一种超声波镀层测厚装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波镀层测厚装置，包括主机和探头部件；其中探头部件由超声波脉冲发射探头和超声波脉冲接收探头整合在一起构成，收发一体；探头部件表面与镀层表面贴合，超声波发射方向与镀层表面形成一定角度，角度范围10°?45°；主机内包括单片机、超声波发射电路、超声波信号接收放大机构、与单片机相连接的存储器机构、USB接口电路和显示器；该测厚装置发出的超声波为矩形直波。本发明还公开了一种该超声波镀层测厚装置的使用方法，包括选取适用探头部件、贴合镀层并用油液填充间隙、测厚、测均匀性等步骤。本发明的镀层测厚装置及其使用方法适用范围广、精度高、结构简单、使用方便、可判定镀层均匀性。
【专利说明】
一种超声波镀层测厚装置及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及化工仪表领域，尤其涉及一种超声波镀层测厚装置及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在工业领域中超声波测厚是一门成熟的检验技术，它的最大优点是检测时无损、安全、简便、可靠、准确而且精度高。目前的超声波测厚仪均采用微处理技术，适用范围窄，测量精度不高，使用步骤繁琐。
[0003]电镀镀层，尤其是功能性镀层，厚度范围一般在1μπι-50μπι，市售超声波测厚仪根本无法达到这种精度要求，因此超声波尚无应用到镀层测厚领域的先例。
[0004]目前在电镀镀层测厚领域大多采用涡流感应的测厚仪进行测量，但该设备局限性极大:不能应用于磁性金属表面，不能测量导电镀层，这就使后工业最常用的金属镀(例如电镀镉、电镀铬、电镀锌)零件及钢铁制件均无法使用该设备。
[0005]在国内已申请的相关专利中，未查到镀层测厚领域的专利，仅发现部分用于材料测厚的专利。专利《一种超声波测厚仪》(申请号:201120225836.3，【公开日】:2012-02-01)，公开了一种使用多种探头、能滤除杂波的超声波测厚仪，但其是根据应用环境进行区分，且不适用于电镀镀层测厚，更不能确认镀层是否厚薄均匀。专利《一种超声波纸张测厚装置》(申请号:201410140492.4，【公开日】:2014-07-09)，公开了一种采用多探头联合作业的测厚装置，但该装置仅适用于两面平行的零件，且多探头联合作业也使得杂波更多、更无序，不适用于精确测量。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种适用范围广、精度高、结构简单、可判定镀层均匀性、使用方便的超声波镀层测厚装置及其使用方法。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种超声波镀层测厚装置，包括主机和探头部件;其中探头部件由超声波脉冲发射探头和超声波脉冲接收探头整合在一起构成，收发一体;探头部件表面与镀层表面贴合，超声波发射方向与镀层表面形成一定角度，角度范围10°-45°;主机内包括单片机、超声波发射电路、超声波信号接收放大机构、与单片机相连接的存储器机构、USB接口电路和显示器;超声波发射电路内含有超声波整形机构，与探头部件内集成的超声波脉冲发射探头相连接，超声波发射电路产生的超声波为直波，超声波整形机构将其波形调整为矩形;超声波信号接收放大机构与探头部件内集成的超声波脉冲接收探头相连接，超声波信号接收放大机构用于将超声波脉冲接收探头接收到的信号滤除杂波并精确测量超声波发射与接收端距离，交由单片机进行运算并由显示器显示镀层厚度和均匀度公差;存储器机构用于储存测量数据，USB接口电路用于数据输入输出。
[0008]上述的超声波镀层测厚装置，其中:所述超声波发射方向与镀层表面形成的角度优选为:11.50°、14.48° 和 19.47。。
[0009]上述的超声波镀层测厚装置，其中:所述单片机为32位单片机。
[0010]上述的超声波镀层测厚装置，其中:所述超声波发射电路为功率模块电源。
[0011]上述的超声波镀层测厚装置的使用方法，包括以下步骤:
①根据需要的测厚精度选取合适的探头部件，具体为:选用11.50°的探头测量出的距离为镀层厚度的10倍，选用14.48°的探头测量出的距离为镀层厚度的8倍，选用19.47°的探头测量出的距离为镀层厚度的6倍，其余角度根据公式计算；
②将所述探头部件贴合在镀层表面，与镀层表面之间的间隙采用油液填充，保证与镀层表面之间无空气等高阻力干扰介质；
③调整超声波发射电路的输出功率与超声波信号接收放大机构的显示距离，使显示器上至少显示三个清晰反射波峰；测量出两两相邻波峰的间距，采用均数法，测算出平均间距，按所使用的探头角度，计算出镀层厚度；
④调整超声波信号接收放大机构的显示距离，使显示器上至少显示十个清晰反射波峰;测量出两两相邻波峰的间距，计算出镀层厚度，对比镀层厚度的差值，确认镀层的均匀性是否超出镀层厚薄允差。
[0012]与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，放大了目标厚度，间接提升了测量精度；测量时仅需一个探头大小的平面，根据不同需求可选择不同探头，适用范围广，可用于几乎所有工况;结构简单，携带方便，易操作，实用性强，可随时现场作业，存储器机构、USB接口电路使信息储存和拷贝变得十分方便;矩形波形和超声波信号接收放大机构使测量结果更精确，杂波干扰更小;通过调节超声波信号接收放大机构的显示距离，可以测定镀层厚度、镀层均匀性，实用性强。
