基于磁懸浮的零件缺陷的檢測裝置和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于零部件缺陷檢測領(lǐng)域，具體是涉及一種基于磁懸浮的零件缺陷的檢測 裝置和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高分子材料是一類應(yīng)用廣泛的材料，滲透在我們生產(chǎn)生活的每個(gè)角落。在人工合 成高分子產(chǎn)品之前，人們對高分子材料的應(yīng)用主要是對天然材料的直接使用或簡單加工使 用。直到上世紀(jì)30年代，高分子科學(xué)的進(jìn)步使得合成高分子可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，高分子材料才 進(jìn)入了迅猛發(fā)展到時(shí)期。合成高分子材料由于其自身原料種類的多樣化以及可以獲得的分 子結(jié)構(gòu)的多樣化，使得合成高分子材料可以獲得適合工程應(yīng)用的特性。一般來說，高分子材 料相對傳統(tǒng)工程材料都具有密度低，比強(qiáng)高，絕緣，吸振等特性，使其在工程應(yīng)用中獲得廣 泛的應(yīng)用前景，并可以逐步取代一些傳統(tǒng)材料。
[0003] 塑料和橡膠是高分子材料中應(yīng)用最廣的兩類材料。目前塑料制品的主要制造方式 為注塑制造。由于材料本身的特性以及不合適的工藝參數(shù)的影響，塑料制品很容易出現(xiàn)熱 縮，氣孔，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻等缺陷。對于塑料制品的檢測，外觀檢測主要依靠人肉眼檢測，細(xì) 小零件的外觀檢測更需要顯微鏡等設(shè)備，且檢測結(jié)果不僅依靠儀器檢測精度，對檢測人員 的經(jīng)驗(yàn)水平也有一定要求。而對于內(nèi)部缺陷的檢測，則往往需要復(fù)雜且昂貴的檢測方法。當(dāng) 需要無損檢測時(shí)，需要使用超聲探測（例如申請?zhí)枮?01410802185.8的專利文獻(xiàn)公開了一 種激光熔覆再制造零件缺陷類型超聲檢測分析方法，該方法利用不同規(guī)格超聲縱波探頭多 次采集掃查到的缺陷回波信號，然后通過信號分析系統(tǒng)和觀察得到最紅的缺陷情況）、激光 檢測(例如申請?zhí)枮镃N201410241352.6的專利文獻(xiàn)公開了一種零件質(zhì)量缺陷檢測儀及利用 該檢測儀進(jìn)行檢測的方法，其由PLC控制系統(tǒng)控制各步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，帶動檢測儀上的激光 傳感器掃描零件，向PLC控制系統(tǒng)傳遞數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)將 掃描到的數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)零件的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差對比分析，檢測出不合格的零 件)或X射線檢測。高昂的檢測成本使得以上檢測技術(shù)應(yīng)用于塑料制品檢測時(shí)，會顯著提高 塑料制品的成本。
[0004] 小型圓形截面塑料零件是塑料零件中很常見的一類塑料，大部分回轉(zhuǎn)件、密封件 以及功能零件都具有此類特征。常見的如塑料齒輪、塑料密封圈、塑料墊圈、塑料光學(xué)透鏡 等。適用的檢測方法如上所述，因此存在檢測過程繁瑣，檢測成本高昂的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有檢測方式的問題，基于磁懸浮理論，提出了一種基于磁懸浮的零 件缺陷的檢測裝置，該檢測裝置整體結(jié)構(gòu)簡單，使用簡便。
[0006] 本發(fā)明同時(shí)提供了一種基于磁懸浮的零件缺陷的檢測方法，利用該方法可以快速 檢測出樣品中是否存在外部或者內(nèi)部缺陷，檢測效率和精度高，實(shí)用性強(qiáng)。
[0007] -種基于磁懸浮的零件缺陷的檢測裝置，包括：
[0008] 豎直方向同軸設(shè)置的兩個(gè)磁鐵，兩個(gè)磁鐵同極相對設(shè)置，且在該磁極表面上的磁 感應(yīng)強(qiáng)度相同；
[0009] 設(shè)置在兩個(gè)磁鐵之間且?guī)в蟹艠涌诘臋z測容器，該檢測容器內(nèi)盛放有順磁性介質(zhì) 溶液；
