CN106645392A - 涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置 - Google Patents
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Abstract
涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，包括激励线圈、激励线圈支座和电气控制装置，激励线圈包括采用导电材料制成的前支撑杆和后支撑杆，前支撑杆和后支撑杆沿左右方向并列设置，前支撑杆和后支撑杆的右侧设有导电材料制成的环形的电磁激励环，电磁激励环的环形的左端设有开口，前支撑杆的右端与电磁激励环开口处的前端侧壁相连为一体，后支撑杆的右端与电磁激励环开口处的后端侧壁相连为一体，电磁激励环、前支撑杆和后支撑杆的外表面包覆有电绝缘层。其目的在于提供一种可连续、快速检测结构较复杂的工件表面或内部缺陷，无损检测精度高，操作方便、灵活，工作效率高，使用寿命长，故障率低的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置。
Description
技术领域
本发明涉一种涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置。
背景技术
涡流脉冲红外热成像技术是一种综合涡流和红外热像检测两种手段优势的无损检测技术，其基本原理是通过主动式受控交流电脉冲来激发被测对象内部产生电涡流，由于焦耳效应，得到被测对象温度场分布，然后利用热成像技术检测被测对象表面或内部缺陷的无损检测技术，该技术对金属材料疲劳裂纹、复合材料脱粘等接触界面类型缺陷效果显著。涡流脉冲红外热像检测系统主要由红外热像仪、控制采集终端、涡流脉冲激励装置和其他辅助设备构成。涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置通常包含电气控制装置和激励线圈两部分，电气控制装置将AC 220V 50Hz的低频交流电调制成高频交流电，激励线圈将高频交流电导出并构成闭合回路。在对被测对象施加交流电脉冲过程中，激励时间、激励强度、激励线圈与被测对象之间的距离(提离)都会对涡流脉冲红外热像检测效果有很大影响。
现有的通过涡流脉冲红外热成像对工件进行无损检测的涡流脉冲激励装置，由于设备的激励线圈在工作一定时间后会处于过热状态，导致其无法长时间连续工作，由此造成现有的涡流脉冲激励装置的工作效率较低，使用寿命短，故障率高。此外，现有的涡流脉冲激励装置也不适合用于检测结构较复杂的工件表面或内部缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可连续、快速检测结构较复杂的工件表面或内部缺陷，无损检测精度高，操作方便、灵活，工作效率高，使用寿命长，故障率低的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置。
本发明的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，包括激励线圈、激励线圈支座和电气控制装置，所述激励线圈包括采用导电材料制成的前支撑杆和后支撑杆，前支撑杆和后支撑杆沿左右方向并列设置，前支撑杆和后支撑杆的右侧设有导电材料制成的环形的电磁激励环，电磁激励环的环形的左端设有开口，前支撑杆的右端与电磁激励环开口处的前端侧壁相连为一体，后支撑杆的右端与电磁激励环开口处的后端侧壁相连为一体，电磁激励环、前支撑杆和后支撑杆的外表面包覆有电绝缘层，前支撑杆的左端端面上设有前换水口，后支撑杆的左端端面上设有后换水口，后换水口与前换水口通过位于后支撑杆、电磁激励环和前支撑杆内部的冷却水通道相通，后支撑杆左端端面上的后换水口通过软管与水箱壁上的进水口相通，水箱的壁上设有出水口，水箱的出水口通过管路与循环水泵的进水口相通，循环水泵的出水口通过管路与过滤器的进水口相通，过滤器的出水口通过管路与散热器的进水口相通，散热器附近设有冷却风扇，散热器的出水口通过管路与电气元件冷却水箱的进水口相通，电气元件冷却水箱的出水口通过软管与所述前支撑杆左端端面上的前换水口相通；
所述水箱上设有用于测量水箱内水温的温度传感器，温度传感器、冷却风扇和循环水泵分别与电气控制装置相连；
所述激励线圈支座包括激励线圈底座，激励线圈底座右侧的顶部沿前后水平方向设有前后位移导轨，前后位移导轨上设有前后位移滑板，前后位移滑板的中部安装固定有前后位移丝杠螺母，前后位移丝杠螺母旋装在前后位移丝杠上，前后位移丝杠的轴线位于前后水平方向，前后位移丝杠可转动地安装在激励线圈底座上，前后位移丝杠采用步进电机或手动驱动其转动；
