一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法

1.本发明属于工件涂层厚度测量技术领域，具体涉及一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法。


背景技术：

2.在能源、化工、航天等行业中，粘贴或喷镀的非金属涂层厚度对整个产品的工作性能、稳定性和使用安全都发挥着极其重要的作用，涂层厚薄不均匀或未达到规定要求，将会对其多项机械物理性能产生不良影响。如固体火箭发动机的涂层过厚，则会减少推进弹药的装药量，造成导弹射程距离缩短，达不到射击目标；涂层过薄，则推进剂在燃烧时候可能会烧透涂层，烧穿发动机壳体，甚至造成导弹提前爆炸。因此，在产品使用前或使用过程中，有必要对涂层厚度进行测量，以确保其使用安全。
3.在实际检测中，目前企业针对曲面工件的涂层均采用涡流(电磁)涂层测厚仪人工接触测量，该方法受人为压力的影响较大，同时由于需要接触，所以难以实现自动化。现有公开报道的可以实现自动化的检测方法是采用激光和涡流相结合来对固体火箭发动机进行自动检测(见中国专利号cn201610268322.3)。涡流在测量非平面(曲面)工件时需要进行事先标定，但对于连续变化曲率半径的工件无法做到对每一曲率半径条件下进行标定。目前现有的文献和相关报道中未涉及到连续变曲率的涡流测量的校正问题。因此，本发明提供了一种针对连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法。


