CN106053594A - 钢结构裂纹磁致变色检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢结构裂纹磁致变色检测装置及方法，该装置包括磁悬液、磁化装置、高速数码摄像机、图像处理模块、数据处理模块、输入按钮、液晶显示屏及电源与数据输出接口；磁悬液包括磁性氧化铁粉、纳米Fe₃O₄颗粒与油性基液。该方法是在检测过程中，高速数码摄像机拍摄照片并利用图像处理模块根据颜色找出漏磁场强度最大的时刻，记录并计算出裂纹位置和扩展方向。本发明实现了自动判断并记录裂纹图像及位置、方向等参数，并可以排除伪显示干扰。

Description

钢结构裂纹磁致变色检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种疲劳裂纹无损检测装置与方法，具体涉及一种钢结构裂纹磁致变色检测装置及方法。

背景技术

磁粉检测技术是一种通过磁粉在缺陷附近漏磁场中的堆积以检测铁磁性材料表面或近表面处缺陷的无损检测方法。将待测物体置于强磁场中或通以大电流使之磁化，若物体表面或表面附近有缺陷(裂纹、折叠、夹杂物等)存在，由于它们是非铁磁性的，对磁力线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。当将导磁性良好的磁粉(通常为磁性氧化铁粉)施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形成可见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来。

在钢结构磁粉检测中，由于钢结构焊缝表面的特征，往往会形成相关显示和伪显示。由缺陷产生的漏磁场形成的磁痕显示称为相关显示；不是由漏磁场形成的磁痕显示称为伪显示，焊缝两侧的凹陷、粗糙的表面等往往会滞留磁粉而导致伪显示。

工件磁化时，当磁场方向与缺陷延伸方向垂直时，缺陷处的漏磁场最大，检测灵敏度最高。由于交叉磁轭法采用旋转磁场磁化工件，一次磁化就可检测出附近钢板表面上所有方向的缺陷。

现有磁粉检测技术存在以下几点不足：对裂纹的判断完全依靠人眼，检测人员长时间观察后容易因视觉疲劳造成漏检或误判；检测人员的经验和主观因素对判断结果影响很大；不利于信息采集与管理。

水溶胶中的纳米Fe₃O₄颗粒具有磁致变色的性质，当磁场增大的时候，纳米Fe₃O₄颗粒的有序结构所衍射的光的波长会随之减小，即逐渐发生蓝移。

发明内容

发明目的：为了克服现有磁粉检测技术中存在的不足，本发明提供一种可自动判断并记录裂纹信息的钢结构疲劳裂纹磁粉检测装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的钢结构裂纹磁致变色检测装置及方法，包括磁化装置和磁悬液，所述磁化装置具有磁化线圈、磁极、行走滚轮、横梁与把手，所述把手上集成有高速数码摄像机、图像处理模块、数据处理模块、输入按钮、液晶显示屏及电源与数据输出接口，其中高速数码摄像机安装在把手下方，图像处理模块与数据处理模块安装在把手内部，输入按钮与液晶显示屏安装在把手上方。各部件之间通过把手内部的线缆连接。电源与数据输出接口用于提供电源输入与数据输出

具体地，所述磁悬液包括磁性氧化铁粉、纳米Fe₃O₄颗粒与油性基液，所述磁性氧化铁粉与纳米Fe₃O₄颗粒均匀地分散在基液中。磁性氧化铁粉与纳米Fe₃O₄颗粒的浓度分别为20mg/ml与8mg/ml，形成的磁悬液具有一定的流动性与黏性。

本发明同时提出上述检测装置的检测方法，包括以下步骤：

步骤1，采用交叉磁轭法磁化待测构件，在磁悬液中加入具有磁致变色性质的纳米Fe₃O₄颗粒，使磁悬液随着磁场强度的变化呈现出不同的颜色；

步骤2，拍摄照片并利用图像处理模块根据颜色找出漏磁场强度最大的时刻，记录关键相位及裂纹位置坐标；

步骤3，数据处理模块根据关键相位及裂纹位置坐标计算出裂纹位置的磁场方向，从而得到疲劳裂纹扩展方向；

步骤4，将关键相位照片与疲劳裂纹位置方向编号存储并输出到液晶显示屏，方便检测人员核对。

具体地，所述步骤2中使用高速数码摄像机不断拍摄磁化区域照片，并传输至图像处理模块进行分析，不同的磁场强度下，磁悬液会呈现出不同的颜色。具体表现为磁场强度越高，磁悬液颜色越偏向于蓝色。图像处理模块选取磁场旋转的一个周期中蓝色信号强度最高的照片，根据蓝色信号最强位置(即漏磁场位置)获取裂纹位置坐标。

