CN107831192A - 一种缺陷的无损检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺陷的无损检测系统，通过脉冲发生器输出的脉冲波为套设在铁芯上的检测线圈供电，铁芯周围会产生与脉冲波频率大小对应的交变磁场，处于铁芯下方的试件表面和近表面也会因涡流而产生热量。由于试件缺陷处与无缺陷处对热量的传导能力不同，所以，热量在试件缺陷处和无缺陷处的分布也不同，利用计算机对热成像摄像机采集的热分布图像进行分析可以得到试件的缺陷情况。而且，热量分布情况与缺陷轮廓之间的联系较为直观。因此，应用本发明提供的无损检测系统能够得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而能够进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性。此外，本发明还公开了一种缺陷的无损检测方法，效果如上。

Description

一种缺陷的无损检测系统及方法

技术领域

本发明涉及无损检测领域，特别涉及一种缺陷的无损检测系统及方法。

背景技术

无损检测技术是在不损伤被检测对象的条件下，利用材料内部结构异常或缺陷存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，来探测各种工程材料、零部件、结构体等内部和表面的缺陷，并可以针对缺陷类型、尺寸、分布等变化做出定性和定量的评估和判断。

涡流检测是目前较为常用的一种非接触式的电磁无损检测技术，基于电磁感应现象。应用现有的涡流检测系统，如果试件表面或近表面存在缺陷，则当试件相对于与交流电源连接的检测线圈所产生的交变磁场运动时，试件表面和近表面的涡流的流动就会受到影响，与涡流相对应的叠加磁场也会随之变化，可以通过检测叠加磁场判断出试件表面或近表面是否存在缺陷。可是，由于涡流的变化与诸多因素密切相关，与之对应的叠加磁场变化也较为复杂，应用现有的涡流检测系统虽然能够判断出是否存在缺陷，但是却很难得到清晰的缺陷轮廓，导致检测结果不够直观，难以判断缺陷种类及大小。

因此，如何得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种缺陷的无损检测系统及方法，能够得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而能够进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种缺陷的无损检测系统，包括用于产生交变磁场的检测线圈和铁芯、用于为所述检测线圈提供脉冲波的脉冲发生器、用于采集试件的热分布图像的热成像摄像机和用于分析所述热分布图像的计算机；

