CN103698393A - 焊接缺陷磁光成像无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊接缺陷的磁光成像无损检测方法。采用磁光成像技术，由磁场发生器以交变激励磁场在焊件上感应出涡流，涡流的分布在焊接缺陷处发生畸变，引起缺陷处的垂直磁场分量发生变化，相应地改变涡流激发的磁场分布。磁光成像传感器在该磁场的作用下产生磁光效应，使传感器中的偏振光在通过磁光传感介质时产生不同的旋转角度，包含了焊接缺陷磁场信息的光线经偏振分光镜反射后被电荷耦合器件接收并实时成像。计算机控制器采集该焊接缺陷的磁光图像，并对焊接缺陷图像进行识别和焊接缺陷位置的计算，从而实现焊缝裂纹、未焊透、气孔等焊接缺陷的非接触无损自动检测。

Description

焊接缺陷磁光成像无损检测方法

技术领域

本发明涉及焊接过程中焊接缺陷的无损检测方法，具体涉及焊接缺陷磁光成像无损检测方法。

背景技术

焊接是制造业领域重要的加工技术，具有工作条件恶劣、工作量大及质量要求高等特点。由于在焊接过程中各种随机干扰因素的影响，焊件有时不可避免地会产生裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷。为了保证焊件的产品质量，必须及时和有效地检测出焊接缺陷。在实际生产过程中，除了目测焊接表面缺陷与成型缺陷外，通常还需要采用无损检测技术来检测焊接缺陷，因此一种有效的焊接缺陷无损检测方法具有重要的现实意义。

目前国内外对于焊接缺陷的无损检测主要集中在以下几种方法：(1)磁粉检测方法，即在被检测焊件上均匀布满磁粉，磁化后被测焊件焊接缺陷会产生不规则的磁力线，这些缺陷将会通过磁粉的分布展现出来。磁粉检测一般用于铁磁性焊件的表面及近表面缺陷的检测，其成本较低，灵敏度较高并且对被测焊件无形状要求。但是被测焊件要求必须是顺磁性材料，在检测前，必须先对焊件表面进行处理，以确保焊件表面光滑，确保不会因为表面不平或者伤痕而影响磁力线的分布，影响检测结果。(2)渗透检测方法，其原理是基于液体的毛细管作用，是检测焊件表面开口缺陷的无损检测方法，具体包括荧光和着色两种方法。荧光检测的原理是将被测焊件浸入荧光液中，因毛细管现象，在缺陷内部吸满了荧光液。除去表面液体，由于光电效应荧光液在紫外线的照射下，发出可见光而显现缺陷。着色检测的原理和荧光检测相似，它不需要专门设备，只是用显像粉将吸附在缺陷内的着色液吸出焊件表面而显现缺陷。该方法在检测焊件表面开口裂纹时灵敏度极高，对表面潮湿或者存在涂层的试样，会极大影响检测效果，而且该方法的判定很大程度上取决于检测员的经验。(3)射线检测方法，是利用射线(x射线、γ射线等)穿过被测物体过程中具有一定的衰减规律，根据通过焊件各部位衰减后的射线强度来检测焊件内部缺陷的一种方法。不同物体其衰减程度不同，衰减的程度由物体的厚度、物体的材料种类以及射线的种类而决定。射线检测主要用于检测焊件工件内部体积型缺陷，且工件的厚度不易超过80mm，可根据材料的衰减系数做相应的加厚或者减薄。该方法检测成本高，检测设备较大，产生的射线辐射对人体伤害极大，对微裂纹缺陷的检测灵敏度较低。(4)超声波检测方法，其原理是利用超声波在被测工件内传播时，会受到被测工件材料声学特性和其内部组织变化的影响，通过超声波的影响程度以及状况分析，来探测材料性能以及结构的变化。该检测方法的检测效率较高，并且成本较低，但相对其它检测方法，对操作人员的要求较高。该方法对于区别不同种类的缺陷有一定的难度，其最大的缺点就是检测时需要耦合剂。(5)涡流检测方法，其检测原理是基于电磁感应现象，变化的磁场在导体工件中产生涡流，如果在工件中存在缺陷、夹杂、电导率变化或结构变化时，会影响涡流的流动，使得叠加磁场发生变化，根据磁场的变化可以判断焊接的缺陷。该方法具有检测效率高、适用于在线检测、无需耦合剂和非接触检测等优点，并且对近表面或者表面缺陷的灵敏度较高。但是只适合导电材料表面和近表面的检测，难以判断缺陷的种类、形状和大小。(6)其它检测方法。如激光全息无损检测，是将物体表面和内部的缺陷，通过外界加载的方法，使其在相应的物体表面造成局部的变形，用全息照相来观察和比较这种变形，并记录下不同外界载荷作用下的物体表面的变形情况，进行观察和分析，而后判断物体内部是否存在缺陷。声发射检测技术，是物体在外界条件作用下，缺陷或物体异常部位因应力集中而产生变形或断裂，并以弹性波形式释放出应变能，用仪器检测和分析声发射信号并确定声发射源的技术。红外线检测技术，在检测时可以将一恒定的热流注入工件，如果工件内存在缺陷，由于缺陷区与无缺陷区的热扩散系数不同，那么在工件表面的温度分布就会有差异，内部有缺陷与无缺陷区所对应的表面温度就不同，由此所发出的红外光波(热辐射)也就不同，利用红外探测器可以响应红外光波并转换成相应大小电信号的功能，逐点扫描工件表面就可以获得工件表面温度的分布状况，从而发现工件表面温度异常区域，确定工件内部缺陷的部位。

