CN100432665C - 钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续生产的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置包括：稳定机架、设置在稳定机架中的随动支架、连接稳定机架和随动支架的连接轴、设置在随动支架上的驱动器、设在随动支架两侧滑槽之间的检测头及连接驱动器和检测头的传动杆、设在检测头水箱中的磁化器和有源传感器。检测方法包括：在步骤1和步骤2中，将检测头下降至接近钢坯表面再上升至设定的位置，产生记忆磁场；步骤3，调出检测条件数据；在步骤4和步骤5中，检测头检测钢坯产生环形磁场，有源传感器产生交变电磁场；步骤6，检测头检测到钢坯裂纹产生岐变信号；在步骤7和步骤8中，检测头输出岐变信号经信息处理装置处理分别输出显示、报警及喷标信号。

Description

钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及一种钢制品表层缺陷的无损检测装置和检测方法，尤其涉及一种连续生产的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置和检测方法。

背景技术

粗糙表面钢制品是高温连铸坯，由于工件高温，且表面粗糙，目前，现有技术的多种钢制品表层缺陷的无损检测装置和检测方法都不能对高温状态下的连续生产的钢制品表层缺陷和深度裂纹进行有效检测。现有技术的多种钢制品表层缺陷的无损检测装置和检测方法有以下几种：

请参见图1所示，一种现有技术采用自动摄像检测装置10和目检的检测方法，在钢坯A连铸生产线上方设置多个由摄像头11构成的检测头，检测头的信号输出端通过导线与操控室的显示终端12连接。当钢坯自动传输到多个检测头下方，操控室的检验人员开启电子检测系统，从显示屏上即可目检由检测头摄入的钢坯表面状况。

这种检测设备，检测头与高温钢坯距离较远，便于热防护；检测方法比较简单，检测人员只需打开操控室内电子检测设备系统，检验员在操作室观察显示屏上钢坯的摄像进行目检，当发现钢坯上有缺陷时，控制标记系统自动向缺陷处喷上标记，当钢铸坯流入下道工序时，操作工就在喷标处用火焰进行火焰清理把缺陷烧掉或把有缺陷的部位切掉。

但是，这种检测设备和检测方法存在如下缺点：这种检测方法对面积敏感，对深度不敏感，只能检测开口较大的裂纹，开口小于0.5mm的裂纹及氧化铁皮遮挡的或没开口的裂纹均无法检测。这种检测系统在国外生产线上虽然还有一些，但均面临淘汰。

请参见图2所示，另一种涡流检测装置20和检测方法，在与钢坯A相邻的两侧，分别设置两个涡流探头21，该涡流探头21在相邻钢坯的上方和侧面部位分别设置电磁传感器22，该电磁传感器22的信号输出端通过导线与操控室的信息处理器23连接。

这种检测方法是基于“法拉第”电磁感应原理，它是通过感应线圈产生的交变电磁场在金属材料表面感生涡流，当涡流路径上遇到裂纹等缺陷时感应线圈阻抗发生变化，从而显示缺陷的存在。

这种检测装置能自动检测高温铸钢坯的表层裂纹，自动化程度较高，检测方法简便。

这种检测装置的缺点是：

1.该装置的感应线圈与工件表面间隙不能太大，间隙一大，感应信号就减少或没有了，因此灵敏度低，只能检测钢坯表面裂纹等缺陷。

2.该装置的感应线圈通过的是高频电流，交变电磁场也是高频，由于感应电流的趋肤效应，因此，涡流的渗透深度有限，影响范围是毫米级，主要用于表面开口裂纹。

这种检测方法：由于对高温钢坯检测，检验员无法靠近，所有配置都是预设的，只要按电钮使探头驱动器工作，检测探头自动停在工件表面进行检测，这种检测方法对高温钢坯表面1毫米以下的裂纹就难于检测了。

请参见图3所示，还有一种常规漏磁检测装置30和检测方法，在相邻被检测器件的B上方设置一检测装置30，该检测装置30由磁铁31、绕在磁铁31上的线圈32及设置在线圈32下方的电磁传感器33构成；线圈32两端与直流电源连接，电磁传感器33信号输出端与外接的信息处理器34连接。