技术实现要素：

4.本发明针对上述问题提供了一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法。
5.为达到上述目的本发明采用了以下技术方案：
6.一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法，包含以下步骤：
7.1)采用激光涡流传感器对变曲率工件曲率区间内的n(n≥6)种曲率半径无涂层标准件的m(m≥6)种提离距离进行标定，可获得n
×
m种情况下的激光测量值dj(n，m)和涡流测量值dw(n，m),其中n＝1...n；m＝1...m；计算获得标定值dh(n，m)＝dj(n，m)-d0，d0为激光探头与涡流探头之间的距离；
8.2)针对n种不同的曲率半径的所有m种提离距离分别做二阶多项式拟合dh(n,m)＝a(n)
·
dw(n,m)2+b(n)
·
dw(n,m)+c(n)，获得第n种曲率半径的参数a(n)，b(n)，c(n)，其中n＝1...n；
9.3)分别对n种不同曲率半径的参数a(n)，b(n)，c(n)，做二阶多项式拟合，a(n)＝a0
·
r(n)2+a1
·
r(n)+a2，b(n)＝b0
·
r(n)2+b1
·
r(n)+b2,c(n)＝c0
·
r(n)2+c1
·
r(n)+c2，分别获得参数a0,a1,a2,b0,b1,b2,c0,c1,c2，其中，r(n)为第n种曲率半径的半径值，其中，n＝1...n；
10.4)采用激光涡流传感器对带涂层的变曲率工件指定位置进行检测，分别获取激光测量值hj和涡流测量值hw，根据检测位置的曲率半径r，计算得出a＝a0
·
r2+a1
·
r+a2，b＝
b0
·
r2+b1
·
r+b2，c＝c0
·
r2+c1
·
r+c2，获得参数a,b,c，根据涡流校正公式hh＝a
·
hw2+b
·
hw+c,获得涡流探头测量的校正后的提离值hh；
11.5)根据几何关系，计算得到指定位置处的涂层厚度ht＝d0+hh-hj；
12.6)如要进行变曲率工件的全面检测，则针对各检测位置循环步骤4)和步骤5)即可。
13.进一步，所述激光涡流传感器由激光探头和涡流探头组成，激光探头固定于涡流探头的正上方，检测点处于同一轴线。
14.与现有技术相比本发明具有以下优点：
15.现有技术中变曲率工件的涂层厚度测量中涡流在测量变曲率工件时需要进行事先标定，但对于连续变化曲率半径的工件无法做到对每一曲率半径条件下进行标定的问题，本发明在采用激光和涡流相结合进行自动化检测的基础上进行了改善，提出了针对连续变曲率工件的涡流测量校正方法，不仅克服了在标定中的人为因素的影响，提高了检测效率，简化了工程实际中的操作流程，连续变曲率半径的适用性得到了改善，而且降低了测量误差，满足了固体火箭发动机的检测要求。
附图说明
16.图1为本发明涂层厚度的涡流测量校正流程图；
17.图2为本发明无涂层工件标定检测示意图；
18.图3为本发明带涂层工件厚度检测示意图；
19.图4为激光涡流传感器的使用示意图；
20.图5为未校正前的涡流测量值与真实值的误差示意图；
21.图6为在连续变曲率区间内通过涡流校正后的提离值与真实值的误差示意图；
22.图中，主测量臂—1，关节点—2，辅助测量臂—3，激光涡流传感器—4，无涂层的变曲率工件—5，涂层—6，带涂层的变曲率工件—7，激光探头—8，涡流探头—9，探头移动方向—10。
具体实施方式
23.为了进一步阐述本发明的技术方案，下面通过实施例对本发明进行进一步说明。
24.如图1至图4所示，一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法，包含以下步骤：
25.1)采用激光涡流传感器对变曲率工件曲率区间内的n种曲率半径无涂层标准件的m种提离距离进行标定，可获得n
×
m种情况下的激光测量值dj(n,m)和涡流测量值dw(n,m),其中n＝1...n；m＝1...m；计算获得标定值dh(n,m)＝dj(n,m)-d0，d0为激光探头检测面与涡流探头检测面之间的距离；所述n≥6，m≥6；所述激光涡流传感器由激光探头和涡流探头组成，激光探头固定于涡流探头的正上方，检测点处于同一轴线；
26.2)针对n种不同的曲率半径的所有m种提离距离分别做二阶多项式拟合dh(n,m)＝a(n)
·
dw(n,m)2+b(n)
·
dw(n,m)+c(n)，获得第n种曲率半径的参数a(n)，b(n)，c(n)，其中n＝1...n；
27.3)分别对n种不同曲率半径的参数a(n)，b(n)，c(n)，做二阶多项式拟合，a(n)＝
a0
·
r(n)2+a1
·
r(n)+a2，b(n)＝b0
·
r(n)2+b1
·
r(n)+b2,c(n)＝c0
·
r(n)2+c1
·
r(n)+c2，分别获得参数a0,a1,a2,b0,b1,b2,c0,c1,c2，其中，r(n)为第n种曲率半径的半径值，其中，n＝1...n；
28.4)采用激光涡流传感器对带涂层的变曲率工件指定位置进行检测，分别获取激光测量值hj和涡流测量值hw，根据检测位置的曲率半径r，计算得出a＝a0
·
r2+a1
·
r+a2，b＝b0
·
r2+b1
·
r+b2，c＝c0
·
r2+c1
·
r+c2，获得参数a,b,c，根据涡流校正公式hh＝a
·
hw2+b
·
hw+c,获得涡流探头测量的校正后的提离值hh；
29.5)根据几何关系，计算得到指定位置处的涂层厚度ht＝d0+hh-hj；
30.6)如要进行变曲率工件的全面检测，则针对各检测位置循环步骤4)和步骤5)即可。
31.由图5，图6可知，选取曲面工件截面曲率半径区间[20,50]进行检测，采集该区间指定位置r＝25、35、45的涡流信号，可得到未校正前的最大测量误差分别为0.08mm、0.07mm、0.06mm,通过本文中的校正方法，得到校正后的最大测量误差为0.02mm。可以看出，改进后，变曲率工件的测量误差明显减小，满足了工程实际中对连续变曲率工件的检测标准，实际检测效率得到改善，满足了固体火箭发动机的检测要求。
[0032]
以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0033]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法，其特征在于：包含以下步骤：1)采用激光涡流传感器对变曲率工件曲率区间内的n(n≥6)种曲率半径无涂层标准件的m(m≥6)种提离距离进行标定，可获得n
×
m种情况下的激光测量值dj(n，m)和涡流测量值dw(n，m)，其中n＝1...n；m＝1...m；计算获得标定值dh(n，m)＝dj(n，m)-d0，d0为激光探头与涡流探头之间的距离；2)针对n种不同的曲率半径的所有m种提离距离分别做二阶多项式拟合dh(n，m)＝a(n)
·
dw(n，m)2+b(n)
·
dw(n，m)+c(n)，获得第n种曲率半径的参数a(n)，b(n)，c(n)，其中n＝1...n；3)分别对n种不同曲率半径的参数a(n)，b(n)，c(n)，做二阶多项式拟合，a(n)＝a0
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r(n)2+a1
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r(n)+a2，b(n)＝b0
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r(n)2+b1
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r(n)+b2，c(n)＝c0
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r(n)2+c1
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r(n)+c2，分别获得参数a0，a1，a2，b0，b1，b2，c0，c1，c2，其中，r(n)为第n种曲率半径的半径值，其中，n＝1...n；4)采用激光涡流传感器对带涂层的变曲率工件指定位置进行检测，分别获取激光测量值hj和涡流测量值hw，根据检测位置的曲率半径r，计算得出a＝a0
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r2+a1
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r+a2，b＝b0
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r2+b1
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r+b2，c＝c0
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r2+c1
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r+c2，获得参数a，b，c，根据涡流校正公式hh＝a
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hw2+b
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hw+c，获得涡流探头测量的校正后的提离值hh；5)根据几何关系，计算得到指定位置处的涂层厚度ht＝d0+hh-hj；6)如要进行变曲率工件的全面检测，则针对各检测位置循环步骤4)和步骤5)即可。2.根据权利要求1所述的一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法，其特征在于：所述激光涡流传感器由激光探头和涡流探头组成，激光探头固定于涡流探头的正上方。

技术总结
本发明属于工件涂层厚度测量技术领域，具体涉及一种连续变曲率工件涂层厚度的涡流测量校正方法，包括：采用激光涡流传感器对变曲率工件曲率区间内的N(N≥6)种曲率半径无涂层标准件的M(M≥6)种提离距离进行标定，可获得N


技术研发人员：陈友兴 王召巴 王宁 李泫陶 金永 杨凌 王伟 赵霞
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：2021.11.15
技术公布日：2022/3/8