综上分析可知，以上使用的无损检测方法都有其不足。磁粉检测限于铁磁性材料，且对工件表面有严格要求；渗透检测限于表面开口缺陷；射线检测检测成本高，检测设备较大，产生的射线辐射对人体伤害极大；超声波检测对操作人员的要求较高，区别不同种类的焊接缺陷有一定的难度且需要耦合剂；涡流检测只适合导电材料表面和近表面的检测，且难以判断焊接缺陷的种类、形状和大小；激光全息无损检测取决于物体内部的缺陷在外力作用下能否造成物体表面的相应变形；声发射检测技术由于声发射信号的强度一般很弱，需要借助灵敏的电子仪器才能检测；红外检测技术主要测量焊件表面热状态，不能确定焊件内部的热状态，与其它检测仪器或常规监测设备相比价格昂贵。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述现有焊接缺陷检测技术的不足，提供一种检测精度高、运行可靠、简单易用、无污染的焊接缺陷磁光成像无损检测方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：采用磁光成像技术，由磁场发生器产生交变激励磁场并在焊件上感应出涡流，而涡流的分布在焊接缺陷处将发生畸变，引起该处的垂直磁场分量发生变化，相应地改变涡流的感应磁场分布。磁光成像传感器在该磁场的作用下产生磁光效应，使传感器中的偏振光在通过磁光传感介质时产生不同的旋转角度，包含了焊接缺陷磁场分布信息的光线经偏振分光镜反射后被电荷耦合器件接收并实时成像。计算机控制器采集焊接缺陷磁光图像并进行焊接缺陷图像识别和焊接缺陷位置的计算。

本发明提出的焊接缺陷磁光成像无损检测方法，采用磁光成像技术，被测焊接工件由装设在传感器基板下的磁场发生器产生交变感应磁场，进而在焊接工件上感应出涡流，涡流形成一个与磁场发生器磁场方向相反的磁场，在涡流流动的路径上若有焊接缺陷存在时，其流动会受到影响，涡流在焊接缺陷处将发生畸变，这一畸变的涡流将产生畸变的涡流磁场，并引起该处的垂直磁场分布发生变化。

上述传感器基板下的磁光成像传感器在该磁场的作用下产生磁光效应，使磁光成像传感器中的偏振光在通过磁光传感介质时产生不同的旋转角度，包含了焊接缺陷磁场分布信息的光线经偏振分光镜反射后被电荷耦合器件接收并实时成像，生成磁光焊接缺陷图像。

上述磁光成像传感器将焊接缺陷磁光图像传输到计算机控制器，计算机控制器对焊接缺陷图像进行处理、识别和焊接缺陷的位置计算，实现对焊接缺陷的实时精确检测。

与现有焊接缺陷检测技术相比，本发明采用的技术方案具有下述有益效果：

1)本发明采用磁光成像传感技术，在焊接缺陷的检测过程中，由磁场发生器产生交变磁场，并在被测焊接缺陷处感应出畸变涡流，同时由磁光成像传感器生成焊接缺陷图像，计算机控制器实现焊接缺陷图像识别和焊接缺陷位置的计算。该方法可实现金属工件焊接缺陷的非接触无损检测，不仅检测精度高，而且运行安全可靠、简单易用、无污染。

2)由于磁光成像传感器和计算机控制器的灵活配合，使得计算机控制器能够实时获取被检测位置的焊接缺陷情况，成像直观，自动化程度高，检测速度快。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是本发明的正面结构示意图；

图3是本发明焊接缺陷磁光成像无损检测方法工作示意图。

图中各编号含义：1-传感器基板，2-磁光成像传感器，3-磁场发生器，4-手持式手柄，5-液晶显示屏。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