所述前后位移滑板的顶部沿左右水平方向设有左右位移导轨，左右位移导轨上设有左右位移滑板，左右位移滑板的中部安装固定有左右位移丝杠螺母，左右位移丝杠螺母旋装在左右位移丝杠上，左右位移丝杠的轴线位于前后水平方向，左右位移丝杠可转动地安装在前后位移滑板上，左右位移丝杠采用步进电机或手动驱动其转动；
所述左右位移滑板顶部的前部设有竖直导向支架，竖直导向支架上沿竖直方向设有竖直导向滑道，竖直导向滑道上设有竖直位移滑块，竖直位移滑块的中部安装固定有竖直位移丝杠螺母，竖直位移丝杠螺母旋装在竖直位移丝杠上，竖直位移丝杠的轴线位于竖直方向，竖直位移丝杠的上部可转动地安装在竖直导向支架的上部，竖直位移丝杠采用步进电机或手动驱动其转动；
所述竖直位移滑块的中部沿前后水平方向可转动地套装在转轴的中部或后部，转轴的后端与激励线圈夹块底座安装相连，转轴向前延伸穿过竖直导向支架，转轴的前端设有激励线圈俯仰转动手柄，激励线圈夹块底座上安装有激励线圈夹块；
所述电磁激励环的下方设有台面可做三维空间运动的三维运动平台，三维运动平台的周边附近设有热像仪。
优选地，所述电磁激励环为矩形或圆形或椭圆形或三角形或六边形。
优选地，所述前后位移丝杠的后端套装有前后位移丝旋钮,左右位移丝杠的右端套装有左右位移旋钮,竖直位移丝杠顶端套装有竖直位移旋钮。
优选地，所述电气控制装置包括电源变压器，电源变压器的二次绕组与整流滤波电路的输入端相连，整流滤波电路的输出端与BTL功率放大器的输入端相连，BTL功率放大器的一个输出端与所述前支撑杆相连，BTL功率放大器的另一个输出端与所述后支撑杆相连，BTL功率放大器输出电压为45V、频率为300kHz—700kHz的高频交流电。
优选地，BTL功率放大器安装在电气元件冷却水箱的外壁上。
优选地，所述循环水泵为变量泵。
本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置在使用时，启动循环水泵，水箱中的水就会由水箱的出水口通过管路流出，并经由循环水泵进入过滤器对水进行过滤，然后水会流过散热器进行散热，再由散热器流过电气元件冷却水箱，由电气元件冷却水箱出来后，再流过后支撑杆、电磁激励环和前支撑杆内部的冷却水通道，然后再回到水箱中。因此，本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的激励线圈等部件可借助循环水的冷却而实现连续长时间工作，并且可令设备的使用寿命长，故障率低。此外，在使用的过程中，如果需要沿前后方向调整电磁激励环的位置，可通过步进电机或手动驱动前后位移丝杠转动，电磁激励环即可沿前后方向运动。如果需要沿左右方向调整电磁激励环的位置，可通过步进电机或手动驱动左右位移丝杠转动，电磁激励环3即可沿左右方向运动。如果需要沿竖直方向调整电磁激励环的位置，可通过步进电机或手动驱动竖直位移丝杠转动，电磁激励环即可沿竖直方向运动。如果需要调整电磁激励环所在平面与水平面之间的角度，可通过激励线圈俯仰转动手柄转动转轴、激励线圈夹块底座和激励线圈夹块，电磁激励环所在平面与水平面之间的角度就会发生变化。如果需要调整被测工件的三维空间位置，可通过三维运动平台让被测工件做三维空间运动。因此，本发明的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置还具有可连续、快速检测结构较复杂的工件表面或内部缺陷，无损检测精度高，操作方便、灵活，工作效率高的特点，其可迅速、高效地检测出工件表面或内部裂纹长度大于0.2mm的裂纹，并对裂纹的位置、形状予以清晰定位。
下面结合附图对本发明的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的激励线圈支座部分的立体图；
图2为本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的电磁激励环和电气控制装置冷却系统的原理图；
图3为本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的电气控制装置的原理图；
图4为本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的电磁激励环的剖视立体图；
图5为本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的激励线圈支座部分的主视图；
