基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，包括：(1)将待检测柱形塑料件悬浮于磁悬浮检测装置的顺磁性介质溶液中；(2)稳定悬浮后，得到检测待检测柱形塑料件的悬浮高度和悬浮姿态；(3)利用得到的悬浮高度和悬浮姿态信息，得出待检测柱形塑料件的缩孔分布和/或缩孔率。本发明专利技术磁悬浮检测方法易于操作，过程安全。作为对比，现有工业CT检测方法非常复杂，在检测过程中需要防护设施来减少辐射对工人身体的危害。本发明专利技术利用磁悬浮检测柱形塑料件内部缩孔缺陷精度可靠，与传统CT检测或人工视觉检测相比，能够提供缩孔尺寸和缩孔分布的量化数据，为柱形塑料件的质量检测提供可靠依据。

【技术实现步骤摘要】
基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法
本专利技术属于产品质量检测
，具体是涉及一种基于磁悬浮装置的柱形塑料件缺陷检测方法。
技术介绍
塑料齿轮，被认为是传统金属齿轮的竞争替代品，具有着重量轻，易于制造，无油自润滑等优良性能。塑料齿轮在工业中有很广泛地应用，如航空航天、核能设备、家用电器等。塑料齿轮通常采用注塑成型的工艺来制造，在制造过程中会不可避免地出现内部缩孔这一缺陷，缩孔的大小和排布对产品的质量影响很大。缩孔的尺寸过大会引起齿轮内部的应力集中，降低机械性能，引发断裂；缩孔分布不均匀会引起齿轮质心偏移，在实际使用中引发噪声和振动。对于小尺寸塑料零件，一般采用工业CT，核磁共振等手段检测缩孔缺陷。这些检测方法存在以下的缺点：(1)检测过程较为繁琐，检测效率低，且对检测工人的技术要求高。(2)高精度缩孔检测需要昂贵的设备，检测成本高昂，不适用于大批量检测。公开号为CN105548343A(公开日:2016.05.04)的专利文献以及公开号为CN108956754A(公开日：2018.12.07)专利文献均为本案申请人前期的工作。公开号为CN105548343A的专利文献公开了一种基于磁悬浮的零件缺陷的检测装置和检测方法，该方法仅能实现零件是否存在缺陷的检测，其具体判断时，当待检测样品中心坐标与标准坐标值重合，但是自身发生倾斜时，则该样品内部存在缺陷；缺陷一般处于发生倾斜的一侧；当待检测样品的穿过中心坐标的对称面与标准面重合，但是中心坐标发生偏离时，则说明该样品外部存在缺陷；缺陷一般处于平移方向的一侧。该方法进行对是否具有缺陷，以及缺陷的大概位置进行检测。公开号为CN108956754A的专利文献公开了一种基于磁悬浮装置的塑料零件缺陷检测方法，该方法仅能对塑料零件的悬浮姿态进行判断和计算，通过悬浮姿态进一步判断该塑料零件是否存在缺陷。上述两种方法均无法对塑料齿轮的空隙率大小、以及空隙分布状况无法实现检测。无法解决现存的上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，通过该方法能够快速判断出待检测柱形塑料件内缩孔率大小以及缩孔分布情况。一种基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，包括：(1)将待检测柱形塑料件悬浮于磁悬浮检测装置的顺磁性介质溶液中；(2)稳定悬浮后，得到检测待检测柱形塑料件的悬浮高度和悬浮姿态；(3)利用得到的悬浮高度和悬浮姿态信息，得出待检测柱形塑料件的缩孔分布和/或缩孔率；所述磁悬浮检测装置包括两个同轴布置、同极相向、结构相同的磁铁。本专利技术适用于抗磁性柱形塑料件或者类似的柱形塑料件的检测；所述柱形塑料件或者类似的柱形塑料件包括但不限于中心轴对称塑料件或者近似中心轴对称塑料件；比如塑料齿轮、塑料螺母等等。步骤(1)中，根据待检测样品(待检测柱形塑料件)的材质不同，配置合适的介质溶液，保证介质溶液在磁悬浮装置中可以顺利悬浮起待测样品。在置于介质溶液之前，可以将待测样品用酒精浸润，去除表面杂质和气泡的影响，缓慢置于介质溶液中。步骤(2)中，将介质溶液置于磁悬浮检测装置中，待样品稳定悬浮后，通过照相机或者人工读取记录样品的悬浮高度和悬浮姿态。步骤(3)中，可以通过构建数学模型，计算处样品内部缩孔的尺寸和分布情况，进一步的可以将得到的数据结果与合格样品进行对比，判断样品是否合格。本专利技术的所采用的磁悬浮检测装置为两个同级相对设置，表面磁感应线强度相当的方形磁铁，待测样品所悬浮的介质溶液需要置于两块磁铁中间。待检测柱形塑料件悬浮于两块磁铁的中心线上。两个磁铁上下布置，待检测柱形塑料件悬浮于两个磁体之间。作为优选，所采用的两块磁铁的表面磁感应强度为0.35～0.5T。本专利技术中，可根据磁铁表面磁感应强度和所需测量精度选择合适的距离。两块磁铁中心连线的磁场分布为非线性排布。作为优选，两块磁铁之间的距离为45～60mm。本专利技术在配置溶液时，首先估算待测样品(即待检测柱形塑料件)的密度，所采用的介质溶液密度略小于或等于待测样品的密度，使得待测样品能悬浮于两块磁铁的中心位置。为了提高测量精度，介质溶液的磁化率不宜过大，优选介质溶液的磁化率在4.00×10-4～4.5×10-4之间，因此为保证介质溶液的密度于待测样品相近，可以加入密度调整剂，调整介质溶液的密度。