CN109580643B - 一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置，属于缺陷检测设备的技术领域，包括加热装置、多个热成像装置、多个温度检测装置、温控模块、微型计算机、数据交换系统、显示系统和电源系统，所述微型计算机分别与显示系统、电源系统、数据交换系统、温控模块和加热装置电连接，数据交换系统分别与各所述温度检测装置、各所述热成像装置电连接并进行数据传输；所述加热装置、各所述热成像装置和各所述温度检测装置均通过电源系统对其提供电源；所述加热装置为可调节功率和辐射范围的加热装置，以达到能够快速有效地对待检测材料的内部缺陷进行检测，准确标定其大小和位置，为材料的后期利用提供有效指导的目的。

Description

一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置

技术领域

本发明属于缺陷检测设备的技术领域，具体而言，涉及一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置。

背景技术

金属材料作为我国很多工业的主要原材料，其质量对其衍生的产品的质量影响至关重要。金属材料在生产过程、使用过程中由于受到原材料、轧制工艺、使用环境等诸多技术因素的影响，会产生如裂纹，夹杂等缺陷，使材料的质量降低。因此，及时有效的对金属材料进行缺陷检测就显得尤为重要。

对于材料缺陷检测主要运用的设备则是缺陷检测装置，现有漏磁检测装置、振型分析检测装置、红外热成像检测装置、工业CT检测装置和超声波检测装置等。上述装置都是基于给定激励分析响应函数来判定材料内部缺陷，采用该方式进行判定时，只能检测出缺陷类型、大小和位置的其中一种或两种，不能够将材料内部缺陷精准检测出来，同时，在检测过程中，需要耗费长时间等待检测结果，检测速度较慢。

发明内容

有鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供了一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置以达到能够快速有效地对待检测材料的内部缺陷进行检测，准确标定其大小和位置，为材料的后期利用提供有效指导的目的。

本发明所采用的技术方案为：一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置，包括加热装置、多个热成像装置、多个温度检测装置、温控模块、微型计算机、数据交换系统、显示系统和电源系统，所述微型计算机分别与显示系统、电源系统、数据交换系统、温控模块和加热装置电连接，数据交换系统分别与各所述温度检测装置、各所述热成像装置电连接并进行数据传输；所述加热装置、显示系统、各所述热成像装置和各所述温度检测装置均通过电源系统对其提供电源；所述加热装置为可调节功率和辐射范围的加热装置。

进一步地，所述加热装置包括加热器和热源控制器，所述加热器与热源控制器连接，热源控制器的电源端与所述电源系统连接，热源控制器的控制端与所述微型计算机电连接。

进一步地，所述微型计算机包括智能芯片和数据存储单元，所述数据存储单元内存储有样本数据和历史数据。

进一步地，所述智能芯片内置有基于深度学习的缺陷检测算法模块。

进一步地，所述热成像装置为红外热像仪，且红外热像仪用于采集材料表面的热成像数据。

进一步地，所述温度检测装置为非接触式红外测温仪，且非接触式红外测温仪用于采集材料表面的温度分布数据。

进一步地，所述显示系统设为触摸显示屏。

进一步地，还包括电路保护系统，所述电路保护系统用于过载保护；所述微型计算机、温度检测装置、加热装置和热成像装置均通过电路保护系统与电源系统电连接。

进一步地，所述电源系统包括高功率密度电池。

进一步地，各所述热成像装置和各所述温度检测装置呈相互交错的方式均匀分布在所述加热装置的周围。

本发明的有益效果为：

1.采用本发明所提供的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，将该装置靠近待检测材料，利用加热装置照射材料表面并进行加热，同时，热成像装置和温度检测装置启动并不断采集温度数据以判断是否到达了恒温，分别记录受热表面的热成像数据和温度分布数据，并存入数据库系统中，将获得数据输入至智能芯片中，智能芯片通过一系列的算法之后，将输出结果显示在显示系统上，该装置能够快速计算出检测结果，无需长时间等待且可通过显示系统直接显示，便于用户查看结果。

2.本发明中采用的加热装置中内置有热源控制器，热源控制器能够通过调节加热器的功率，并配合温控模块所反馈的控制信号，以保持待检测材料的表面温度处于恒温状态，为采集热成像数据和温度分布数据提供可靠的保障。

3.在本发明中热成像装置为红外热像仪，温度检测装置为非接触式红外测温仪，能够保证在对待检测材料进行检测时，该装置不会与待检测材料之间产生任何接触，以对检测结果的精准度提供可靠的保障。

4.在本发明所提供的便捷式材料微观结构缺陷检测装置中通过电路保护系统对微型计算机、温度检测装置、加热装置和热成像装置提供过载保护，以防止在电路负载过高时，对各个器件产生损坏；同时，在电源系统中采用高功率密度电池，能够对该装置提供持久的续航和待机能力。