目前漏磁检测方法有两种，一种是直流磁化的用于钢管检测，另一种是交流磁化的用于黑皮钢棒表面裂纹的检测。常规漏磁检测方法检测传感器用的是无源器件，靠磁敏感器件直接接受磁场强度或用线圈快速扫描，产生感应电动势，因此，感应灵敏度很低。由于漏磁检测装置的漏磁通很弱，使用该检测装置时的检测方法是，检测装置必须压在工件上扫描。因此，对于高温连铸钢坯等粗糙表面工件是无法检测使用的，目前在高温连铸钢坯检测领域尚无这种先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置和检测方法，检测装置能产生磁记忆效应，保持较强的磁化效应，有效提高了检测灵敏度，用于该检测装置的检测方法能有效检测出钢坯的深度裂纹缺陷，从而能确保产品质量。

本发明的技术方案是这样实现的.一种钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特点是，包括：稳定机架、随动支架、连接轴、驱动器、检测头及传动杆；

所述的稳定机架内设为空腔，在稳定机架上部设置连接板；该连接板下部设有轴孔；

所述的随动支架设置在稳定机架的空腔中，在随动支架内两侧设有滑槽，在随动支架上部设有轴孔；

所述的连接轴穿越稳定机架的连接板中的轴孔与随动支架中的轴孔，将稳定机架与随动支架相连接；

所述的驱动器设置在随动支架的上部；

所述的检测头设在随动支架的两侧滑槽之间，该检测头由水箱、磁化器及传感器组成；所述的水箱中间设有空腔；所述的磁化器设置在两水箱壁之间，所述的传感器设置在两磁轭之间；传感器通过导线与外部的信息处理装置连接；

所述的传动杆的两端分别与驱动器和检测头连接。

上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其中，所述的磁化器设为磁轭，该磁轭由磁铁与设置在端的工业纯铁构成。

上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其中，所述的传感器设置在磁轭的两极之间；传感器由壳体、设置于壳体内的一对铁芯及分别绕在一对铁芯上的线圈构成；线圈两端分别与信息处理装置中的交流电源连接。

上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其中，所述的随动支架还包括四个调节螺母，该四个调节螺母设置在随动支架的底部四角。

上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其中，所述的稳定机架还包括四个滚轮，该四个滚轮设置在稳定机架的底部四角。

上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其中，还包括进水管和出水管；所述的进水管和出水管的一端分别与水箱顶部两侧的进水口和出水口连接，进水管和出水管的另一端与外部的循环水装置连接。

用于上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置的检测方法，其中，检测方法包括以下步骤：

步骤1，控制检测头下降至接近钢坯表面1至2毫米处；

步骤2，驱动检测头上升至设定的位置，产生记忆磁场；

步骤3，调出存储的检测条件数据；

步骤4，检测头检测钢坯，设置在检测头中的磁轭与钢坯之间形成闭合磁路，产生环形磁场；

步骤5，检测头检测钢坯，设置在检测头内磁轭两极之间的有源传感器产生交变电磁场；

步骤6，检测头对在流水线上移动的钢坯进行检测，当钢坯表面没有表面缺陷时，没有漏磁通形成，传感器没有信号被接收到；当钢坯有裂纹缺陷出现，环形磁场受到破坏，产生漏磁通，漏磁通干扰交变电磁场，使有源传感器的线圈阻抗发生变化，产生反映钢坯缺陷的岐变信号。

步骤7，检测头输出钢坯裂纹缺陷的岐变信号至信息处理装置。

步骤8，信息处理装置将岐变信号处理后，从显示屏上显示钢坯裂纹缺陷的波形图，同时发出报警信号，还发出喷标信号，喷标装置对钢坯上裂纹缺陷喷上标记，由下道火焰清理工艺进行处理。

上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测方法，其中，所述的步骤1至步骤2，检测头从接近钢坯表面的位置上升到检测头与被检钢坯距离8至10mm的位置，检测头与钢坯之间产生记忆磁场。

