一种具有对中功能的铜覆钢棒覆层厚度测量探头

1.本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种具有对中功能的铜覆钢棒覆层厚度测量探头。


背景技术：

2.铜覆钢棒是一种双金属复合材料,是将铜与钢两种金属通过一定的工艺加工而成的复合导体。该复合导体既有钢的高强度、高弹性、高热阻和高导磁特性,又有铜的良好导电性和优良抗腐蚀性，是一种优质的接地材料。但品质不合格的铜覆钢材料存在重大安全隐患，若镀层厚度过薄，在运输或者安装过程中难免会因为磕碰引起镀层的损伤乃至缺失，导致镀铜层与基体碳钢直接暴露于腐蚀介质，从而诱发电偶腐蚀，进而在极短时间内发生锈蚀断裂，导致材料的寿命大幅降低。因此铜覆盖层厚度检测成为电力系统工程施工必要环节。
3.针对涂覆层厚度检测，常采用化学腐蚀的点滴法或金相显微镜测厚法等破坏性检测方法,这些方法不仅要损坏工件,而且只能对产品进行个别抽查,检查速度慢,浪费也很大；也有红外热成像法、超声波测量法、涡流检测法等无损检测方法。但也存在测量精度不高，成本高，检测效率低等诸多问题。
4.而电磁法测厚具有操作简单，对小厚度镀层检测精度高，易于实现自动化检测等优势。但是实际测量中，由于铜覆钢棒曲率较大，致使探头接触点位置、接触面与棒材表面夹角等因素对检测精度的影响很大；传统磁法测厚仪探头单点接触检测精度低，测量准确度受操作者手法影响大等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种具有对中功能的铜覆钢棒覆层厚度测量探头。
6.为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种具有对中功能的铜覆钢棒覆层厚度测量探头，包括由测厚传感器组成的检测主体和用于固定所述检测主体的对中装置，所述对中装置包括主轴，所述主轴包括光轴，所述光轴两端分别设置有左滚珠丝杆结构和右滚珠丝杆结构，所述左滚珠丝杆结构包括左丝杠和设置在所述左丝杠上的左螺母，所述右滚珠丝杆结构包括右丝杠和设置在所述右丝杠上的右螺母，所述左丝杠、右丝杠均通过联轴器与所述光轴连接，所述光轴上通过轴承安装有滑块套筒，所述滑块套筒上固定设置有探测铜覆钢棒的覆层厚度的检测主体，所述对中装置包括夹持组件和用于限位的上导轨组件，所述上导轨组件包括导轨轴，所述导轨轴的中心位置上固定设置有导轨支架，所述导轨支架与所述滑块套筒固定连接，所述导轨轴两端均设置有滑块，所述滑块上设置有连接棒，两端的所述连接棒分别与所述左螺母、右螺母连接，所述夹持组件包括设置在所述左螺母、右螺母上的夹脚，所述夹脚上设置有牛眼轮。
7.优选的，所述左滚珠丝杆结构和所述右滚珠丝杆结构关于所述滑块套筒左右对
称，所述导轨支架、滑块套筒和检测主体的竖直方向的轴线相同，所述左螺母和所述右螺母的螺纹间距一致，所述左丝杠和所述右丝杠的螺纹旋向相反。
8.优选的，所述左丝杠上设置有旋转握把。
9.优选的，所述检测主体由两个漆包线绕制的第一线圈和第二线圈组成，所述第一线圈和所述第二线圈的磁芯为均
┏┒
字型，且磁芯采用铁基非晶合金高磁导率材料制成，外部使用环氧树脂密封。
10.优选的，所述铜覆钢棒包括钢棒内芯和铜覆盖层，所述第一线圈沿铜覆钢棒的轴线的平行方向放置在铜覆钢棒上，所述第一线圈的磁芯的两个触脚分别接触铜覆钢棒的轴线方向的两个点，第二线圈则固定与铜覆钢棒的钢棒内芯材质相同的钢材上，所述第一线圈和第二线圈连接成差动电桥。
11.优选的，所述牛眼轮包括自由转动的滚珠，所述检测主体的下表面到所述滚珠的轴心的距离为13mm。
12.本发明有益效果：
13.本发明通过检测主体内第一线圈和第二线圈以及铜覆钢棒形成闭合磁路，以及基于磁阻变化的传感器，提高了检测灵敏度；再借助对中装置的上导轨组件进行限位，使得左滚珠丝杆和右滚珠丝杆上的左螺母和右螺母带动两侧的夹脚等距离位置开始做大小相等方向相反的位移，使得检测主体居中测量铜覆钢棒，避免了现有技术中减小由于铜覆钢棒曲率较大致使探头接触点位置、接触面与棒材表面夹角等因素对检测精度的影响。
附图说明
14.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
15.图1为本发明的检测主体主体结构示意图；