[0010]所述檢測裝置用于橫截面為中心對稱結(jié)構(gòu)的樣品，樣品高度不大于截面最大尺寸 的3/4,且樣品的磁化率小于1 X 1〇Λ
[0011] 樣品高度不大于截面最大尺寸的3/4,對于圓形橫截面的樣品，截面最大尺寸即為 直徑大小，防止樣品發(fā)生翻轉(zhuǎn)，干擾檢測結(jié)果的判定。所述檢測容器由不具有鐵磁性的材料 制成，避免其對檢測結(jié)果的不良影響。
[0012] 對于被檢測的樣品，無缺陷的樣品應(yīng)當(dāng)為對稱且密度均勻的試樣，在裝置中檢測 時(shí)，應(yīng)當(dāng)處于相應(yīng)的密度梯度上保持一定的高度ζ且保持水平的姿態(tài)。
[0013] 作為優(yōu)選，所述磁鐵相對設(shè)置磁極表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.3Τ~0.6Τ。
[0014]作為優(yōu)選，兩個(gè)磁鐵同極之間的垂直距離為40~45mm。
[0015] 作為優(yōu)選，所述介質(zhì)溶液為氯化鐵水溶液、氯化錳水溶液或者氯化釓水溶液。
[0016] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，所述介質(zhì)溶液為氯化錳水溶液，氯化錳水溶液的摩爾濃度為1~ 5mol/L。此時(shí)，其密度約為1.0~1.3g/cm 3;磁化率約為1.7~5.5，可滿足大部分塑料橡膠樣 品的檢測。
[0017] 作為優(yōu)選，樣品為橫截面為圓形的高分子材料。例如可以橡膠密封圈進(jìn)行檢測，可 對PMMA透鏡鏡片進(jìn)行檢測等。
[0018] 作為優(yōu)選，所述檢測容器為透明容器。所述檢測容器由不具有鐵磁性的材料制成， 避免其對檢測結(jié)果的不良影響。同樣，也可根據(jù)需要在不透明的檢測容器中設(shè)置檢測鏡頭 等，通過外接的顯示器可實(shí)現(xiàn)對樣品狀態(tài)的檢測。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，可通過與計(jì)算機(jī)連 接，實(shí)現(xiàn)自動化識別。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種基于磁懸浮的零件缺陷的檢測方法，采用上述任一技術(shù)方案 所述的裝置，具體步驟如下：
[0020] (1)根據(jù)待檢測樣品材質(zhì)不同，配置合適的介質(zhì)溶液，保證待測樣品置于介質(zhì)溶液 中時(shí)，能夠漂浮在介質(zhì)溶液中，然后將介質(zhì)溶液置入檢測容器；
[0021 ] (2)將待測樣品置于檢測容器的介質(zhì)溶液中；
[0022] (3)將帶有待檢測樣品的檢測容器置于所述兩個(gè)磁鐵之間；
[0023] (4)在待檢測樣品穩(wěn)定后，觀察待檢測樣品在溶液中的姿態(tài)，確定樣品中缺陷類型 和缺陷位置。
[0024] 為進(jìn)一步提尚檢測精度，作為優(yōu)選，可在待檢測樣品檢測如，構(gòu)建任一坐標(biāo)系，該 坐標(biāo)系的Z軸方向與兩磁鐵軸心方向平行或重合，X軸和Y軸處于水平面上，按照步驟(2)~ (4)對標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行檢測，確定標(biāo)準(zhǔn)樣品中心的坐標(biāo)值，得到標(biāo)準(zhǔn)樣品的標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)值，以及 標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)值所在的水平面，該水平面為標(biāo)準(zhǔn)面。本發(fā)明中，所提到的標(biāo)準(zhǔn)樣品是指內(nèi)部、外 部均無缺陷為樣品。
[0025] 作為優(yōu)選，步驟(4)中觀察待檢測樣品在溶液中的姿態(tài)，確定樣品中缺陷類型和缺 陷位置，具體為:首先判斷待檢測樣品中心坐標(biāo)和穿過中心坐標(biāo)的對稱面是否與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo) 值和標(biāo)準(zhǔn)面對應(yīng):如果對應(yīng)，則說明檢測樣品無缺陷;如果不對應(yīng)，則說明檢測樣品有缺陷。
[0026] 作為進(jìn)一步優(yōu)選，更為具體的步驟為：