图6为图5的俯视图；
图7为图5的侧视剖面图；
图8为图7中的C—C截面的剖视图；
图9为图5中的B—B截面的剖视图；
图10为图5中的A—A截面的剖视图。
具体实施方式
如图1、图2和图4所示，本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，包括激励线圈、激励线圈支座和电气控制装置，激励线圈包括采用导电材料制成的前支撑杆1和后支撑杆2，前支撑杆1和后支撑杆2沿左右方向并列设置，前支撑杆1和后支撑杆2的右侧设有导电材料制成的环形的电磁激励环3，电磁激励环3的环形的左端设有开口，前支撑杆1的右端与电磁激励环3开口处的前端侧壁相连为一体，后支撑杆2的右端与电磁激励环3开口处的后端侧壁相连为一体，电磁激励环3、前支撑杆1和后支撑杆2的外表面包覆有电绝缘层4，前支撑杆1的左端端面上设有前换水口，后支撑杆2的左端端面上设有后换水口，后换水口与前换水口通过位于后支撑杆2、电磁激励环3和前支撑杆1内部的冷却水通道5相通，后支撑杆2左端端面上的后换水口通过软管与水箱6壁上的进水口相通，水箱6的壁上设有出水口，水箱6的出水口通过管路与循环水泵7的进水口相通，循环水泵7的出水口通过管路与过滤器8的进水口相通，过滤器8的出水口通过管路与散热器9的进水口相通，散热器9附近设有冷却风扇，冷却风扇得电后，会对着散热器9吹风，令散热器9和附近的部件以更快的速度散热，散热器9的出水口通过管路与电气元件冷却水箱10的进水口相通，电气元件冷却水箱10的出水口通过软管与所述前支撑杆1左端端面上的前换水口相通；
在使用时，启动循环水泵7，水箱6中的水就会由水箱6的出水口通过管路流出，并经由循环水泵7进入过滤器8对水进行过滤，然后水会流过散热器9进行散热，再由散热器9流过电气元件冷却水箱10，由电气元件冷却水箱10出来后，再流过后支撑杆2、电磁激励环3和前支撑杆1内部的冷却水通道5，然后再回到水箱6中。
所述水箱6上设有用于测量水箱6内水温的温度传感器，温度传感器、冷却风扇和循环水泵7分别与电气控制装置相连；在使用时，温度传感器可用于测量水箱6内的水温，循环水泵7可以是变量泵，当水温较高时，可通过循环水泵7加快水的循环流动。
图5、图6、图7和图8所示，所述激励线圈支座包括激励线圈底座11，激励线圈底座11右侧的顶部沿前后水平方向设有前后位移导轨16，前后位移导轨16上设有前后位移滑板12，前后位移滑板12的中部安装固定有前后位移丝杠螺母13，前后位移丝杠螺母13旋装在前后位移丝杠14上，前后位移丝杠14的轴线位于前后水平方向，前后位移丝杠14可转动地安装在激励线圈底座11上，前后位移丝杠14采用步进电机或手动驱动其转动；在使用时，如果需要沿前后方向调整电磁激励环3的位置，可通过步进电机或手动驱动前后位移丝杠14转动，电磁激励环3即可沿前后方向运动。
如图5、图6和图9所示，所述前后位移滑板12的顶部沿左右水平方向设有左右位移导轨17，左右位移导轨17上设有左右位移滑板18，左右位移滑板18的中部安装固定有左右位移丝杠螺母19，左右位移丝杠螺母19旋装在左右位移丝杠20上，左右位移丝杠20的轴线位于前后水平方向，左右位移丝杠20可转动地安装在前后位移滑板12上，左右位移丝杠20采用步进电机或手动驱动其转动；在使用时，如果需要沿左右方向调整电磁激励环3的位置，可通过步进电机或手动驱动左右位移丝杠20转动，电磁激励环3即可沿左右方向运动。
如图5、图6、图7和图10所示，所述左右位移滑板18顶部的前部设有竖直导向支架22，竖直导向支架22上沿竖直方向设有竖直导向滑道，竖直导向滑道上设有竖直位移滑块24，竖直位移滑块24的中部安装固定有竖直位移丝杠螺母25，竖直位移丝杠螺母25旋装在竖直位移丝杠26上，竖直位移丝杠26的轴线位于竖直方向，竖直位移丝杠26的上部可转动地安装在竖直导向支架22的上部，竖直位移丝杠26采用步进电机或手动驱动其转动；在使用时，如果需要沿竖直方向调整电磁激励环3的位置，可通过步进电机或手动驱动竖直位移丝杠26转动，电磁激励环3即可沿竖直方向运动。
如图5、图6、图7和图10所示，所述竖直位移滑块24的中部沿前后水平方向可转动地套装在转轴29的中部或后部，转轴29的后端与激励线圈夹块底座30安装相连，转轴29向前延伸穿过竖直导向支架22，转轴29的前端设有激励线圈俯仰转动手柄31，激励线圈夹块底座30上安装有激励线圈夹块32；在使用时，如果需要调整电磁激励环3所在平面与水平面之间的角度，可通过激励线圈俯仰转动手柄31转动转轴29、激励线圈夹块底座30和激励线圈夹块32，电磁激励环3所在平面与水平面之间的角度就会发生变化。