本发明由于采用了上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置和检测方法技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1.本发明检测装置中由于设有磁化装置，当检测头与被检钢坯相接时，磁化装置与被检钢坯之间产生闭环磁路，可使磁场在钢坯里面渗透深度大，便于检测深度裂纹。

2.本发明检测装置中由于设有有源电磁传感器，设置在有源电磁传感器中的线圈通电后产生交流电磁场，当该交流电磁场遇到钢坯裂纹缺陷引起漏磁通时，该交流电磁场发生歧变，这个歧变的场即钢坯缺陷信号，从而能可靠地检测出钢坯的缺陷，有效提高产品质量。

3.本发明检测装置的检测头检测时，检测头与工件之间可保持较大的间隙，解决了国内外尚未解决的技术难题，从而检测头的水冷系统便于加工和安装，并可避免检测头与工件碰撞的事故。

4.本发明检测装置的壳体由于设为水箱，并在水箱中灌有循环水，使设置在水箱中的传感器保持在20度以下的环境温度上，可确保传感器可靠工作。

5.本发明检测装置中由于设有驱动器，可通过相连接的传动杆，带动检测头上下移动，产生记忆磁场并可调节检测间距。

6.本发明检测装置的检测头下部由于设有调节螺母，可微调检测头与被检测钢坯之间的距离。

7.本发明方法由于在步骤1至步骤2，检测头从接近钢坯表面1至2毫米处的位置上升到检测头与被检钢坯距离8至10mm的位置，使检测头与钢坯之间产生记忆磁场，可以最大程度的保持较强的磁化效应，极大的提高了检测灵敏度；同时检测头45与工件之间可保持较大的间隙，便于安装，可避免检测时触碰被检钢坯，解决了国内外尚未解决的技术难题。

8.在本发明的检测方法中，当检测头在钢坯上方扫过时，在钢坯表面缺陷处便有漏磁通形成，该漏磁通对传感器建立的交变电磁场形成干扰，产生反映钢坯缺陷的了岐变信号，从而可有效地检测出钢坯的深度裂纹缺陷。

附图说明

通过以下对本发明的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置和检测方法一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是现有技术自动摄像检测装置的结构示意图。

图2是现有技术钢铸坯涡流检测装置的结构示意图。

图3是现有技术漏磁检测装置的结构示意图。

图4是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置现场应用示意图。

图5是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置结构示意图。

图6是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置的传感器结构示意图。

图7是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置用于检测方法中磁轭与被检测缺陷钢坯之间产生磁漏通的示意图。

图8是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置的检测头向下移动状态示意图。

图9是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置的检测头向上提升状态示意图。

图10是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置用于检测方法中磁轭与被检测缺陷钢坯之间产生记忆磁场的波形图。

图11是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置用于检测方法中磁轭和传感器与被检测缺陷钢坯之间产生岐变信号的示意图。

图12是本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置用于检测方法对被检测出缺陷钢坯岐变信号波形图。

具体实施方式

请参见图4、图5所示，本发明钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置40，包括：稳定机架41、随动支架42、连接轴43、驱动器44、检测头45及传动杆46。

稳定机架41内设为空腔，在稳定机架41上部设置连接板411；该连接板411用螺栓412与稳定机架41连接，该连接板411下部设有轴孔，四个滚轮413设置在稳定机架41的底部四角。

随动支架42设置在稳定机架41的空腔中，在随动支架42内两侧设有滑槽421，在随动支架42上部设有轴孔，四个调节螺母422设置在随动支架42的底部四角。连接轴43穿越稳定机架41的连接板411中的轴孔与随动支架42中的轴孔，将稳定机架41与随动支架42相连接。驱动器44设置在随动支架42的上部。该驱动器44由采用现有技术的步进电机、套置在电机轴上的蜗轮、与蜗轮相啮合的齿条构成(在图5中未标注)；电机通过导线与信息处理装置50中的电源连接，齿条的下端与传动杆46连接，电机转动，带动蜗轮和齿条，由齿条带动传动杆46上下移动。该驱动器44也可采用气动或液压装置驱动传动杆上下移动。通过设置在随动支架42驱动器44和调节螺母422的粗调和细调，检测头45与工件之间可保持较大的间隙，从而检测头的水冷系统便于加工和安装，并可避免检测头与工件碰撞的事故。

