CN107036973A - 一种焊缝纹理组织无损检测系统 - Google Patents

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周晓虎
马女杰
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Abstract

本发明公开了一种焊缝纹理组织无损检测系统，包括交变磁场发生器和磁光传感器，交变磁场发生器对被测焊件进行交变励磁，通过交变磁场发生器使被测焊件产生交变磁场；磁光传感器用于向被测焊件发射偏振光、能够接收其反射的偏振光并进行成像；磁光传感器生成的成像信号输送到处理器中分析处理。本发明应用于法拉第磁光效应，当一束偏振光通过具有磁旋光性质的磁光薄膜介质时，由于外加磁场的存在，光通过该介质后，光振动的振动面将转过特定的角度，处理器通过偏转的角度确定哪个部分出现问题。检测过程不需要损坏被测焊件，实现无损检测，交变磁场可以用于测量高磁导率与低磁导率的工件的纹理组织特征，适用的范围更广。

Description

一种焊缝纹理组织无损检测系统
技术领域
本发明涉及焊缝质量检测技术领域，更进一步涉及一种焊缝纹理组织无损检测系统。
背景技术
材料焊接后，焊缝的质量是整个焊接的关键，焊缝的纹理组织类型的不同以及分布的差异对焊接的质量影响极大。焊缝的检测尤为重要，目前针对焊缝纹理组织的检测方法主要包括：光学显微法或电子显微法、X射线法、超声波法等方法。光学方法需要对焊件进行切割，经打磨和腐蚀进行金相制样，然后再利用光学显微镜或电子显微镜观测样品的纹理组织的类型和分布，或者拍摄成像进行图像分析，对操作人员的要求较高且需要将工件切割取样，破坏了工件的完整性；X射线法利用材料内部不同原子产生的X射线干涉以及在某些方向上的强衍射实时成像，X射线具有较强的辐射，会对人体造成一定的伤害，而且检测速度较慢；超声波成像法利用超声波照射材料，材料内部纹理组织的类型及其分布的不同会影响超声波的传输特性，信号采集装置接收信号并分析得出焊缝纹理组织的差异性，超声波获取的图片清晰度较差，纹理组织特征不明显。
发明内容
本发明提供一种焊缝纹理组织无损检测系统，在不损伤被测焊件的情况下检测焊缝的质量，可适用于低磁导率的焊件，具体方案如下：
一种焊缝纹理组织无损检测系统，包括对被测焊件进行交变励磁的交变磁场发生器；用于向所述被测焊件发射偏振光、能够接收其反射偏振光成像的磁光传感器；所述磁光传感器的成像信号输送到处理器中分析处理。
可选地，所述交变磁场发生器的检测频率范围为20～75Hz，电压小于等于15V。
可选地，所述交变磁场发生器与所述被测焊件相互固定连接；所述交变磁场发生器与所述磁光传感器分别位于所述被测焊件的两侧。
可选地，所述交变磁场发生器设置于运动平台上，所述运动平台包括X轴滑轨与Y轴滑轨，所述X轴滑轨与所述Y轴滑轨上分别设置用于带动其平移的电机。
可选地，所述磁光传感器通过调节支架固定于工作平台上；所述磁光传感器与所述实测焊件之间的间距为1～2mm。
可选地，所述调节支架包括固定座、延伸杆和吊装杆；所述固定座底部固定在所述工作平台上，顶部固定连接所述延伸杆，所述延伸杆的末端连接吊装杆；所述固定座与所述延伸杆之间可拆卸连接，能够调节水平与竖直位置；所述延伸杆与所述吊装杆可拆卸连接，能够调节水平与竖直位置。
可选地，所述交变磁场发生器包括U型磁铁，所述U型磁铁上环绕通交流电的线圈。
本发明公开了一种焊缝纹理组织无损检测系统，包括交变磁场发生器和磁光传感器，交变磁场发生器对被测焊件进行交变励磁，通过交变磁场发生器使被测焊件产生交变磁场；磁光传感器用于向被测焊件发射偏振光、能够接收其反射的偏振光并进行成像；磁光传感器生成的成像信号输送到处理器中分析处理。
本发明应用于法拉第磁光效应，当一束偏振光通过具有磁旋光性质的磁光薄膜介质时，由于外加磁场的存在，光通过该介质后，光振动的振动面将转过特定的角度，处理器通过偏转的角度确定哪个部分出现问题。检测过程不需要损坏被测焊件，实现无损检测，交变磁场可以用于测量高磁导率与低磁导率的工件的纹理组织特征，适用的范围更广。
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为本发明焊缝纹理组织无损检测系统的一种具体结构图；
图2为法拉第磁光效应的原理图；
图3为本发明的成像原理图。
其中包括：
工作平台1、运动平台2、被测焊件3、磁光传感器4、交变磁场发生器5、调节支架6、固定座61、延伸杆62、吊装杆63。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种焊缝纹理组织无损检测系统，在不损伤被测焊件的情况下检测焊缝的质量，可适用于低磁导率的焊件。
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，对本申请的焊缝纹理组织无损检测系统进行详细的介绍说明。
如图1所示，为本发明焊缝纹理组织无损检测系统的一种具体结构图，其中包括交变磁场发生器5、磁光传感器4和处理器等结构，其中磁场发生器5用于对被测焊件3进行交变励磁，以使被测焊件3产生磁场，磁场发生器5产生交变磁场，交变磁场能够使低磁导率的材料励磁，例如铝合金等，因而用于测量高磁导率与低磁导率的工件的纹理组织特征，适用的范围更广。磁光传感器4用于向被测焊件3发射偏振光、并能够接收其反射偏振光，根据接收的反射偏振光成像；磁光传感器4接收偏振光反射信号并生成图像，将图像信号输送到处理器中分析处理，分析焊缝是否存在缺陷以及缺陷处的特征。
本发明利用了法拉第磁光效应，当一束入射偏振光在具有磁畴磁矩的物质内部传输或仅在物质表面发生反射时，光波的偏振光、相位等传输光的特性因磁场发生改变，这种特性称为磁光效应。在相应频率的交变磁场激励装置的磁化下，高磁导率及低磁导率材料内部产生感应磁场，由于焊缝组织纹理的不同以及其分布的差异导致焊缝区域感应磁场大小不一致，偏振光在磁光薄膜表面反射后光波的偏振角就不同，包含焊缝纹理组织信息的光信号被固体成像传感器接收并成像。如图2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。
如图3所示，为本发明的成像原理图，基于法拉第磁光效应，LED光源03发的出射光经过起偏器04转变为一束偏振光，偏振光经反射镜05反射并由聚光镜02汇聚，穿过磁光介质09，经磁光薄膜010反射面反射，依次经过聚光镜02、反射镜05、检偏器06；由于光束传播方向外加磁场存在，光的偏振面将发生偏转，偏转角被COMS相机07采集，将磁场变化的信息转换为光强变化的实时成像，由存储设备08采集。交流磁场由电磁铁01和交流线圈012产生，对焊件011进行励磁。
在上述方案的基础上，为了使检测效果达到最优，优选地交变磁场发生器5的检测频率范围为20～75Hz，包含两端点值；电压小于等于15V。
交变磁场发生器5与被测焊件3相互固定连接，被测焊件3设置于交变磁场发生器5上方，交变磁场发生器5与磁光传感器4分别位于被测焊件3的两侧。当然，交变磁场发生器5只要能够实现励磁的作用即可，具体的设置位置可根据需要进行相应的调整。
交变磁场发生器5设置于运动平台2上，运动平台2包括X轴滑轨与Y轴滑轨，通过两个滑轨驱动运动平台2带动磁场发生器5在平面内移动；X轴滑轨与Y轴滑轨相互垂直，X轴滑轨与Y轴滑轨分别用步进电机带动其平移，从而实现磁场发生器5在X、Y平面运动。磁光传感器4无法将整个焊缝覆盖，通过X轴滑轨与Y轴滑轨带动被测焊件沿焊缝的方向移动，使各处均能被磁光传感器4检测。
具体地，磁光传感器4通过调节支架6固定于工作平台1上；调节支架6使磁光传感器4与实测焊件3之间保持间距为1～2mm，包含两端点值，以使测量精度更加准确。
更进一步，调节支架6包括固定座61、延伸杆62和吊装杆63；固定座61底部固定在工作平台1上，呈竖直设置，固定座61的顶部固定连接延伸杆62，延伸杆62呈水平设置，其末端连接吊装杆63；吊装杆63保持竖直，底部连接磁光传感器4。固定座61与延伸杆62之间可拆卸连接，能够调节延伸杆62的水平与竖直位置；延伸杆62与吊装杆63可拆卸连接，能够调节吊装杆63的水平与竖直位置。固定座61、延伸杆62和吊装杆63三者分别沿轴向设置多级连接部，通过不同的插接位置实现调整，最终改变磁光传感器4所处的位置。
交变磁场发生器5包括U型磁铁，U型磁铁上环绕通交流电的线圈，U型磁铁的开口处靠近被测焊件。
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)