所述检测线圈套设于所述铁芯，且与所述脉冲发生器连接；所述热成像摄像机与所述计算机连接。

优选地，所述无损检测系统还包括用于感应磁场信息的磁光传感器，所述磁光传感器与所述计算机连接，当对所述试件进行缺陷检测时，所述试件放置于所述磁光传感器；

则对应的，所述计算机具体为用于分析所述热分布图像和所述磁场信息的计算机。

优选地，所述磁光传感器的光源具体为激光光源。

优选地，所述激光光源的激光功率小于或等于500瓦。

优选地，所述无损检测系统还包括用于为所述试件供电的直流电源，当对所述试件进行测试时，所述直流电源与所述试件连接。

为了解决上述技术问题，本发明还提供的一种缺陷的无损检测方法，基于上述任一种无损检测系统，该无损检测方法包括：

利用脉冲波为套设于铁芯的检测线圈供电以产生交变磁场，并移动试件以使所述试件与所述交变磁场发生相对运动；

获取所述试件的热分布图像，并对所述热分布图像进行分析；

依据分析结果确定所述试件的缺陷情况。

优选地，所述无损检测方法还包括：

利用磁光传感器感应磁场信息，并对所述磁场信息进行分析；

则对应的，所述依据分析结果确定所述试件的缺陷情况具体为：依据对所述热分布图像进行分析的分析结果和对所述磁场信息进行分析的分析结果确定所述缺陷情况。

优选地，所述磁光传感器的光源具体为激光光源。

优选地，所述脉冲波具体为方波。

优选地，所述无损检测方法还包括为所述试件接通直流电。

相对于现有技术而言，本发明提供的缺陷的无损检测系统，通过脉冲发生器输出的脉冲波为套设在铁芯上的检测线圈供电，铁芯周围会产生与脉冲波频率大小对应的交变磁场，基于涡流效应，处于铁芯下方的试件表面和近表面也会因涡流而产生热量。由于试件缺陷处与无缺陷处对热量的传导能力不同，所以，热量在试件缺陷处和无缺陷处的分布也不同。因此，通过热成像摄像机采集试件的热分布图像，并利用计算机对热分布图像进行分析可以得到试件的缺陷情况。而且，相比于叠加磁场与缺陷轮廓之间的联系而言，显然，热量分布情况与缺陷轮廓之间的联系较为直观，尤其是，当其它条件一定，试件表面和近表面产生的热量随脉冲波频率增大而变多时，根据热量分布情况能够确定出更清晰的缺陷轮廓。因此，应用本发明提供的无损检测系统能够得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而能够进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性。此外，本发明还提供了一种缺陷的无损检测方法，效果如上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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附图。

图1为本发明实施例提供的一种缺陷的无损检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种缺陷的无损检测系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种缺陷的无损检测系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种缺陷的无损检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的目的是提供一种缺陷的无损检测系统及方法，能够得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而能够进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例提供的一种缺陷的无损检测系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的无损检测系统包括用于产生交变磁场的检测线圈10和铁芯11、用于为检测线圈10提供脉冲波的脉冲发生器12、用于采集试件13的热分布图像的热成像摄像机14和用于分析热分布图像的计算机15。

检测线圈10套设于铁芯11，且与脉冲发生器12连接；热成像摄像机14与计算机15连接。

需要说明的是，试件13为导体。

检测线圈10与脉冲发生器12连接，当脉冲发生器12输出脉冲波时，检测线圈10接入脉冲波，相当于接入了交变电流，此时，铁芯11在自身圆周方向上可以等效成闭合电路，且闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以，铁芯11的圆周方向上会产生感应电动势和感应电流，形成交变磁场，当试件13在交变磁场中运动时，试件13内产生感应电流，并在试件13内闭合，即产生涡流，由集肤效应和试件13具有一定阻值，试件13的表面和近表面会因涡流而产生热量，且试件13的电阻率越小，产生的涡流越强，以涡流而产生的热量就越大。而且，铁芯11的外周长越长、交变磁场的频率越高，涡流就越强，试件13的表面和近表面会因涡流而产生热量就越大。试件13的缺陷处和无缺陷处对热量的传导能力不同，因此，在试件13的表面或近表面上分布的热量也不相同，计算机15可以根据热成像摄像机14采集到的试件13的热分布图像得到试件13的缺陷轮廓，从而得到较为直观的检测结果，有便于对缺陷种类及大小等的分析。

在具体应用中，为了保证热成像摄像机14能够采集到试件13的最佳热量分布图像，应调节脉冲发生器12输出频率较大的脉冲波，以产生足够强的交变磁场，使当试件13相对交变电场运动时，试件13表面和近表面因涡流能够产生足够多的热量。当然，脉冲波的频率具体为多少，本发明不做限定，还应根据具体的试件13的电阻率、铁芯11的尺寸等因素而定，不宜太大或过小，如果过大，则可能引起试件13振动或使试件13产生过多的热量，损坏周边设备。另外，为了能够使检测线圈10在相同频率的脉冲波激励下，能够获得更大的激励，优选地，脉冲波具体为方波，并且，为了保证热成像摄像机14能够采集到试件13的最佳热量分布图像，脉冲波可以选择频率大于或等于30赫兹的方波。

当对试件13进行缺陷检测时，应将试件13设置于铁芯11的下方，且与铁芯11保持一定的距离以防止在检测线圈10在通电励磁时，铁芯11吸附在试件13上损坏无损检测系统或工作的情况发生。而且，可以理解的是，为了达到更好的检测效果，试件13的待检测处应处于铁芯11的正下方。热成像摄像机14应设置在试件13上方一定高度和角度的地方，要保证热成像摄像机14采集到热分布图像中尽可能的包含有全面的试件13的热量分布信息，避免热成像摄像机14与试件13的距离太近，采集到热分布图像中缺少试件13的热量分布信息，和热成像摄像机14与试件13的距离太远，在采集过程中由于热量散失而导致采集到热分布图像中的试件13的热量分布信息不足以让计算机15分析出试件13的缺陷情况的问题出现。

