CN106990115A - 一种双传感器焊缝无损检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双传感器焊缝无损检测系统，包括可对准同一焊缝的线结构光传感器和磁光传感器，测量时两者的相对位置保持固定；线结构光传感器和磁光传感器分别信号连接于控制器；磁场发生器对被测焊件进行励磁，控制器根据线结构光传感器的信号进行三维建模得到焊缝的形貌特征，可检测焊缝的外表是否存在缺陷；磁光传感器检测得到焊缝内部是否存在缺陷，由于线结构光传感器和磁光传感器两者的相对位置已经确定，三维建模后结合线结构光传感器检测的形貌特征得到内部缺陷所处位置。此检测方法不需要将焊件磨损，实现无损测量，并可得到内部与外部缺陷的具体情况。

Description

一种双传感器焊缝无损检测系统

技术领域

本发明涉及焊接检测技术领域，更进一步涉及一种双传感器焊缝无损检测系统。

背景技术

焊接是制造领域重要的加工技术，焊接过程受各种随机因素的影响，有时不可避免会出现裂纹、未焊透、未熔合、气孔、夹渣等焊接缺陷，因此必须准确有效检测出相应的缺陷。目前焊接缺陷的检测方法主要包括：磁粉检测法、渗透检测法、射线检测法、超声波检测法、涡流检测法等。

磁粉检测法在被测焊件上均匀布满磁粉，磁化后被测焊件的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，磁粉检测法用于近表面缺陷的检测，但被测焊件必须是顺磁性材料，在检测前必须先对其焊件进行表面处理，确保焊件表面光滑，避免因表面不平影响检测结果。

渗透检测法基于液体的毛细管作用，检测焊件表面开口缺陷，包括荧光和着色两种方法；荧光检测是将焊件浸入荧光液中，缺陷内壁因毛细作用吸满了荧光液，除去表面液体后，因光电效应，经紫外线照射后发出可见光显现缺陷；着色检测的原理和荧光检测相似，不需要专门的设备，用显像粉将吸附在缺陷内的着色液吸出焊件表面显现缺陷；该方法在检测焊件表面开口裂纹时灵敏度较高，对表面潮湿或存在涂层的焊件会极大影响检测效果，此方法对检测员的经验要求较高。

射线检测法利用射线(x射线、γ射线等)穿过被测焊件内部缺陷的一种方法，不同物体衰减程度不同，衰减的程度由物体的厚度、材料种类及射线的种类决定。该方法主要用于检测焊件内部的缺陷，工件的厚度不宜超过80mm，可根据材料的衰减系数作相应加厚或减薄。该方法成本高，检测设备大，产生的射线辐射对人体伤害极大，对微裂纹的检测灵敏度低。

超声波检测法利用超声波在焊件内传播时受到材料声学特征和内部组织变化的影响，通过超声波的影响程度及状况分析，探测材料性能及结构变化；此方法对操作人员的要求较高，区分不同种类的缺陷难度较大，检测时需要耦合剂。

涡流检测法基于电磁感应原理，变化的磁场在超导体中产生涡流，如果工件中存在缺陷、夹杂、电导率变化或结构变化会影响涡流的流动，使叠加磁场发生变化，根据磁场的变化可判断焊接的缺陷。但此方法只适合导电材料表面和近表面检测，难以判断缺陷的种类、形状和大小。

发明内容

本发明一种双传感器焊缝无损检测系统，可实现无损测量，通过两种测量方式的互补，准确确定缺陷的类型及位置，具体方案如下：

一种双传感器焊缝无损检测系统，包括可对准同一焊缝的线结构光传感器和磁光传感器，测量时两者的相对位置保持固定；所述线结构光传感器和所述磁光传感器分别信号连接于控制器，所述控制器根据所述线结构光传感器的信号进行三维建模得到焊缝的形貌特征；磁场发生器对被测焊件励磁，磁光传感器检测励磁的焊缝，所述控制器结合所述形貌特征得到所述磁光传感器检测的焊缝内部缺陷所处位置。