附图说明

图1是本发明所提供的便捷式材料微观结构缺陷检测装置的系统结构框图；

图2是本发明所提供的便捷式材料微观结构缺陷检测装置中局部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1、图2所示，在本实施例中具体提供了一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置，包括机盒，还包括装于机盒内的加热装置、多个热成像装置、多个温度检测装置、温控模块、微型计算机、数据交换系统、显示系统和电源系统，所述微型计算机分别与显示系统、电源系统、数据交换系统、温控模块和加热装置电连接，数据交换系统分别与各所述温度检测装置、各所述热成像装置电连接并进行数据传输，数据交换系统用于对热成像装置或温度检测装置采集的数据进行预处理，并将其转化为数字信号传输至微型计算机中，微型计算机进行相应的分析和存储；所述温控模块与微型计算机之间建立双向数据传输，温控模块能够对温度信息进行分析处理；所述加热装置、显示系统、各所述热成像装置和各所述温度检测装置均通过电源系统对其提供电源；所述加热装置为可调节功率和辐射范围的加热装置；所述数据交换系统为数据交换器，热成像装置和温度检测装置的输出端与所述数据交换器的输入端连接，数据交换器的输出端与所述微型计算机连接。

优选的，为提升该缺陷检测装置在具体检测过程中的操作便捷性，在机盒的侧壁上连接装配有手柄，操作者可通过握持手柄将该缺陷检测装置靠近待检测材料的表面附近，以对待检测材料的表面进行加热。

所述加热装置包括加热器和热源控制器，所述加热器与热源控制器连接，热源控制器的电源端与所述电源系统连接，热源控制器的控制端与所述微型计算机电连接，通过热源控制器可对加热器的功率进行控制调整；所述加热器设为电阻丝灯或者红外加热灯。优选的，所述热源控制器采用型号为DTC1000C的温度控制模块，且通过RS485通讯接口与所述微型计算机之间建立连接。

优选的，在热源控制器的作用下，可对加热器的加热功率进行灵活的调节，以改善其对待检测材料的表面加热力度，为进一步提升对加热器的加热辐射范围进行调整，设计如下结构：

在所述机盒上设有加热窗口，该加热窗口内设有所述加热器，且加热窗口上设有呈锥形状的聚光筒；所述聚光筒的大端与所述加热窗口螺纹连接，其小端则可对准待加热材料的表面，并对材料的表面进行加热，同时，在实际操作过程中，可更换不同型号的聚光筒，以实现对辐射范围进行灵活的调整，加热装置具有更加广泛的实用性。

所述微型计算机包括智能芯片和数据存储单元，所述数据存储单元内存储有样本数据和历史数据。通过在微型计算机上搭载数据库系统，数据库系统将采集的样本数据和历史数据进行分类并存储至数据存储单元内，以供后期进行调取数据。优选的，所述智能芯片采用的型号为STM32系列单片机，并利用Python语言编程在该智能芯片上完成。

所述智能芯片内置有基于深度学习的缺陷检测算法模块，缺陷检测算法模块通过基于深度学习的缺陷检测算法对采集的热成像数据和温度分布数据进行分析计算，该缺陷检测算法主要包括以下内容：

(1)利用缺陷扰动置换法模拟出大量的样本数据；

(2)基于深度学习算法，对步骤(1)中输出的样本数据进行训练，以提升算法鲁棒性；

(3)对待检测材料表面施加热源，直至加热到稳态温度并提取其表面的温度分布数据和热量分布数据；

(4)将提取的温度分布数据和热量分布数据输入参数到步骤(2)训练后的深度学习算法中，以获取输出结果，输出结果中包括待检测材料的内部缺陷类型、大小和位置。

所述热成像装置为红外热像仪，且红外热像仪用于采集材料表面的热成像数据，该红外热像仪主要是应用红外成像技术进行热成像。热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与物体表面的热分布场相对应，通俗地讲热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。

所述温度检测装置为非接触式红外测温仪，且非接触式红外测温仪用于采集材料表面的温度分布数据，非接触式红外测温仪能够保证在对待检测材料进行检测时，该装置不会与待检测材料之间产生任何接触，以对检测结果的精准度提供可靠的保障。非接触式红外测温仪可以通过测量目标表面所辐射的红外能量来确定表面温度。

所述显示系统设为触摸显示屏，触摸显示屏为电容式触摸屏，触摸显示屏通过VGA接口和USB接口与所述微型计算机之间建立通信连接，以便用户可在触摸显示屏上进行触控操作，同时，也可直接观看检测结果。