16.图2为本发明整体结构的装配主视图；
17.图3为本发明上导轨组件的装配主视图；
18.图4为本发明的主轴部分的装配主视图；
19.图5为本发明夹持组件与检测主体连接的装配主视图；
20.图6为本发明上导轨组件的导轨支架细节图；
21.图7为本发明夹持组件的牛眼轮细节图；
22.图8为本发明的联轴器细节图；
23.图9为本发明中的对中原理示意图。
24.附图标注：
25.1-滑块 2-导轨支架 3-导轨轴 4-滑块套筒 5-联轴器 6-右丝杠 7-右螺母 8-检测主体 9-夹脚 10-牛眼轮 11-旋转握把 12-左丝杠 13-左螺母 14-连接棒 15-第一线圈 16-第二线圈 17-铜覆盖层 18-钢棒内芯 19-滚珠。
具体实施方式
26.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的
每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
29.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
30.参照图1-图9，本发明的优选实施例，一种具有对中功能的铜覆钢棒覆层厚度测量探头，包括由测厚传感器组成的检测主体8和用于固定所述检测主体8的对中装置，所述对中装置能够使得检测主体8能处于待检铜覆钢棒的轴线正上方，所述对中装置包括主轴，所述主轴包括光轴，所述光轴两端分别设置有左滚珠丝杆结构和右滚珠丝杆结构，所述左滚珠丝杆结构包括左丝杠12和设置在所述左丝杠12上的左螺母13，所述右滚珠丝杆结构包括右丝杠7和设置在所述右丝杠7上的右螺母6，所述左丝杠12和右丝杠7参数相同，所述左丝杠12、右丝杠7均通过联轴器5与所述光轴连接，所述光轴上通过轴承设置有滑块套筒4，所述轴承能使光轴旋转时，滑块套筒4不会转动，所述滑块套筒4上固定设置有探测铜覆钢棒的覆层厚度的检测主体8，所述对中装置包括夹持组件和用于限位的上导轨组件，所述上导轨组件包括导轨轴3，所述导轨轴3的中心位置上固定设置有导轨支架2，所述导轨支架2与所述滑块套筒4固定连接，所述导轨轴3两端均设置有滑块1，所述滑块1上设置有连接棒14，两端的所述连接棒14分别与所述左螺母13、右螺母6连接，所述夹持组件包括设置在所述左螺母13、右螺母6上的夹脚9，所述夹脚9上设置有牛眼轮10，当滚珠丝杆结构转动时，左螺母13、右螺母6分别带动两夹脚9做相向直线运动，夹紧待检的铜覆钢棒。
31.本发明通过检测主体8内第一线圈15和第二线圈16以及铜覆钢棒形成闭合磁路，以及基于磁阻变化的传感器，提高了检测灵敏度；再借助对中装置的上导轨组件进行限位，使得左滚珠丝杆和右滚珠丝杆上的左螺母13和右螺母7带动两侧的夹脚9等距离位置开始做大小相等方向相反的位移，使得检测主体8居中测量铜覆钢棒，避免了现有技术中减小由于铜覆钢棒曲率较大致使探头接触点位置、接触面与棒材表面夹角等因素对检测精度的影响。
32.作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：
33.本实施例中，所述左滚珠丝杆结构和所述右滚珠丝杆结构关于所述滑块套筒4左右对称，保证检测主体8位于正中间，所述导轨支架2、滑块套筒4和检测主体8的竖直方向的轴线相同，所述左螺母13和所述右螺母6的螺纹间距一致，所述左丝杠12和所述右丝杠7的螺纹相反。
34.本实施例中，所述左螺母13上设置有旋转握把11，当旋转握把11旋转时，左螺母13和右螺母6将以相同的直线位移水平移动。
35.本实施例中，所述检测主体8由两个漆包线绕制的第一线圈15和第二线圈16组成，所述第一线圈15和所述第二线圈16的磁芯为均
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字型，且磁芯采用铁基非晶合金高磁导率材料制成，外部使用环氧树脂密封。
36.本实施例中，所述铜覆钢棒包括钢棒内芯18和铜覆盖层17，所述第一线圈15沿铜覆钢棒的轴线的平行方向放置在铜覆钢棒上，所述第一线圈15的磁芯的两个触脚分别接触铜覆钢棒的轴线方向的两个点，第二线圈16则固定与铜覆钢棒的钢棒内芯18材质相同的钢材上，所述第一线圈15和第二线圈16连接成差动电桥，如图一。