具体地，检测前可以制作带人工预制裂纹的试件，裂纹的长度和宽度可取人眼能观察到的最小值；用所述磁化装置检测预制裂纹试件，将得到的照片最高蓝色信号强度作为裂纹判断的阈值，照片最高蓝色信号强度低于该阈值时判断为无裂纹。阈值可通过输入按钮输入到图像处理模块，由于伪显示不是由漏磁场形成的，该阈值可过滤掉伪显示。

具体地，所述磁化装置是交叉磁轭的磁化装置。

发明原理：

1、采用交叉磁轭法磁化待测构件，，两相磁轭的激磁电流相位差两相磁场分别为

$\begin{array}{c}{H}_A=H_m\sin \mathrm{\ω}t\\ H_B=H_m\sin (\mathrm{\ω}t-\frac{2}{3}\mathrm{\π})\end{array},$

构件表面的最大磁场强度出现在疲劳裂纹附近漏磁场处。随着施加磁场的周期性旋转，漏磁场的强度不断变化，当磁场方向旋转到与裂纹延伸方向垂直时，漏磁场强度达到最高。

2、在磁悬液中加入具有磁致变色性质的纳米Fe₃O₄颗粒，不同的磁场强度下，磁悬液会呈现出不同的颜色。具体表现为磁场强度越高，磁悬液颜色越偏向于蓝色。因此，磁悬液颜色中蓝色成分最高的时刻即为磁场方向与裂纹延伸方向垂直的时刻。

3、检测时，使用高速数码摄像机不断拍摄磁化区域照片，并传输至图像处理模块进行分析。图像处理模块选取磁场旋转的一个周期中蓝色信号强度最高的照片，根据蓝色信号最强位置(即漏磁场位置)获取裂纹位置坐标，并记录该时刻的关键相位。

4、制作带人工预制裂纹的试件，裂纹的长度和宽度可取人眼能观察到的最小值。用本磁粉检测装置检测预制裂纹试件，将得到的照片最高蓝色信号强度作为裂纹判断的阈值。阈值可通过输入按钮输入到图像处理模块。日常检测中，照片最高蓝色信号强度低于该阈值时判断为无裂纹。由于伪显示不是由漏磁场形成的，该阈值亦可过滤掉伪显示。

5、对于判断为有裂纹的照片，图像处理模块将其发送到数据处理模块。数据处理模块根据关键相位及裂纹位置坐标计算出裂纹位置的磁场方向，从而得到疲劳裂纹扩展方向；将关键相位照片与疲劳裂纹位置方向编号存储并输出到液晶显示屏，方便检测人员核对。检测结束后，相关数据通过数据输出接口导出。

有益效果：本发明利用磁致变色检测钢结构疲劳裂纹。检测人员可以使用该装置自动判断并记录裂纹图像及位置、方向等参数，且通过预制裂纹试件，获取阈值的方法避免了伪显示的干扰

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的钢结构裂纹磁致变色检测装置及方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明磁粉探伤仪的主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1的A-A剖面示意图；

图5为本发明磁悬液示意图；

图中：1 磁化线圈；2 磁极；3 行走滚轮；4 横梁；5 把手；6 高速数码摄像机；7 图像处理模块；8 数据处理模块；9 输入按钮；10 液晶显示屏；11 电源与数据输出接口；12油性基液；13 磁性氧化铁粉；14 纳米Fe₃O₄颗粒。

具体实施方式

实施例：

如图1至图4所示，磁粉探伤仪为交叉磁轭磁粉探伤仪，包括磁化装置、高速数码摄像机6、图像处理模块7、数据处理模块8、输入按钮9、液晶显示屏10及电源与数据输出接口11。其中磁化装置与现有便携式交叉磁轭磁粉探伤仪类似，包括磁化线圈1、磁极2、行走滚轮3、横梁4与把手5。

高速数码摄像机6、图像处理模块7、数据处理模块8、输入按钮9、液晶显示屏10及电源与数据输出接口11均集成于磁化装置的把手5上，其中高速数码摄像机安装在把手5的下方，图像处理模块7与数据处理模块8安装在把手5的内部，输入按钮9与液晶显示屏10安装在把手5的上方。各部件之间通过把手5内部的线缆连接。电源与数据输出接口11用于提供电源输入与数据输出。