还包括电路保护系统，所述电路保护系统用于过载保护，优选的，电路保护系统可采用电路过载保护器；所述微型计算机、温度检测装置、加热装置和热成像装置均通过电路过载保护器与电源系统电连接，能够对电路中的过电流进行有效保护，以防止该装置中各个器件产生损坏。

所述电源系统包括高功率密度电池和与其电连接的电源驱动模块，所述高功率密度电池属于高容量存储电池，能够满足整个装置的持久运行并提供足够的电量。

各所述热成像装置和各所述温度检测装置呈相互交错的方式均匀分布在所述加热装置的周围，在本实施例中，优选的，采用2个热成像装置和2个温度检测装置，且均相对于所述加热装置呈对称设置，相邻两热成像装置和温度检测装置之间的夹角为90°。

优选的，所述微型计算机通信连接有打印机(两者之间可通过有线或者无线连通的方式进行建立数据连接)，能够将所检测的结果信息通过打印机直接打印出来，通过按照预定格式打印出检测报告，以便用户快速进行查阅检测结果。或者微型计算机能够与办公电脑通信连接以直接出具电子版的检测报告。

本实施例所提供的便捷式材料微观结构缺陷检测装置的具体工作原理如下：

将该装置靠近待检测材料，将加热装置的功率和辐射范围调整至最佳状态，并使其照射在待检测材料的表面上；通过加热装置对待检测材料的表面提供平稳热源，在此过程中，通过温度检测装置实时检测待检测材料的表面温度，直至检测到一段时间内待检测材料的表面温度不再增加时，则停止加热并调整加热装置的功率，以保证待检测材料的表面温度处于恒温；(温度检测装置将温度信息反馈至微型计算机，微型计算机将温度信息传输至温控模块，温控模块能够对温度信息作出分析判断后，发出控制信号至微型计算机，微型计算机对控制信号识别后，发出控制指令至热源控制器，热源控制器通过控制指令调整加热器的功率大小，从而，保持待检测材料的表面温度处于恒温状态。)

通过微型计算机发出指令，将热成像装置和温度检测装置启动，分别记录受热表面的热成像数据和温度分布数据通过数据交换系统传输至微型计算机，微型计算机将上述数据存入至数据库系统，并根据采集的数据顺序，将温度数据对应记录为样本数据和历史数据，以供后续步骤对数据的使用需求；

智能芯片发出数据请求至微型计算机，微型计算机调用数据库系统中的数据，并将数据作为输入传输至智能芯片中，通过智能芯片中的缺陷检测算法进行计算分析，最终输出结果并显示在触摸显示屏上。

采用本发明所提供的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，将该装置靠近待检测材料，利用加热装置照射材料表面并进行加热，同时，热成像装置和温度检测装置启动并不断采集温度数据以判断是否到达了恒温，分别记录受热表面的热成像数据和温度分布数据，并存入数据库系统中，将获得数据输入至智能芯片中，智能芯片通过一系列的算法之后，将输出结果显示在显示系统上，该装置能够快速计算出检测结果，无需长时间等待且可通过显示系统直接显示，同时，也可通过打印机以预定格式将检测报告打印出来，便于用户查看检测结果。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，包括加热装置、多个热成像装置、多个温度检测装置、温控模块、微型计算机、数据交换系统、显示系统和电源系统，所述微型计算机分别与显示系统、电源系统、数据交换系统、温控模块和加热装置电连接，数据交换系统分别与各所述温度检测装置、各所述热成像装置电连接并进行数据传输；所述加热装置、显示系统、各所述热成像装置和各所述温度检测装置均通过电源系统对其提供电源；所述加热装置为可调节功率和辐射范围的加热装置，所述微型计算机包括智能芯片和数据存储单元，所述数据存储单元内存储有样本数据和历史数据，所述智能芯片内置有基于深度学习的缺陷检测算法模块；所述加热装置包括加热器和热源控制器，所述加热器与热源控制器连接，热源控制器的电源端与所述电源系统连接，热源控制器的控制端与所述微型计算机电连接。

2.根据权利要求1所述的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，所述热成像装置为红外热像仪，且红外热像仪用于采集材料表面的热成像数据。

3.根据权利要求1所述的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，所述温度检测装置为非接触式红外测温仪，且非接触式红外测温仪用于采集材料表面的温度分布数据。

4.根据权利要求1所述的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，所述显示系统设为触摸显示屏。

5.根据权利要求1所述的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，还包括电路保护系统，所述电路保护系统用于过载保护；所述微型计算机、温度检测装置、加热装置和热成像装置均通过电路保护系统与电源系统电连接。

6.根据权利要求1所述的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，所述电源系统包括高功率密度电池。

7.根据权利要求1所述的便捷式材料微观结构缺陷检测装置，其特征在于，各所述热成像装置和各所述温度检测装置呈相互交错的方式均匀分布在所述加热装置的周围。

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