如图1所示，所述电磁激励环3的下方设有台面可做三维空间运动的三维运动平台23，三维运动平台23的周边附近设有热像仪28。在使用时，如果需要调整被测工件的三维空间位置，可通过三维运动平台23让被测工件做三维空间运动。
作为本发明的进一步改进，上述电磁激励环3为矩形或圆形或椭圆形或三角形或六边形。
作为本发明的进一步改进，上述前后位移丝杠14的后端套装有前后位移丝旋钮15,左右位移丝杠20的右端套装有左右位移旋钮21,竖直位移丝杠26顶端套装有竖直位移旋钮27。
作为本发明的进一步改进，如图3所示，上述电气控制装置包括电源变压器20，电源变压器20的二次绕组与整流滤波电路21的输入端相连，整流滤波电路21的输出端与BTL功率放大器22的输入端相连，BTL功率放大器22的一个输出端与所述前支撑杆1相连，BTL功率放大器22的另一个输出端与所述后支撑杆2相连，BTL功率放大器22输出电压为45V、频率为300kHz—700kHz的高频交流电；BTL功率放大器22安装在电气元件冷却水箱10的外壁上。
电气控制装置主要部分实际是AC-DC-AC功能变换器，主要由电源变压器20、整流滤波器21、BTL功率放大器22部件组成，其原理如图3所示。其中，电源变压器20是将AC 220V50Hz电源电压隔离降压后，形成两组AC 65V 50Hz交流电；整流滤波器21是将AC 65V交流电压通过整流及滤波后形成一组+65V直流电压和一组-65V直流电压；BTL功率放大器22为具有功率补偿和频率跟踪功能的正弦波信号，经BTL功率放大器22放大后形成AC 45V300kHz-700kHz高频交流电输出。
本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置在使用时，启动循环水泵7，水箱6中的水就会由水箱6的出水口通过管路流出，并经由循环水泵7进入过滤器8对水进行过滤，然后水会流过散热器9进行散热，再由散热器9流过电气元件冷却水箱10，由电气元件冷却水箱10出来后，再流过后支撑杆2、电磁激励环3和前支撑杆1内部的冷却水通道5，然后再回到水箱6中。因此，本发明涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置的激励线圈等部件可借助循环水的冷却而实现连续长时间工作，并且可令设备的使用寿命长，故障率低。此外，在使用的过程中，如果需要沿前后方向调整电磁激励环3的位置，可通过步进电机或手动驱动前后位移丝杠14转动，电磁激励环3即可沿前后方向运动。如果需要沿左右方向调整电磁激励环3的位置，可通过步进电机或手动驱动左右位移丝杠20转动，电磁激励环3即可沿左右方向运动。如果需要沿竖直方向调整电磁激励环3的位置，可通过步进电机或手动驱动竖直位移丝杠26转动，电磁激励环3即可沿竖直方向运动。如果需要调整电磁激励环3所在平面与水平面之间的角度，可通过激励线圈俯仰转动手柄31转动转轴29、激励线圈夹块底座30和激励线圈夹块32，电磁激励环3所在平面与水平面之间的角度就会发生变化。如果需要调整被测工件的三维空间位置，可通过三维运动平台23让被测工件做三维空间运动。通过上述对电磁激励环3、被测工件的位置的调整，可令电磁激励环3与被测工件之间的相对位置处于理想的状态，即使被测工件的结构、形状较为复杂，也可通过分别调整电磁激励环3和被测工件待测部位的三维空间位置，令二者之间相对距离保持在5mm—15mm之间，进而实现迅速、高效地检测出结构、形状较为复杂的工件表面或内部裂纹长度大于0.2mm的裂纹，并对裂纹的位置、形状予以清晰定位。因此，本发明的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置还具有可连续、快速检测结构较复杂的工件表面或内部缺陷，无损检测精度高，操作方便、灵活，工作效率高的特点。
Claims (6)
1.涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，包括激励线圈、激励线圈支座和电气控制装置，其特征在于：所述激励线圈包括采用导电材料制成的前支撑杆(1)和后支撑杆(2)，前支撑杆(1)和后支撑杆(2)沿左右方向并列设置，前支撑杆(1)和后支撑杆(2)的右侧设有导电材料制成的环形的电磁激励环(3)，电磁激励环(3)的环形的左端设有开口，前支撑杆(1)的右端与电磁激励环(3)开口处的前端侧壁相连为一体，后支撑杆(2)的右端与电磁激励环(3)开口处的后端侧壁相连为一体，电磁激励环(3)、前支撑杆(1)和后支撑杆(2)的外表面包覆有