综上所述，本发明实施例提供的缺陷的无损检测系统，通过脉冲发生器输出的脉冲波为套设在铁芯上的检测线圈供电，铁芯周围会产生与脉冲波频率大小对应的交变磁场，基于涡流效应，处于铁芯下方的试件表面和近表面也会因涡流而产生热量。由于试件缺陷处与无缺陷处对热量的传导能力不同，所以，热量在试件缺陷处和无缺陷处的分布也不同。因此，通过热成像摄像机采集试件的热分布图像，并利用计算机对热分布图像进行分析可以得到试件的缺陷情况。而且，相比于叠加磁场与缺陷轮廓之间的联系而言，显然，热量分布情况与缺陷轮廓之间的联系较为直观，尤其是，当其它条件一定，试件表面和近表面产生的热量随脉冲波频率增大而变多时，根据热量分布情况能够确定出更清晰的缺陷轮廓。因此，应用本发明提供的无损检测系统能够得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而能够进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性。

图2为本发明实施例提供的另一种缺陷的无损检测系统的结构示意图。为了使本发明提供的无损检测系统的检测结果更为准确，如图2所示，在上述实施例的基础上，作为一种优选地实施方式，本发明第二个实施例提供的另一种无损检测系统，还包括用于感应磁场信息的磁光传感器20，磁光传感器20与计算机15连接，当对试件13进行缺陷检测时，试件13放置于磁光传感器20。

则对应的，计算机15具体为用于分析热分布图像和磁场信息的计算机。

需要说明的是，磁光传感器20的设置位置以不遮挡热成像摄像机15采集试件13的热分布图像为准。为了获得更好的检测效果，优选地，将磁光传感器20的检测窗口朝上放置，将试件13放置于磁光传感器20，且保证试件13的待测处正好与检测窗口对应。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面以包括光源、起偏器、反射镜、聚光镜、磁光介质、反射面、检偏器和CMOS传感器的磁光传感器20为例进行详细说明。

在本例中，磁光传感器20与计算机15连接是指CMOS传感器与计算机15连接，以将获取到的磁光图像传输至计算机15。

在具体应用中，在检测线圈10通电后，磁介质处于铁芯11周围的电磁场中，如果试件13的表面或亚表面存在缺陷，在试件13的缺陷处的磁力线分布会发生畸变，引起缺陷处磁导率的变化，出现漏磁现象，当光源发出的光经起偏器后变成线偏振光，线偏正光经过反射镜面反射进聚光镜，经聚光镜折射到磁光介质上时，线偏正光在通过磁光介质的过程中会产生一个与缺陷对应的旋转角，因此，振动面旋转了一个旋转角的线偏正光携带了试件13的缺陷信息，当其通过磁光介质投射到反射面后被反射，再次经过磁光介质进入聚光镜，经聚光镜折射到反射镜面后反射进检偏器，由检偏器射出后被CMOS传感器接收，CMOS传感器将接收到的含有试件13的缺陷信息的磁光图像传输至计算机15，计算机15做进一步的分析，最终再结合热分布图像的分析结果，确定试件13的缺陷情况。可见，本实施例提供的无损检测系统，不仅仅依靠热分布图像确定试件13的缺陷情况，还可以结合含有试件13的缺陷信息的磁光图像确定试件13的缺陷情况，并且利用热分布图像能够获得更准确的缺陷位置及大小等信息，利用磁光图像能够获得更准确的缺陷类型和形状等信息，所以，结合热分布图像和磁光图像确定试件13的缺陷情况进一步提高无损检测系统的检测结果的准确性。

为了进一步提升无损检测系统的检测结果的准确性和能够同时实现对试件13的表面缺陷、亚表面缺陷及深度缺陷的无损检测，在第二个实施例的基础上，作为一种优选地实施方式，在本发明第三个实施例提供的无损检测系统中，磁光传感器20的光源具体为激光光源。采用激光光源作为磁光传感器20的光源，能够增大对磁光传感器20的激励，磁光传感器20的光源的灵敏度和分辨率均会随着激励的增大而提高，最终得到更好的磁光成像效果。而且，激光光源产生的热量较多，可以将部分热量沿试件13的一面经试件13的内部传导至试件13的另一面，进而不仅使热成像摄像机15采集到热分布图像中的缺陷轮廓更加清晰，检测结果的直观性得到进一步提升，而且，还使得热成像摄像机15采集到热分布图像中还携带有试件13内部的缺陷信息，可以实现对试件13的深度缺陷的检测。