本发明应用到法拉第磁光效应原理，当一束偏振光通过介质时，若在光束传播方向存在一个外磁场，那么此偏振光通过偏振面将发生偏转，偏转角依赖于磁场强度。

本发明应用磁光成像技术，通过磁场发生器以交变信号激励磁场在焊接工件上感应出涡流，而涡流的分布在焊接缺陷处将发生畸变，引起该处的垂直磁场分量发生变化，相应地改变涡流感应磁场。磁光成像传感器在该磁场的作用下产生磁光效应，使磁光成像传感器中的偏振光在通过磁光传感介质时产生不同的旋转角度，包含了焊接缺陷的磁场信息的光线经偏振分光镜反射后被电荷耦合器件接收并实时成像。

如图1至图2所示，本发明为一种焊接缺陷磁光成像无损检测方法，包括传感器基板1和安装于其下的磁场发生器2和磁光成像传感器3。装置还包括用于传感器的把持的手持式手柄4。传感器基板1上方装设有液晶显示屏5，用于焊接缺陷的实时显示。焊接缺陷检测部件包括磁场发生器2和磁光成像传感器3。所述焊接缺陷检测部件通过内六角螺栓装设于传感器基板1下。其中通过计算机控制器发出指令启动磁场发生器2工作，控制磁场发生器2在焊缝处产生交变磁场。所述磁光成像传感器3主要部分包括激光光源、起偏器、CMOS传感器、检偏器和磁光晶片。磁光成像传感器属于非接触测量方式，成像直观、可靠性好、测量精度高、功耗低并且信息传输速率高。磁光成像传感器3工作时在焊件表面的上方，通过精确控制磁场发生器2使得焊件的焊接缺陷附近产生感应磁场，由于焊接缺陷存在，感应磁场在焊缝附近具有其特殊变化。当偏振光平行通过感应磁场反射后旋转一定的角度，再通过检偏器可以针对性地实现旋转后的偏振光的通过或截止，最后由CMOS摄像机获取并成像，所得的图像即包含了焊接缺陷信息的磁光图像。所述手持式手柄4通过内六角螺栓装设于传感器两侧边，手持式手柄4用于在检测过程把持整个装置进行焊接缺陷的实时检测。

整个焊接缺陷磁光成像无损的工作均由计算机控制器系统进行控制，图3是本发明焊接缺陷磁光成像无损检测方法工作示意图。首先计算机控制磁场发生器2产生交变磁场，同时发出指令启动磁光成像传感器3工作，同步协调磁光成像传感器3采集焊接磁光图像，并将获得的磁光图像输入到计算机控制器。然后由相应的图像识别算法对焊接缺陷图像进行处理，获取焊接缺陷的类型及位置，实现焊接缺陷的实时检测。计算机控制器还具有自检能力，显著提高了系统的实时性和测控技术的自动化程度。所采用的控制系统能自动修正测量误差，提高焊接缺陷的检测精度。

系统的工作原理：磁场发生器2和磁光成像传感器3分别与计算机控制器连接，用本装置和方法测量焊接缺陷时，将本装置手持置于焊接工件上并使得磁光成像传感器晶片对正焊缝表面。计算机控制器控制磁场发生器2产生交变磁场，同步协调磁光成像传感器3采集焊接缺陷的磁光图像，并将焊接缺陷磁光图像传递到计算机控制器，由计算机控制器实现焊接缺陷的图像处理、焊接缺陷位置计算和焊接缺陷类型识别。传感器基板1上的液晶显示屏5显示实时检测的焊接缺陷图像、类别、大小等信息。由于计算机控制器运算速度快以及图像处理技术的发展，可以实现焊接缺陷的实时检测。

Claims (3)

1.焊接缺陷磁光成像无损检测方法，其特征在于：采用磁场感应和磁光成像技术，由装设在传感器基板(1)下的磁场发生器(2)在被测焊接工件上产生交变感应磁场，进而在焊接工件中感应出涡流，涡流形成一个与磁场发生器(2)磁场方向相反的磁场，处于涡流流动路径上的焊接缺陷使涡流在焊接缺陷处发生畸变，这一畸变的涡流将产生畸变的涡流磁场，并引起该处垂直磁场的分布发生变化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：装设在传感器基板(1)下的磁光成像传感器(3)在该磁场的作用下产生磁光效应，使磁光成像传感器(3)中的偏振光在通过磁光传感介质时产生不同的旋转角度，包含了焊接缺陷磁场信息的光线经偏振分光镜反射后被电荷耦合器件接收并对磁场分布状态实时成像，生成焊接缺陷的磁光图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：磁光成像传感器(3)将焊接缺陷磁光图像传输到计算机控制器，计算机控制器对焊接缺陷图像进行处理、识别和焊接缺陷类别及位置的计算，实现对焊接缺陷的实时自动检测。

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