作为优选，介质溶液选用氯化锰水溶液，氯化镝溶液或氯化钆溶液，密度调整剂选用磁化率低的可溶性物质，如氯化钙。本专利技术所述的样品(即待检测柱形塑料件)的悬浮高度，是指样品的形心高度和下部磁铁上表面的距离。本专利技术所述的样品的悬浮姿态，通过样品自身的坐标系和磁悬浮装置本身的坐标系间的相对位置关系进行定量比较。作为优选，以磁悬浮装置底部磁铁的上表面中心为原点，建立整个体系的坐标系(三个相互垂直坐标轴可以定义为x，y，z轴；z轴为两个磁铁的中心轴方向，x，y为下面磁铁上表面上的两个坐标轴)；以待测样品的形心为原点建立样品自身的随动坐标系(相互垂直的三个坐标轴可以定义为i，j，k，其中k轴方向为待检测柱形塑料件的中心轴方向，i,j轴为位于待检测柱形塑料件形心的平面上的两个坐标轴)。本专利技术中，待测样品置于顺磁性的介质溶液中，位于两块同级对置磁铁间，待测样品在磁场力，浮力和重力的三重作用，悬浮于溶液中的特定位置。待测样品的悬浮高度取决于待测样品的密度。对于柱形塑料件，内部的缩孔缺陷会导致其密度的变化，内部缩孔体积更大的柱形塑料件有着更小的密度。由于柱形塑料件通过精密注射成型制造而成，同批次制造的柱形塑料件有着基本一致的重量，因此认定柱形塑料件的缩孔率与其密度的倒数有着线性关系，其关系如下公式所示：η为待检测柱形塑料件的缩孔率，ρs为待检测柱形塑料件的密度，k和b是常数。本专利技术中，所述缩孔率利用上述公式计算得到。所述ρs可以由现有的其他方法检测得到，也可以由待检测柱形塑料件稳定悬浮后的悬浮高度计算得到。如下公式解释了ρs与悬浮高度之间的内在联系：其中为与悬浮高度直接相关的项；在具体确定ρs与悬浮高度h之间的关系式，针对不同参数的磁悬浮装置，其f(h)的表达式可以通过实验标定来获得的，比如可以采用标准密度的标定球进行特定磁铁间距条件下的磁悬浮检测，依次获得它们的悬浮高度。对标定球的标准密度和悬浮高度进行拟合，获得ρs与悬浮高度h之间的多项式。即可直接得到ρs与悬浮高度h之间的关系式。以两块磁铁之间的距离为60mm为例，可以利用标准密度分别为1.25g/cm3,1.30g/cm3,1.35g/cm3,1.40g/cm3,1.45g/cm3等进行磁悬浮检测，依次获得它们的悬浮高度。对标定球的标准密度和悬浮高度进行拟合，获得用于60mm间距条件下的ρs与悬浮高度h之间的关系式：ρs＝ρm-(-2417.54+185.7h-3.964h2+1.534×10-2h3)χm这个多项式可用于60mm间距条件下的密度测量。其中ρm是介质溶液的密度，单位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，其特征在于，包括：/n(1)将待检测柱形塑料件悬浮于磁悬浮检测装置的顺磁性介质溶液中；/n(2)稳定悬浮后，得到检测待检测柱形塑料件的悬浮高度和悬浮姿态；/n(3)利用得到的悬浮高度和悬浮姿态信息，得出待检测柱形塑料件的缩孔分布和/或缩孔率；/n所述磁悬浮检测装置包括两个同轴布置、同极相向、结构相同的磁铁。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，其特征在于，包括：
(1)将待检测柱形塑料件悬浮于磁悬浮检测装置的顺磁性介质溶液中；
(2)稳定悬浮后，得到检测待检测柱形塑料件的悬浮高度和悬浮姿态；
(3)利用得到的悬浮高度和悬浮姿态信息，得出待检测柱形塑料件的缩孔分布和/或缩孔率；
所述磁悬浮检测装置包括两个同轴布置、同极相向、结构相同的磁铁。


2.根据权利要求1所述的基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，其特征在于，所述缩孔率利用下式计算得到：



η为待检测柱形塑料件的缩孔率，ρs为待检测柱形塑料件的密度，k和b是常数。


3.根据权利要求2所述的基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，其特征在于，所述ρs由检测待检测柱形塑料件的悬浮高度得到，ρs与检测待检测柱形塑料件悬浮高度之间的关系式通过拟合得到。


4.根据权利要求1所述的基于磁悬浮装置的柱形塑料件缩孔缺陷检测方法，其特征在于，所述缩孔分布由如下体积矩Mv衡量：



其中，B0为所述磁铁的表面磁感应强度；Δχ＝χs-χm，其中χs是待检测柱形塑料件的磁化率，χm是介质溶液的磁化率；V是待检测柱形塑料件的体积；λl为待检测柱形塑料件的惯量主轴，其计算公式为l∈{i,j,k}，i,j,k为以待检测柱形塑料件形心为原点建立的随动坐标系的三个坐标轴，k方向为待检测柱形塑料件的中心轴方向；μ0为真空中磁化率；H为两块磁铁的间距；ρv和ρr分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵朋，唐道梵，沈亚强，郑建国，王庭瑜，颉俊，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33