电绝缘层(4)，前支撑杆(1)的左端端面上设有前换水口，后支撑杆(2)的左端端面上设有后换水口，后换水口与前换水口通过位于后支撑杆(2)、电磁激励环(3)和前支撑杆(1)内部的冷却水通道(5)相通，后支撑杆(2)左端端面上的后换水口通过软管与水箱(6)壁上的进水口相通，水箱(6)的壁上设有出水口，水箱(6)的出水口通过管路与循环水泵(7)的进水口相通，循环水泵(7)的出水口通过管路与过滤器(8)的进水口相通，过滤器(8)的出水口通过管路与散热器(9)的进水口相通，散热器(9)附近设有冷却风扇，散热器(9)的出水口通过管路与电气元件冷却水箱(10)的进水口相通，电气元件冷却水箱(10)的出水口通过软管与所述前支撑杆(1)左端端面上的前换水口相通；
所述水箱(6)上设有用于测量水箱(6)内水温的温度传感器，温度传感器、冷却风扇和循环水泵(7)分别与电气控制装置相连；
所述激励线圈支座包括激励线圈底座(11)，激励线圈底座(11)右侧的顶部沿前后水平方向设有前后位移导轨(16)，前后位移导轨(16)上设有前后位移滑板(12)，前后位移滑板(12)的中部安装固定有前后位移丝杠螺母(13)，前后位移丝杠螺母(13)旋装在前后位移丝杠(14)上，前后位移丝杠(14)的轴线位于前后水平方向，前后位移丝杠(14)可转动地安装在激励线圈底座(11)上，前后位移丝杠(14)采用步进电机或手动驱动其转动；
所述前后位移滑板(12)的顶部沿左右水平方向设有左右位移导轨(17)，左右位移导轨(17)上设有左右位移滑板(18)，左右位移滑板(18)的中部安装固定有左右位移丝杠螺母(19)，左右位移丝杠螺母(19)旋装在左右位移丝杠(20)上，左右位移丝杠(20)的轴线位于前后水平方向，左右位移丝杠(20)可转动地安装在前后位移滑板(12)上，左右位移丝杠(20)采用步进电机或手动驱动其转动；
所述左右位移滑板(18)顶部的前部设有竖直导向支架(22)，竖直导向支架(22)上沿竖直方向设有竖直导向滑道，竖直导向滑道上设有竖直位移滑块(24)，竖直位移滑块(24)的中部安装固定有竖直位移丝杠螺母(25)，竖直位移丝杠螺母(25)旋装在竖直位移丝杠(26)上，竖直位移丝杠(26)的轴线位于竖直方向，竖直位移丝杠(26)的上部可转动地安装在竖直导向支架(22)的上部，竖直位移丝杠(26)采用步进电机或手动驱动其转动；
所述竖直位移滑块(24)的中部沿前后水平方向可转动地套装在转轴(29)的中部或后部，转轴(29)的后端与激励线圈夹块底座(30)安装相连，转轴(29)向前延伸穿过竖直导向支架(22)，转轴(29)的前端设有激励线圈俯仰转动手柄(31)，激励线圈夹块底座(30)上安装有激励线圈夹块(32)；
所述电磁激励环(3)的下方设有台面可做三维空间运动的三维运动平台(23)，三维运动平台(23)的周边附近设有热像仪(28)。
2.根据权利要求1所述的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，其特征在于：所述电磁激励环(3)为矩形或圆形或椭圆形或三角形或六边形。
3.根据权利要求2所述的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，其特征在于：所述前后位移丝杠(14)的后端套装有前后位移丝旋钮(15),左右位移丝杠(20)的右端套装有左右位移旋钮(21),竖直位移丝杠(26)顶端套装有竖直位移旋钮(27)。
4.根据权利要求1或2或3所述的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，其特征在于：所述电气控制装置包括电源变压器(20)，电源变压器(20)的二次绕组与整流滤波电路(21)的输入端相连，整流滤波电路(21)的输出端与BTL功率放大器(22)的输入端相连，BTL功率放大器(22)的一个输出端与所述前支撑杆(1)相连，BTL功率放大器(22)的另一个输出端与所述后支撑杆(2)相连，BTL功率放大器(22)输出电压为45V、频率为300kHz—700kHz的高频交流电。
5.根据权利要求4所述的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，其特征在于：所述BTL功率放大器(22)安装在电气元件冷却水箱(10)的外壁上。
6.根据权利要求5所述的涡流脉冲红外热成像无损检测激励装置，其特征在于：所述循环水泵(7)为变量泵。
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