【附图说明】
[0013]
图1是本发明的超声波镀层测厚装置的原理图。
[0014]超声波发射电路1、探头部件2、零件基体3、镀层4、反射面5。
【具体实施方式】
[0015]—种超声波镀层测厚装置，包括主机和探头部件2，其中探头部件2包括超声波脉冲发射探头和超声波脉冲接收探头，超声波脉冲发射探头和超声波脉冲接收探头整合在一起构成收发一体的探头部件;主机内包括32位单片机、含有超声波整形机构的超声波发射电路I和超声波信号接收放大机构，超声波发射电路I与探头部件内集成的超声波脉冲发射探头相连接，超声波信号接收放大机构与探头部件内集成的超声波脉冲接收探头相连接，主机内还包括与单片机相连接的存储器机构、USB接口电路和显示器，其中:所述超声波发射电路为功率模块电源，发出的超声波为直波;所述整形机构将超声波脉冲波形调整为矩形;超声波脉冲探头表面与镀层4表面贴合，超声波发射方向与镀层4表面形成一定角度，角度范围10°-45°，对应的计算公式为:镀层厚度=两个相邻波峰之间的距离*sin(入射角)/
2。为了使测量的距离计算更为方便，优选配有至少三个不同角度的探头，三个不同角度具体为:11.50°、14.48°和19.47°，对应的测量距离和实际镀层厚度之间的所成倍数分别为10倍、8倍、6倍;超声波信号在镀层4内反射，零件基体3和镀层4的交界面为反射面5，超声波信号接收放大机构用于将超声波脉冲接收探头接收到的信号滤除杂波并精确测量超声波发射与接收端距离，交由单片机进行运算并由显示器显示镀层厚度和均匀度公差;测量、显示距离的误差在主波盲区外至少精确到0.01mm。
[0016]上述超声波镀层测厚装置的使用方法包括以下步骤:
①根据需要的测厚精度选取合适的探头部件，具体为:选用11.50°的探头测量出的距离为镀层厚度的10倍，选用14.48°的探头测量出的距离为镀层厚度的8倍，选用19.47°的探头测量出的距离为镀层厚度的6倍，其余角度根据公式(镀层厚度=两个相邻波峰之间的距离*sin(入射角)/2)计算，但角度越小的探头衰减越快、能测量的镀层越薄，角度越大的探头衰减越慢、测量精确程度越差；
②将所述探头部件贴合在镀层4表面，与镀层4表面之间的间隙采用油液填充，保证与镀层表面之间无空气等高阻力干扰介质；
③调整超声波发射电路输出功率与超声波信号接收放大机构的显示距离，使显示器上至少显示三个清晰反射波峰；测量出两两相邻波峰的间距，采用均数法，测算出平均间距，按所使用的探头角度，计算出镀层厚度；
④调整超声波信号接收放大机构的显示距离，使显示器上至少显示十个清晰反射波峰;测量出两两相邻波峰的间距，计算出镀层4厚度，对比镀层4厚度的差值，确认镀层4的均匀性是否超出镀层4厚薄允差。
[0017]本发明尤其适用于功能性电镀镀层厚度测量。
[0018]对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【主权项】
1.一种超声波镀层测厚装置，其特征在于:包括主机和探头部件;其中探头部件由超声波脉冲发射探头和超声波脉冲接收探头整合在一起构成，收发一体;探头部件表面与镀层表面贴合，超声波发射方向与镀层表面形成一定角度，角度范围10°-45° ;主机内包括单片机、超声波发射电路、超声波信号接收放大机构、与单片机相连接的存储器机构、USB接口电路和显示器;超声波发射电路内含有超声波整形机构，与探头部件内集成的超声波脉冲发射探头相连接，超声波发射电路产生的超声波为直波，超声波整形机构将其波形调整为矩形;超声波信号接收放大机构与探头部件内集成的超声波脉冲接收探头相连接，超声波信号接收放大机构用于将超声波脉冲接收探头接收到的信号滤除杂波并精确测量超声波发射与接收端距离，交由单片机进行运算并由显示器显示镀层厚度和均匀度公差;存储器机构用于储存测量数据，USB接口电路用于数据输入输出。2.根据权利要求1所述的超声波镀层测厚装置，其特征在于:所述超声波发射方向与镀层表面形成的角度优选为:11.50°、14.48°和19.47°。3.根据权利要求2所述的超声波镀层测厚装置，其特征在于:所述单片机为32位单片机。4.根据权利要求3所述的超声波镀层测厚装置，其特征在于:所述超声波发射电路为功率模块电源。5.根据上述任一权利要求所述超声波镀层测厚装置的使用方法，其特征在于包括以下步骤: ①根据需要的测厚精度选取合适的探头部件，具体为:选用11.50°的探头测量出的距离为镀层厚度的10倍，选用14.48°的探头测量出的距离为镀层厚度的8倍，选用19.47°的探头测量出的距离为镀层厚度的6倍，其余角度根据公式计算； ②将所述探头部件贴合在镀层表面，与镀层表面之间的间隙采用油液填充，保证与镀层表面之间无空气等高阻力干扰介质； ③调整超声波发射电路的输出功率与超声波信号接收放大机构的显示距离，使显示器上至少显示三个清晰反射波峰；测量出两两相邻波峰的间距，采用均数法，测算出平均间距，按所使用的探头角度，计算出镀层厚度； ④调整超声波信号接收放大机构的显示距离，使显示器上至少显示十个清晰反射波峰;测量出两两相邻波峰的间距，计算出镀层厚度，对比镀层厚度的差值，确认镀层的均匀性是否超出镀层厚薄允差。
【文档编号】G01B15/02GK105865380SQ201610189601
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】熊朝阳, 袁斌, 周新贵
【申请人】宁波艾克威特智能科技有限公司