铁磁性平板探伤机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种铁磁性平板探伤机器人，由霍尔元件阵列、磁屏蔽器、激励线圈、信号处理器、电源模块、单片机、探测外壳、拍摄探头、计算机、驱动器、车架组成；将机器人放在铁磁性平板上，通过磁屏蔽器形成一个局部的磁真空泄露环境，让被检测平板体内磁通在缺陷处泄漏到磁真空区域，形成最大化漏磁场并被置于该区域的霍尔元件阵列所感应，产生检测电信号；然后传输到信号处理器上进行A/D转换，再传输到计算机上，用MATLAB进行处理得出图像，同时拍摄探头进行实时拍摄，然后将图片传输到单片机进行处理并规划路线，再由单片机控制驱动器进行移动；该发明专利技术具有高信噪比、高灵敏度、减少霍尔元件饱和不工作现象，是对传统基于漏磁检测原理的革新。

Ferromagnetic flat panel inspection robot

【技术实现步骤摘要】
铁磁性平板探伤机器人
本专利技术属于无接触金属检测的仪器仪表
，具体涉及一种基于磁真空泄露原理的漏磁无损检测技术，并辅以拍摄探头协助路径规划。
技术介绍
自1922年美国人霍克发现漏磁检测原理的原型也即磁粉检测以来，漏磁检测理论及其工程应用已被广泛地研究。机器人技术的发展，是科学技术共同发展的结果，它的发展起源于第二次世界大战后，人员的匮乏以及人口老龄化的加剧，劳动力越来越紧缺，而传统的机器人离不开人的控制，这时人们对机器的智能化需求不断提高，技术的发展使得机器人变得越来越趋向于智能化。而在检测领域亦是如此，人们开始越来越多的进行智能检测，无需太多人工干预。基于铁磁性材料的高磁导率和磁折射物理特性基础之上的漏磁检测原理一直沿用到现在，但这些应用主要还是以定性检测为主。现有技术均建立在现有的漏磁检测原理认识基础之上，也即缺陷的磁泄漏从机制上讲是由被检测铁磁性平板的磁导率所决定的。这导致现有的漏磁检测方法存在着有待解决的工程问题。这些理论下的检测器往往缺陷的漏磁场微弱，而现在的很多铁磁性平板都被应用于工业领域，为使经久耐用，智能检测越发需要。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术在新理论：磁真空泄露原理的指导下，采用磁屏蔽器产生局部磁真空环境，让平板能形成最大化的缺陷漏磁场，再利用霍尔元件最大的拾取缺陷泄漏场。并采用轮式移动机器人的设计，具有装置结构简单，行走速度快，效率高且平稳连续控制方便等优点。1.本专利技术通过以下技术方案实现：铁磁性平板探伤机器人，由霍尔元件阵列(1)、磁屏蔽器(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、精密电位器(7)、液晶屏(8)、按键(9)、开关(10)、探测外壳(11)、计算机(12)驱动器(13)拍摄探头(14)、车架(15)组成，其特征在于：电源模块(5)为各部件供电，单片机(6)产生可调方波通过精密电位器(7)调节幅值、通过按键(9)调节频率，并在液晶屏(8)上显示，送入激励线圈(3)产生磁场，磁化平板；磁屏蔽器(2)与平板形成一个密封区域，使得激励线圈(3)的外部磁场被屏蔽在外，形成一个磁真空区域，霍尔元件阵列(1)仅受平板漏磁场的影响；待测构件饱和磁化后，在机器人整体下移动，产生的漏磁场会被霍尔元件阵列(1)探测到并产生可测电信号，经信号处理器(4)进行滤波放大和A/D转化后变成可被计算机处理的数字信号；通过计算机(12)用MATLAB处理，可得磁场变化曲线图，从而确定损伤位置与损伤情况；而拍摄探头(14)也在同时进行实时拍摄，将画面传输到单片机(6)上，进行处理规划，再控制驱动器(13)对机器人进行行走控制，直到完成漏磁检测。所述的磁化线圈(3)的材料为铁硅氧体，为圆弧形，张角为2700，厚度为2cm，半径为10cm，长度为7cm。本专利技术的工作原理是：磁场具有扩散与聚集特性，在介质的分界面处，磁场的扩散与聚集传递遵循连续条件：①切向磁场强度相等；②法向磁感应强度相等。即:式中，e是垂直于界面的单位矢量，由介质1指向介质2；B1(H1)及B2(H2)分别为介质1(磁导率为μ1)和介质2(磁导率为μ2)内的磁感应强度(磁场强度)，它们在介质1及2内与中法线e的夹角分别为α1、α2。由式(1)可得：式(2)中，Bne(Hne)及Bnτ(Hnτ)分别为在介质n(n＝1,2)内磁感应强度(磁场强度)的法向分量和切向分量，也即得：式(3)构成磁折射扩散规则。磁的折射偏转方向与入射角以及介质的导磁率有关。磁场方向与介质面几何形状构成入射角α1。由于α1＝0°或α1＝90°的磁入射角只有在理想的介质面几何形状条件下发生，所以结合实际的磁入射角范围0<α1<90°对式(3)作如下讨论。(1)当μ2＝μ1时，有α2＝α1，磁感应线直接穿越界面不发生折射。在同一磁化场H下，由B＝μH可知B2＝B1，此时两者磁压相等，磁压差为零的情况下互不发生磁泄漏。(2)当μ2≤μ1时，有α2≤α1，μ2介质内磁感应线发生折射，且折向法线n，形成磁通量由μ1介质向μ2介质的泄漏扩散。此时，由于B2＝μ2H≤μ1H＝B1，存在着由μ1介质向μ2介质的磁压差，会形成由前者向后者的磁泄漏扩散，当μ1介质为导磁构件，μ2介质为空气时，最终形成由导磁构件向空气的磁泄露。