为了防止激光光源发出的激光功率太大而损坏周围设备，作为一种优选地实施方式，激光光源的激光功率小于或等于500瓦。而且，可以理解的是，激光光源的激光功率小于或等于500瓦仅为一种优选地实施方式，而并非唯一的实施方式，在实际应用中，可以依据实际情况而定，本发明不做限定。

为了进一步提高无损检测系统的检测灵敏度以提升检测结果的准确性，在上述第二个或第三个实施例的基础上，作为一种优选地实施方式，本发明第四个实施例提供的无损检测系统还包括用于为试件13供电的直流电源，当对试件13进行测试时，直流电源与试件13连接。如果试件13存在缺陷，则通过为试件13提供直流电，可以进一步增强缺陷处的磁力线畸变，使得缺陷处的磁导率变化更为剧烈，增大集肤效应，缺陷处的漏磁现象更加明显，计算机15最终获取到的磁光图像更加清晰，从而提高了无损检测系统的检测灵敏度，可以使检测结果更加准确。

可以理解的是，上文所述的缺陷情况可以包括缺陷的位置、大小、形状和缺陷类型等具体信息，本发明不做限定。另外，需要说明的是，本发明提供的无损检测系统优选应用于对焊件的焊接缺陷的检测。

为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图，以应用无损检测系统对焊件30的缺陷情况进行检测为例进行详细说明。

图3为本发明实施例提供的另一种缺陷的无损检测系统的结构示意图。如图3所示，本例中的无损检测系统具体包括检测机台、交流电源(在图3中未画出)、检测线圈10、铁芯11、脉冲发生器12、红外摄像仪31、计算机15和光源具体为激光光源的磁光传感器20。检测机台、脉冲发生器12、红外摄像仪31、计算机15和磁光传感器20均与交流电源连接；脉冲发生器12与检测线圈10连接；红外摄像仪31和磁光传感器20均与计算机15连接。检测机台包括XY轴运动平台32、运动平台控制器33。运动平台控制器33与XY轴运动平台32连接，用于控制XY轴运动平台32的运动。

在进行对焊件30进行检测之前，通过运动平台控制器33控制XY轴运动平台32运动调控检测对象和被检测对象的相对位置，磁光传感器20放置于XY轴运动平台32，焊件30放置于磁光传感器20，且焊件30的待检测位置正对于磁光传感器20的检测窗口，铁芯11放置于焊件30的正上方，并与焊件30保持一定的安全距离。当开始对焊件30进行检测时，给各装置上电，并利用脉冲发生器12为套设在铁芯11上的检测线圈10提供频率大于30赫兹的方波，由涡流效应、集肤效应和激光光源发出的激光照射在焊件30上，焊件30产生热量，同时，红外摄像仪31实时采集焊件30的热分布图像并传输至计算机15，磁光传感器30将形成的磁光图像传输至计算机15，计算机15应用图像处理技术、信号处理技术、阈值去燥算法及热量分析等技术建立的缺陷识别模型对接收到的热分布图像和磁光图像进行处理分析，并最终确定焊件30是否存在缺陷，且如果存在缺陷，同时确定出缺陷的种类、大小和位置信息。

上文对于本发明提供的一种缺陷的无损检测系统的实施例进行了详细的描述，本发明还提供了一种与该无损检测系统对应的无损检测方法，由于系统部分的实施例与方法部分的实施例相互照应，可以相互参见，对于方法部分的实施例与系统部分的实施例相同的内容，下文不再赘述。