1.一种焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，包括对被测焊件(3)进行交变励磁的交变磁场发生器(5)；用于向所述被测焊件(3)发射偏振光、能够接收其反射偏振光成像的磁光传感器(4)；所述磁光传感器(4)的成像信号输送到处理器中分析处理。
2.根据权利要求1所述的焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，所述交变磁场发生器(5)的检测频率范围为20～75Hz，电压小于等于15V。
3.根据权利要求2所述的焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，所述交变磁场发生器(5)与所述被测焊件(3)相互固定连接；所述交变磁场发生器(5)与所述磁光传感器(4)分别位于所述被测焊件(3)的两侧。
4.根据权利要求3所述的焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，所述交变磁场发生器(5)设置于运动平台(2)上，所述运动平台(2)包括X轴滑轨与Y轴滑轨，所述X轴滑轨与所述Y轴滑轨上分别设置用于带动其平移的电机。
5.根据权利要求4所述的焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，所述磁光传感器(4)通过调节支架(6)固定于工作平台(1)上；所述磁光传感器(4)与所述实测焊件(3)之间的间距为1～2mm。
6.根据权利要求5所述的焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，所述调节支架(6)包括固定座(61)、延伸杆(62)和吊装杆(63)；所述固定座(61)底部固定在所述工作平台(1)上，顶部固定连接所述延伸杆(62)，所述延伸杆(62)的末端连接吊装杆(63)；所述固定座(61)与所述延伸杆(62)之间可拆卸连接，能够调节水平与竖直位置；所述延伸杆(62)与所述吊装杆(63)可拆卸连接，能够调节水平与竖直位置。
7.根据权利要求6所述的焊缝纹理组织无损检测系统，其特征在于，所述交变磁场发生器(5)包括U型磁铁，所述U型磁铁上环绕通交流电的线圈。
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