37.本实施例中，所述牛眼轮10包括自由转动的滚珠19，牛眼轮10随左螺母13、右螺母7移动，自由转动的滚珠10与铜覆钢棒接触，保证在夹紧转态也能顺滑移动检测主体8且不易划伤铜覆盖层17表面，所述检测主体8的下表面到所述滚珠10的轴心的距离为13mm(大于最大能兼容测量尺寸),使得能兼容测量的铜覆钢棒的直径范围为φ16-24mm。
38.本发明的检测方法为：将检测部分的检测主体8的铁芯对准放置在铜覆钢棒上，旋转所述旋转握把11使得左丝杠12、光轴、右丝杆6同轴旋转，左丝杠12、右丝杠6上的左螺母13、右螺母7分别顺着左丝杠12、右丝杠6的的螺纹向中间的检测主体8靠拢，而主轴正上方的上导轨组件能对左螺母13和右螺母7起到限位作用，防止左螺母13、右螺母7产生周向运动。当夹持组件夹紧铜覆钢棒后可以使得铜覆钢棒与滑块套筒4上的检测主体8对中，减小由于铜覆钢棒的曲率较大而致使检测主体8接触点位置、接触面与棒材表面夹角等因素对检测精度的影响，随后还可以借助夹脚9上的牛眼轮10沿着外露部分整体滑动检测。
39.具体的，如图1所示:所述检测主体8由两个漆包线绕制的第一线圈15和第二线圈16组成，第一线圈15和第二线圈16结构相同，磁芯材质为高磁导率非晶合金，第一线圈15用于测量，第二线圈16用于提供比较基准，第二线圈16的磁芯触点紧贴与钢棒内芯18相同材料制成的钢材上，磁路组成为：磁芯-钢棒内芯18-磁芯。工作时第一线圈15的磁芯的两个磁头紧贴铜覆钢棒，触头连线平行于铜覆钢棒的轴线，此时磁路组成为：磁芯-铜覆盖层17-钢棒内芯18-铜覆盖层17-磁芯，
40.由磁路的基本知识可知，线圈电感为：
[0041][0042]
式中：n-线圈匝数；rm磁路总磁阻
[0043]
第一线圈15磁路总磁阻：
[0044][0045]
l1—磁芯磁路总长，l2—钢棒芯的磁路长，s3—铜层磁通截面积，s1—磁芯横截面积，s2—钢棒心中磁通横截面积，μ1—磁芯芯磁导率，μ2—钢棒芯材磁导率，μ3—铜层的磁导率，μ0＝4π
×
10-7
h/m，l3—铜层总厚度(2个触点下的厚度总和)。
[0046]
第二线圈16磁路的总磁阻：
[0047][0048]
由于磁芯和钢棒的磁导率远大于铜的磁导率，因此第一线圈的总磁阻远大于第二线圈的磁阻，当铜棒覆层的厚度发生变化时，第一线圈的电感也随之变化。
[0049]
第二线圈电感：
[0050][0051]
第一线圈电感：
[0052][0053]
将第一线圈、第二线圈连接成为差动电桥电路，忽略高次项，则电桥的输出电压约为：
[0054][0055]
输出电压是覆铜厚度的函数。
[0056]
此方法与普通的单点接触式测厚传感器比较：双触头接触磁路没有穿过空气，磁路中磁阻近似等于铜层磁阻，单点接触磁阻近似等于铜层磁阻与空气磁阻之和，而铜层磁路长度远又小于空气磁路，所以单点接触法检测灵敏度低于本发明双触头接触式探头。
[0057]
使用时，主轴下方的检测主体8抵在铜覆钢棒上，旋转左丝杠12上的旋转握把11，带动左丝杠12和光轴一同转动从而带动右丝杠7转动，左螺母13顺着旋转的左丝杠12位移，右螺母6顺着旋转的右丝杠7位移，从而带动连接的夹脚9让牛眼轮10位移并夹住铜覆钢棒，正上方的上导轨组件既能约束整个夹持组件保持在同一平面不产生夹脚9的轴向旋转也不影响左螺母13、右螺母6的位移。
[0058]
对中结构的对中原理是垂直平分线的性质：如图9垂直平分线垂直且平分其所在线段ab。垂直平分线上任意一点p，到线段两端点a、b的距离相等；对于本发明专利，牛眼轮10可以看做对称于中点的线段两端点a、b，检测主体8可以视为垂直平分线的p，移动夹紧组件以后牛眼轮10的位置记为a’与b’，通过滚珠丝杆结构旋转控制a与b向着线段中点n的位移aa’与bb’大小相等即:
[0059]
aa’＝bb’[0060]
这样移动夹紧以后的牛眼轮10位置a’与b’依然保持关于中点n点对称，那么检测主体8，p点还是处于线段垂直平分线上。
[0061]
在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。
[0062]
以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。