)

3-4如果i=n,间歇式静态剩磁检测悬挂钢丝lf结束,转3-5否则,i=i+1,转“3-1”

3-5根据悬挂钢丝lf合格判据:abs(dd(i))≤dd_threshold判定悬挂钢丝是否合规。


技术总结
本发明公开一种悬挂钢丝缺陷的检测装置和方法,装置由励磁检测传感器单元、步进电机和驱动器单元、惠斯顿电桥单元、信号处理和控制单元、滚珠丝杠副、悬挂钢丝、卡具台架组成。悬挂/标准钢丝构成的惠斯顿电桥检测悬挂钢丝阻值R偏离度,推断钢丝LMA,简单有效。钢丝LF剩磁检测:借助开合式剖分结构的剩磁传感器,间歇式静态检测模拟动态检测,克服机械与检测对传感器与钢丝间隙精度的冲突;综合磁屏蔽、聚磁和差分技术提高了LF剩磁检测的精度。

技术研发人员:叶建平;张泽彬;许仕伟;吴明光
受保护的技术使用者:浙江大学
技术研发日:2020.12.11
技术公布日:2021.04.30
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