如图5所示，磁悬液包括磁性氧化铁粉13、纳米Fe₃O₄颗粒14与油性基液12。磁性氧化铁粉13与纳米Fe₃O₄颗粒14的浓度分别为20mg/ml与8mg/ml，磁性氧化铁粉13与纳米Fe₃O₄颗粒14均匀地分散在油性基液12中，形成的磁悬液具有一定的流动性与黏性。

使用时，采用交叉磁轭法磁化待测构件，构件表面的最大磁场强度出现在疲劳裂纹附近漏磁场处。随着施加磁场的周期性旋转，漏磁场的强度不断变化，当磁场方向旋转到与裂纹延伸方向垂直时，漏磁场强度达到最高。磁悬液中具有磁致变色性质的纳米Fe₃O₄颗粒13，在不同的磁场强度下，使磁悬液会呈现出不同的颜色。具体表现为磁场强度越高，磁悬液颜色越偏向于蓝色。

检测过程中，使用高速数码摄像机6不断拍摄磁化区域照片，并传输至图像处理模块7进行分析。图像处理模块7选取磁场旋转的一个周期中蓝色信号强度最高的照片，根据蓝色信号最强位置即漏磁场位置获取裂纹位置坐标，并记录该时刻的关键相位。

制作带人工预制裂纹的试件，裂纹的长度和宽度可取人眼能观察到的最小值。用本磁粉检测装置检测预制裂纹试件，将得到的照片最高蓝色信号强度作为裂纹判断的阈值。阈值可通过输入按钮9输入到图像处理模块。日常检测中，照片最高蓝色信号强度低于该阈值时判断为无裂纹。由于伪显示不是由漏磁场形成的，该阈值亦可过滤掉伪显示。

对于判断为有裂纹的照片，图像处理模块将其发送到数据处理模块8。数据处理模块8根据关键相位及裂纹位置坐标计算出裂纹位置的磁场方向，从而得到疲劳裂纹扩展方向；将关键相位照片与疲劳裂纹位置方向编号存储并输出到液晶显示屏10，方便检测人员当场核对。检测结束后，相关数据可通过数据输出接口11导出。

以上结合附图对本发明的实施方式做出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种钢结构裂纹磁致变色检测装置，包括磁化装置和磁悬液，所述磁化装置具有磁化线圈、磁极、行走滚轮、横梁与把手，其特征在于：所述把手上集成有高速数码摄像机、图像处理模块、数据处理模块、输入按钮、液晶显示屏及电源与数据输出接口，其中高速数码摄像机安装在把手下方，图像处理模块与数据处理模块安装在把手内部，输入按钮与液晶显示屏安装在把手上方。

2.根据权利要求1所述的钢结构裂纹磁致变色检测装置，其特征在于：所述磁悬液包括磁性氧化铁粉、Fe₃O₄颗粒与油性基液，所述磁性氧化铁粉与纳米Fe₃O₄颗粒均匀地分散在基液中。

3.根据权利要求2所述的钢结构裂纹磁致变色检测装置，其特征在于：所述磁性氧化铁粉的浓度为20mg/ml，所述纳米Fe₃O₄颗粒的浓度为8mg/ml。

4.根据权利要求1所述的钢结构裂纹磁致变色检测装置，其特征在于：所述磁化装置是交叉磁轭的磁化装置。

5.根据权利要求1所述的钢结构裂纹磁致变色检测装置的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，采用交叉磁轭法磁化待测构件，在磁悬液中加入具有磁致变色性质的纳米Fe₃O₄颗粒，使磁悬液随着磁场强度的变化呈现出不同的颜色；

步骤2，拍摄照片并利用图像处理模块根据颜色找出漏磁场强度最大的时刻，记录关键相位及裂纹位置坐标；

步骤3，数据处理模块根据关键相位及裂纹位置坐标计算出裂纹位置的磁场方向，从而得到疲劳裂纹扩展方向；

步骤4，将关键相位照片与疲劳裂纹位置方向编号存储并输出到液晶显示屏，供检测人员核对。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述步骤2中使用高速数码摄像机不断拍摄磁化区域照片，并传输至图像处理模块进行分析，图像处理模块选取磁场旋转的一个周期中蓝色信号强度最高的照片，根据蓝色信号最强位置获取裂纹位置坐标。

7.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：制作带人工预制裂纹的试件，裂纹的长度和宽度取人眼能观察到的最小值；用所述磁化装置检测预制裂纹试件，将得到的照片最高蓝色信号强度作为裂纹判断的阈值，照片最高蓝色信号强度低于该阈值时判断为无裂纹。