由于在介质的交界面，突变的缺陷也即0<α1<90°条件，所以这就是现有的缺陷磁空气泄漏原理及其相应的漏磁检测方法。但不管怎样，因为μ2(μair＝1)≥1，所以可见，由于μ2(μair＝1)≥1的存在，导致偏转泄漏角有最大值90°-α2。(3)由(1)、(2)分析，进一步地，假设存在某种介质μ2→0或μ2＝0，则会得到：或这样，磁感应线的折射线更加偏向中法线并与之重合，发生最为严重的极端折射，导致最终磁泄漏。此时，由于B2＝μ2H＝0，μ2介质内无磁感应线，也即对于μ1介质，其背景磁场呈“磁真空”状，形成μ2介质对μ1介质的磁吸附作用趋势，或者说μ1介质内磁通泄漏时无反向磁压作用，使得缺陷所产生的漏磁场最彻底，达到最大化。这种磁泄漏称之为磁真空泄漏。人为地清除较强的背景磁场，让被磁化的待检测导磁构件体内的磁通在缺陷处无反向磁压最大化地泄漏到所创造的磁真空区域，形成最大化的缺陷漏磁场；同时，将霍尔元件置于形成的磁真空区内，拾取该最大化的缺陷泄漏场。本专利技术的有益效果是：本专利技术的设计中以磁真空泄露原理为探测方法辅以拍摄探头，以磁场强度变化和损伤位置与损伤情况的函数关系为基础，对铁磁性平板的损伤进行无损检测。且能由单片机进行控制移动，实现大部分的智能动作，减少人工操作。排除了外部强磁场带来的信号失真，能实现无接触探测，消除或减少霍尔元件的饱和不工作现象且测量精确度较高，具有很强的创新性和实用价值，有良好的应用前景。附图说明图1是铁磁性平板探伤机器人工作流程图。图2是铁磁性平板探伤机器人的结构示意图。具体实施方式1.铁磁性平板探伤机器人，由霍尔元件阵列(1)、磁屏蔽器(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、精密电位器(7)、液晶屏(8)、按键(9)、开关(10)、探测外壳(11)、计算机(12)驱动器(13)拍摄探头(14)车架(15)组成，其特征在于：电源模块(5)为各部件供电，单片机(6)产生可调方波通过精密电位器(7)调节幅值、通过按键(9)调节频率，并在液晶屏(8)上显示，送入激励线圈(3)产生磁场，磁化平板；磁屏蔽器(2)与平板形成一个密封区域，使得激励线圈(3)的外部磁场被屏蔽在外，形成一个磁真空区域，霍尔元件阵列(1)仅受平板漏磁场的影响；待测构件饱和磁化后，在机器人整体下移动，产生的漏磁场会被霍尔元件阵列(1)探测到并产生可测电信号，经信号处理器(4)进行滤波放大和A/D转化后变成可被计算机处理的数字信号；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铁磁性平板探伤机器人，由霍尔元件阵列(1)、磁屏蔽器(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、精密电位器(7)、液晶屏(8)、按键(9)、开关(10)、探测外壳(11)、计算机(12)驱动器(13)拍摄探头(14)车架(15)组成，其特征在于：电源模块(5)为各部件供电，单片机(6)产生可调方波通过精密电位器(7)调节幅值、通过按键(9)调节频率，并在液晶屏(8)上显示，送入激励线圈(3)产生磁场，磁化平板；磁屏蔽器(2)与平板形成一个密封区域，使得激励线圈(3)的外部磁场被屏蔽在外，形成一个磁真空区域，霍尔元件阵列(1)仅受平板漏磁场的影响；待测构件饱和磁化后，在机器人整体下移动，产生的漏磁场会被霍尔元件阵列(1)探测到并产生可测电信号，经信号处理器(4)进行滤波放大和A/D转化后变成可被计算机处理的数字信号；通过计算机(12)用MATLAB处理，可得磁场变化曲线图，从而确定损伤位置与损伤情况；而拍摄探头(14)也在同时进行实时拍摄，将画面传输到单片机(6)上，进行处理规划，再控制驱动器(13)对机器人进行行走控制，直到完成漏磁检测；霍尔元件阵列(1)与平板间隔1mm-2mm；霍尔元件阵列(1)采用TLV493D，且采用2*4布置差动处理的方法，两列霍尔元件背对背排列。/n...

【技术特征摘要】
1.铁磁性平板探伤机器人，由霍尔元件阵列(1)、磁屏蔽器(2)、激励线圈(3)、信号处理器(4)、电源模块(5)、单片机(6)、精密电位器(7)、液晶屏(8)、按键(9)、开关(10)、探测外壳(11)、计算机(12)驱动器(13)拍摄探头(14)车架(15)组成，其特征在于：电源模块(5)为各部件供电，单片机(6)产生可调方波通过精密电位器(7)调节幅值、通过按键(9)调节频率，并在液晶屏(8)上显示，送入激励线圈(3)产生磁场，磁化平板；磁屏蔽器(2)与平板形成一个密封区域，使得激励线圈(3)的外部磁场被屏蔽在外，形成一个磁真空区域，霍尔元件阵列(1)仅受平板漏磁场的影响；待测构件饱和磁化后，在机器人整体下移动，产生的漏磁场会被霍尔元件阵列(1)探测到并产生可测电信号，经信号处理器(4)进行滤波放大和A/D转化后变成可被计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴万康，沈常宇，苏越洋，刘姝仪，方佳豪，邓卉彤，于菁，张崇，丁泽宜，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33