可选地，所述线结构光传感器距离被测焊件的间距为10～40mm，所述磁光传感器距离被测焊材的间距小于1mm。

可选地，所述线结构光传感器和所述磁光传感器固定设置于测量箱内壁上；所述测量箱的底部开设线结构光检测窗和磁光检测窗。

可选地，所述测量箱内部设置螺纹调节杆，通过螺纹调节所述线结构光传感器与被测焊件之间的距离。

可选地，所述测量箱的外侧设置用于手工推动的把手；所述测量箱的底部设置用于移动的滚轮。

可选地，所述测量箱上设置用于装配驱动部件的定位孔。

可选地，所述磁场发生器设置于所述测量箱的底部，所述磁场发生器对称设置于磁光检测窗侧方，用于产生恒定磁场。

本发明公开了一种双传感器焊缝无损检测系统，包括可对准同一焊缝的线结构光传感器和磁光传感器，测量时两者的相对位置保持固定，可共同对正被检测的焊缝；线结构光传感器和磁光传感器分别信号连接于控制器，将测量信号传递至处理进行运算处理；磁场发生器对被测焊件进行励磁，控制器根据线结构光传感器的信号进行三维建模得到焊缝的形貌特征，可检测焊缝的外表是否存在缺陷；磁光传感器检测得到焊缝内部是否存在缺陷，由于线结构光传感器和磁光传感器两者的相对位置已经确定，三维建模后结合线结构光传感器检测的形貌特征得到内部缺陷所处位置。

通过线结构光传感器得到焊缝的外部特征，判断外表是否存在缺陷；磁光传感器可检测焊缝内部是否存在缺陷，两传感器的位置已经确定，当检测到缺陷后结合焊缝的三维模型可得到内部缺陷的具体位置。此检测方法不需要将焊件磨损，实现无损测量，并可得到内部与外部缺陷的具体情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为双传感器焊缝无损检测系统一种具体实施方式的实体结构；

图2为双传感器焊缝无损检测系统一种具体实施方式底部方向的轴测图；

图3为法拉第磁光效应的原理图。

其中包括：

线结构光传感器1、磁光传感器2、测量箱3、线结构光检测窗31、磁光检测窗32、滚轮33、把手34、定位孔35、磁场发生器36。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种双传感器焊缝无损检测系统，可实现无损测量，通过两种测量方式的互补，准确确定缺陷的类型及位置。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本申请的双传感器焊缝无损检测系统进行详细的介绍说明。

本发明提供一种双传感器焊缝无损检测系统，其包括结构光传感器1和磁光传感器2，如图1所示，为双传感器焊缝无损检测系统一种具体实施方式的实体结构，图2为底部方向的轴测图。结构光传感器1和磁光传感器2可对准同一焊缝，同时对焊缝进行检测，测量时线结构光传感器1和磁光传感器2两者的相对位置保持固定；线结构光传感器1和磁光传感器2分别信号连接于控制器，控制器根据线结构光传感器1的信号进行三维建模得到焊缝的形貌特征，控制器根据三维建模获取焊缝的表面是否存在缺陷及缺陷的位置；磁场发生器对被测焊件励磁，磁光传感器2检测励磁的焊缝，因线结构光传感器1和磁光传感器2的位置已经确定，控制器结合形貌特征得到磁光传感器2检测的焊缝内部缺陷所处位置。

线结构光传感器1扫描被测焊件，获得焊缝的表面形态，如凹坑、咬边、飞溅、余高等数据，并传输给控制器。控制器控制磁场发生器的励磁强度，根据需要调节大小，使缺陷处获得最佳漏磁场。磁光传感器2可采集磁光信息，缺陷与工件交汇处会出现垂直于工件表面的漏磁场，磁光传感器2在磁场的作用下产生磁光效应，使磁光传感器2中的偏振光在通过磁光传感介质时产生不同的旋转角度，包含焊缝缺陷磁场信息的偏振光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。磁光传感器2可测量表面以下一定深度的图像，检测焊缝的内部质量。

本发明结合两种传感器的特点，利用线结构光传感器1得到焊缝外表的三维模型，检测表面的质量；利用磁光传感器2检测焊缝内部的质量，根据磁光传感器2和线结构光传感器1的相对位置关系，可得到内部缺陷所处的位置。检测过程无需破坏焊件，可实现无损测量。

本发明利用了法拉第磁光效应，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。磁光传感器在该磁场的作用下产生磁光效应，使磁光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3所示，为法拉第磁光效应的原理图，入射偏振光A经过磁至旋光介质D传播，由于外加磁场B的作用，出射偏振光C转过一定的角度。