[0027] 當(dāng)待檢測樣品中心坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)值重合，但是自身發(fā)生傾斜時(shí)，則該樣品內(nèi)部 存在缺陷;缺陷一般處于發(fā)生傾斜的一側(cè)；
[0028] 當(dāng)待檢測樣品的穿過中心坐標(biāo)的對稱面與標(biāo)準(zhǔn)面重合，但是中心坐標(biāo)發(fā)生偏離 時(shí)，貝U說明該樣品外部存在缺陷;缺陷一般處于平移方向的一側(cè)；
[0029] 當(dāng)將待檢測樣品的中心坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)值X、y相同，即處于兩個(gè)磁鐵的軸線上，而 穿過中心坐標(biāo)的對稱面與標(biāo)準(zhǔn)面重合平行，且不重合時(shí)，則說明該樣品內(nèi)部存在對稱的缺 陷。
[0030] 本發(fā)明上述基于磁懸浮裝置的零件無損檢測方法，其原理如下:兩塊同極相對、表 面磁感應(yīng)強(qiáng)度相同的強(qiáng)磁鐵，表面磁場強(qiáng)度同為Bo在磁鐵中心的連線(我們稱作"軸線"）上 會產(chǎn)生從-Bo到Bo的線性的磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度。上下兩磁鐵中心線連線上磁場J分布為 / Λ ? 〇
[0031 ] Β - Β - 0 2 2Βη J ~~Γζ+β〇 \ d J
[0032] 其中，Bo為磁鐵表面磁感應(yīng)強(qiáng)度，Bx、By、Bz分別為磁感應(yīng)強(qiáng)度在x、y、z軸方向的分 量，d為兩磁鐵間距離。兩塊磁鐵間若存在順磁性化合物溶液(介質(zhì)溶液），則磁場會對溶液 中的抗磁性物質(zhì)或者磁化率很低的物質(zhì)產(chǎn)生沿磁感線方向的力，其表達(dá)式如下： ^ ^ 77 -凡S Am ?Γ{ JJ τ~7\ ο
[0033] ^mag----- ·Λ/)β Mo
[0034] 式中：是磁場產(chǎn)生的力，xs是被檢測樣品的磁化率，xm是介質(zhì)溶液的磁化率， μ〇為真空磁導(dǎo)率，V為被測樣品體積，f為梯度算子。根據(jù)磁懸浮理論，處于磁場中任意位置 的被測樣品所受到的磁場力在x、y軸方向分力的合力指向兩磁鐵中心線，對于沒有缺陷被 測物體，其最終平衡位置將處于兩磁鐵中心線上。平衡方程為：
[0035] f (J y)B + (A - pjr g = o Po
[0036]式中PS為樣品密度，Pm為溶液密度，為重力加速度。通常地，被測物質(zhì)為抗磁性物 質(zhì)或者磁化率非常低，其磁化率可以忽略不計(jì)。
[0037]被測樣品外觀不完整缺陷破壞了樣品的形狀對稱性，但并未對樣品整體的密度均 勻性以及局部密度均勻性產(chǎn)生影響。多數(shù)情況下，缺陷多發(fā)生在樣品邊緣位置，當(dāng)缺陷樣品 處在正常樣品(標(biāo)準(zhǔn)樣品)平衡位置時(shí)，缺陷部分因?yàn)椴牧先笔?，無法平衡其對稱區(qū)域在Χ0Υ 平面上所受的磁場力，樣品會被推向外形不完整方向，并最終達(dá)到新的平衡位置時(shí)，表現(xiàn)為 樣品原中心位置與磁場中心連線出現(xiàn)偏差。
[0038]被測樣品內(nèi)部缺陷引起區(qū)域的密度均勻性出現(xiàn)變化。缺陷區(qū)域的密度均勻性變 化，導(dǎo)致該區(qū)域XS與Ps的變化。缺陷樣品處于正常樣品的平衡位置時(shí)，與正常樣品相比，缺陷 部分所受浮力和重力合力由于密度均勻性產(chǎn)生的變化。這個(gè)變化導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)磁場力和重力 浮力合力產(chǎn)生的力矩不再平衡，從而導(dǎo)致樣品出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。通常情況下，缺陷產(chǎn)生位置，Ps變 小，因此該區(qū)域會出現(xiàn)向上偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。極端情況下，被測樣品的內(nèi)部缺陷關(guān)于樣品中心對 稱，在溶液中表現(xiàn)為水品姿態(tài)，但是由于內(nèi)部存在缺陷，樣品整體平均密度出現(xiàn)變化，缺陷 樣品的平衡高度Z'高于無缺陷樣品平衡高度Z。
[0039] 本發(fā)明的檢測裝置和檢測方法特別適于圓形截面塑料