图4为本发明实施例提供的一种缺陷的无损检测方法的流程图。如图4所示，本实施例提供的无损检测方法上述任一种无损检测系统，该无损检测方法包括：

S40：利用脉冲波为套设于铁芯的检测线圈供电以产生交变磁场，并移动试件以使试件与交变磁场发生相对运动；

S41：获取试件的热分布图像，并对热分布图像进行分析；

S42：依据分析结果确定试件的缺陷情况。

其中，热分布图像的分析过程可以是利用预先在计算机中搭建好的缺陷识别模型进行分析；确定出的试件的缺陷情况可以包括缺陷的大小、位置、形状及类型等。

本发明实施例提供的缺陷的无损检测方法，通过脉冲发生器输出的脉冲波为套设在铁芯上的检测线圈供电，铁芯周围会产生与脉冲波频率大小对应的交变磁场，基于涡流效应，处于铁芯下方的试件表面和近表面也会因涡流而产生热量。由于试件缺陷处与无缺陷处对热量的传导能力不同，所以，热量在试件缺陷处和无缺陷处的分布也不同。因此，通过采集试件的热分布图像，并对热分布图像进行分析可以得到试件的缺陷情况。而且，相比于叠加磁场与缺陷轮廓之间的联系而言，显然，热量分布情况与缺陷轮廓之间的联系较为直观，尤其是，当其它条件一定，试件表面和近表面产生的热量随脉冲波频率增大而变多时，根据热量分布情况能够确定出更清晰的缺陷轮廓。因此，应用本发明提供的无损检测方法能够得到更为清晰的缺陷轮廓以使检测结果更为直观，从而能够进一步提升判断缺陷种类及大小的便捷性和准确性。

在上述无损检测方法实施例的基础上，作为一种优选地实施方式，无损检测方法还包括：

利用磁光传感器感应磁场信息，并对磁场信息进行分析；

则对应的，依据分析结果确定试件的缺陷情况具体为：依据对热分布图像进行分析的分析结果和对磁场信息进行分析的分析结果确定缺陷情况。

作为一种优选地实施方式，磁光传感器的光源具体为激光光源。

作为一种优选地实施方式，脉冲波具体为方波。

作为一种优选地实施方式，无损检测方法还包括为试件接通直流电。

以上对本发明所提供的一种缺陷的无损检测系统及方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列的要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种缺陷的无损检测系统，其特征在于，包括用于产生交变磁场的检测线圈和铁芯、用于为所述检测线圈提供脉冲波的脉冲发生器、用于采集试件的热分布图像的热成像摄像机和用于分析所述热分布图像的计算机；

所述检测线圈套设于所述铁芯，且与所述脉冲发生器连接；所述热成像摄像机与所述计算机连接。

2.根据权利要求1所述的无损检测系统，其特征在于，还包括用于感应磁场信息的磁光传感器，所述磁光传感器与所述计算机连接，当对所述试件进行缺陷检测时，所述试件放置于所述磁光传感器；

则对应的，所述计算机具体为用于分析所述热分布图像和所述磁场信息的计算机。

3.根据权利要求2所述的无损检测系统，其特征在于，所述磁光传感器的光源具体为激光光源。

4.根据权利要求3所述的无损检测系统，其特征在于，所述激光光源的激光功率小于或等于500瓦。

5.根据权利要求2-4任一项所述的无损检测系统，其特征在于，还包括用于为所述试件供电的直流电源，当对所述试件进行测试时，所述直流电源与所述试件连接。

6.一种缺陷的无损检测方法，基于权利要求1-5任一项所述的无损检测系统，其特征在于，包括：

利用脉冲波为套设于铁芯的检测线圈供电以产生交变磁场，并移动试件以使所述试件与所述交变磁场发生相对运动；

获取所述试件的热分布图像，并对所述热分布图像进行分析；

依据分析结果确定所述试件的缺陷情况。

7.根据权利要求6所述的无损检测方法，其特征在于，还包括：

利用磁光传感器感应磁场信息，并对所述磁场信息进行分析；

则对应的，所述依据分析结果确定所述试件的缺陷情况具体为：依据对所述热分布图像进行分析的分析结果和对所述磁场信息进行分析的分析结果确定所述缺陷情况。

8.根据权利要求7所述的无损检测方法，其特征在于，所述磁光传感器的光源具体为激光光源。

9.根据权利要求6所述的无损检测方法，其特征在于，所述脉冲波具体为方波。

10.根据权利要求6-9任一项所述的无损检测方法，其特征在于，还包括为所述试件接通直流电。