为了使测量效果更佳，线结构光传感器1距离被测焊件的间距为10～40mm，包含两端点值，磁光传感器2距离被测焊材的间距应小于1mm，尽量靠近实测焊件。

优选地，还包括测量箱3，以提高整体的集成度，线结构光传感器1和磁光传感器2固定设置于测量箱3内壁上，线结构光传感器1设置于内腔的顶部，磁光传感器2设置于内腔的底部，以尽量贴近被测焊件；测量箱3的底部开设线结构光检测窗31和磁光检测窗32。线结构光检测窗31使线结构光传感器1可照射被测焊件，磁光检测窗32使磁光传感器2可照射被测焊件。

测量箱3内部设置螺纹调节杆，通过螺纹调节线结构光传感器1与被测焊件之间的距离。调节杆设置在测量箱3的顶部，可以实现连续调节，也可采用其他的调节方式，本申请在此不作限定。

测量时需要移动线结构光传感器1和磁光传感器2，使其测量整个焊缝，测量箱3的外侧设置用于手工推动的把手34，测量箱3的底部设置用于移动的滚轮33；通过滚轮33和把手34可以实现手持检测，推动测量箱3在被测焊件的表面移动，分段测量整个焊缝。

测量箱3上设置用于装配驱动部件的定位孔35，通过电脑控制实现自动检测。以上是两种推动的方式，把手34可方便操作人员握持，用于手动推动；定位孔35用于连接动力装置，动力装置插入定位孔35实现自动控制移动。定位孔35仅是一种固定形式，根据动力装置结构的不同，还可设置为其他的固定形式。

磁场发生器36设置在测量箱3的底部，磁场发生器36至少设置两块，对称设置于磁光检测窗32侧方，用于产生恒定均匀的磁场，对实测焊件进行励磁。磁场发生器36的作用在于励磁，还可设置在其他的位置，这些具体的变化都应包含在本申请的保护范围之内。

整个检测工作均由计算机控制器系统进行控制，首先计算机控制磁场发生器36产生恒定磁场，同时发出指令启动线结构光传感器1和磁光传感器2工作，同步协调线结构光传感器1和磁光传感器2采集焊缝数据和磁光图像，并将获得的信息输入到计算机控制器。然后由相应的三维重建算法和图像识别算法对焊缝进行处理，获取焊缝三维成型形态和焊接缺陷的类型和大小，并将缺陷的位置在三维重建的图像上表示出来，实现焊接缺陷的种类和位置相对应的检测。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。

对所公开的实施例的上述说明，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。

Claims (7)

1.一种双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，包括可对准同一焊缝的线结构光传感器(1)和磁光传感器(2)，测量时两者的相对位置保持固定；所述线结构光传感器(1)和所述磁光传感器(2)分别信号连接于控制器，所述控制器根据所述线结构光传感器(1)的信号进行三维建模得到焊缝的形貌特征；磁场发生器(36)对被测焊件励磁，磁光传感器(2)检测励磁的焊缝，所述控制器结合所述形貌特征得到所述磁光传感器(2)检测的焊缝内部缺陷所处位置。

2.根据权利要求1所述的双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，所述线结构光传感器(1)距离被测焊件的间距为10～40mm，所述磁光传感器(2)距离被测焊材的间距小于1mm。

3.根据权利要求2所述的双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，所述线结构光传感器(1)和所述磁光传感器(2)固定设置于测量箱(3)内壁上；所述测量箱(3)的底部开设线结构光检测窗(31)和磁光检测窗(32)。

4.根据权利要求3所述的双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，所述测量箱(3)内部设置螺纹调节杆，通过螺纹调节所述线结构光传感器(1)与被测焊件之间的距离。

5.根据权利要求4所述的双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，所述测量箱(3)的外侧设置用于手工推动的把手(34)；所述测量箱(3)的底部设置用于移动的滚轮(33)。

6.根据权利要求5所述的双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，所述测量箱(3)上设置用于装配驱动部件的定位孔(35)。

7.根据权利要求6所述的双传感器焊缝无损检测系统，其特征在于，所述磁场发生器(36)设置于所述测量箱(3)的底部，所述磁场发生器(36)对称设置于磁光检测窗(32)侧方，用于产生恒定磁场。