检测头45设在随动支架42的两侧滑槽421之间，该检测头45由水箱451、磁化器452及传感器453组成；水箱451中灌有循环水，使设置在水箱中的传感器保持在20度以下的环境温度上，可确保传感器可靠工作。内层水箱壁451b中间设有空腔；磁化器452设置在水箱中，磁化器452设为磁轭，该磁轭由磁铁452a与设置在两端的工业纯铁452b构成。

请配合参见图5和图6，传感器453设置在水箱的空腔中，位于磁轭452的两极之间；传感器453由壳体453a、设置于壳体453a内的一对铁芯453b及分别绕在一对铁芯453b上的线圈453c构成；线圈453c两端分别与信息处理装置中的交流电源连接。传动杆46的两端分别与驱动器44和检测头45连接。

进水管和出水管的一端分别与水箱451顶部两侧的进水口和出水口连接，进水管和出水管的另一端与外部的循环水装置连接。

钢制品表层缺陷的双场漏磁通的检测装置的工作原理是，当由磁化装置及传感器构成的检测头置于离高温在线连铸钢坯表面10毫米左右距离处，高温在线连铸钢坯以生产速度通过时，当高温在线连铸钢坯表面没有表面缺陷时，高温在线连铸钢坯表面没有漏磁通出现，传感器建立的电磁场没有发生歧变，采集缺陷信号的传感器没有信号输出；当高温在线连铸钢坯表面有表面缺陷时，在高温在线连铸坯表面缺陷处有漏磁通出现，传感器建立的交变电磁场被干扰发生歧变，即产生反映钢坯缺陷的了岐变信号，再将该岐变信号至外部的信息处理装置；信息处理装置将岐变信号处理后，从显示屏上显示钢坯裂纹缺陷的波形图，同时发出报警信号，还发出喷标信号，由下道工艺进行处理。

用于上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置的检测方法，其特征在于：检测方法包括以下步骤：

步骤1，启动驱动器，带动检测头下降至接近钢坯表面的距离为1至2mm，请配合参见图7、图8，检测头下降时，环行磁场HC1比较弱，在钢坯表面有裂纹，即产生漏磁通LCT。

步骤2，驱动器带动检测头上升至设定的位置；在步骤2中，检测头从接近钢坯表面1至2毫米的位置上升到检测头与被检钢坯距离8至10mm的位置，请配合参见图9、图10，检测头上升时，环行磁场HC2比较强；使检测头与钢坯之间产生记忆磁场HC2并有效提高了检测灵敏度；磁化装置与被检钢坯之间产生较强的闭环磁路，可使磁场在钢坯里面渗透深度大，便于检测深度裂纹。

步骤3，调出存储的检测条件数据；由检测装置外部的信息处理装置调出存储的检测条件数据。

步骤4，检测头检测钢坯时，设置在检测头中的磁轭与钢坯之间形成闭合磁路，产生环形磁场；当环形磁场置于铁磁钢坯上方时，这个环形磁场沿钢坯表面传播。

步骤5，检测头检测钢坯时，设置在检测头中磁轭两极之间的有源传感器产生交变电磁场。

步骤6，检测头对在流水线上移动的钢坯进行检测时，当粗糙表面的钢坯表面没有表面缺陷时，没有漏磁通形成，传感器没有信号被接收到；请配合参见图11，当钢坯有裂纹缺陷的出现，磁轭与钢坯之间形成的环形磁场HC2受到破坏，粗糙表面的钢坯表面缺陷处便有漏磁通LCT形成，这个漏磁通LCT对传感器建立的交变电磁场形成干扰，使有源传感器的线圈阻抗发生变化，传感器即产生反映钢坯缺陷的岐变信号。

步骤7，检测头输出钢坯裂纹缺陷的岐变信号至外部的信息处理装置。

步骤8，信息处理装置将岐变信号处理后，请配合参见图12，从显示屏上显示钢坯裂纹缺陷的波形图，同时发出报警信号，还发出喷标信号，喷标装置对钢坯上裂纹缺陷喷上标记，由下道火焰清理工艺进行处理。

综上所述，本发明的检测装置结构设计新颖、科学，由于设有磁化装置，在钢坯表面缺陷处便产生较强的漏磁通，可对钢坯上的表面缺陷进行高灵敏度的漏磁通检测；由于设有有源电磁传感器，可建立稳定的电磁场。在本发明的检测方法中，当检测头在钢坯上方扫过时，在钢坯表面缺陷处便产生较强的漏磁通；该漏磁通对传感器建立的交变电磁场形成干扰，使有源传感器的线圈阻抗发生变化，有源传感器即产生反映钢坯缺陷的了岐变信号，通过信息处理装置处理，可高灵敏度的可靠检测出有深度裂纹缺陷的钢坯，从而确保产品质量。

Claims (8)

1.一种钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特征在于：包括：稳定机架、随动支架、连接轴、驱动器、检测头及传动杆；

所述的稳定机架内设为空腔，在稳定机架上部设置连接板；该连接板下部设有轴孔；

所述的随动支架设置在稳定机架的空腔中，在随动支架内两侧设有滑槽，在随动支架上部设有轴孔；

所述的连接轴穿越稳定机架的连接板中的轴孔与随动支架中的轴孔，将稳定机架与随动支架相连接；

所述的驱动器设置在随动支架的上部；

所述的检测头设在随动支架的两侧滑槽之间，该检测头由水箱、磁化器及传感器组成；所述的水箱壁中间设有空腔；所述的磁化器设置在水箱中，所述的传感器设置在两个磁极中间；传感器通过导线与外部的信息处理装置连接；

所述的传动杆的两端分别与驱动器和检测头连接。

2.根据权利要求1所述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特征在于：所述的磁化器设为磁轭，该磁轭由磁铁与设置在端的工业纯铁构成。

3.根据权利要求1所述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特征在于：所述的传感器设置在磁轭的两极之间；传感器由壳体、设置于壳体内的一对铁芯及分别绕在一对铁芯上的线圈构成；线圈两端分别与信息处理装置中的交流电源连接。

4.根据权利要求1所述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特征在于：所述的随动支架还包括四个调节螺母，该四个调节螺母设置在随动支架的底部四角。

5.根据权利要求1所述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特征在于：所述的稳定机架还包括四个滚轮，该四个滚轮设置在稳定机架的底部四角。

6.根据权利要求1所述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置，其特征在于：还包括进水管和出.水管；所述的进水管和出水管的一端分别与水箱顶部两侧的进水口和出水口连接，进水管和出水管的另一端与外部的循环水装置连接。

7.用于上述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测装置的检测方法，其特征在于：检测方法包括以下步骤：

步骤1，控制检测头下降至接近钢坯表面1至2毫米处；

步骤2，驱动检测头上升至设定的位置，产生记忆磁场；

步骤3，调出存储的检测条件数据；

步骤4，检测头检测钢坯，设置在检测头中的磁轭与钢坯之间形成闭合磁路，产生环形磁场；

步骤5，检测头检测钢坯，设置在检测头内磁轭两极之间的有源传感器产生交变电磁场；

步骤6，检测头对在流水线上移动的钢坯进行检测，当钢坯表面没有表面缺陷时，没有漏磁通形成，传感器没有信号被接收到；当钢坯有裂纹缺陷出现，环形磁场受到破坏，产生漏磁通，漏磁通干扰交变电磁场，使有源传感器的线圈阻抗发生变化，产生反映钢坯缺陷的岐变信号；

步骤7，检测头输出钢坯裂纹缺陷的岐变信号至信息处理装置；

步骤8，信息处理装置将岐变信号处理后，从显示屏上显示钢坯裂纹缺陷的波形图，同时发出报警信号，还发出喷标信号，喷标装置对钢坯上裂纹缺陷喷上标记，由下道火焰清理工艺进行处理。

8.根据权利要求7所述的钢制品表层缺陷的双场漏磁通的在线检测方法，其特征在于：所述的步骤1至步骤2，检测头从接近钢坯表面1至2毫米处的位置上升到检测头与被检钢坯距离8至10mm的位置，检测头与钢坯之间产生记忆磁场。

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