CN109884121A - 一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置及方法，所述装置包括计算机、热风枪、支撑架、风枪接头、红外热像仪、升降台、导轨、数字采集卡、热风驱动器和夹具，其中：计算机与红外热像仪相连；红外热像仪安装在升降台上；计算机的数据输出端与数字采集卡的输入端连接；数字采集卡的输出端与热风驱动器的数据输入端连接；热风驱动器的数据输出端与热风枪的数据输入端相连接；热风枪的输出端与风枪接头的输入端相连接；夹具用于装夹被检测试件；热风枪固定安装在支撑架上；支撑架安装在导轨上，位于被检测试件上方。本发明能够降低能源的损耗，显著提高红外热波特征图像的噪声影响，提高红外热波检测技术的测能力。

Description

一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置及 方法

技术领域

本发明涉及一种检测纤维金属层板缺陷的装置及方法，具体涉及一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置及方法。

背景技术

纤维金属层板（Fiber Metal Laminates，FMLs）是一种由高强度金属层和增强纤维复合材料层交替铺设，在一定温度和压力下固化而成的层间混杂复合材料。纤维金属层板具有隔热性好、耐冲击和优良的阻燃等性能，在航空航天、超音速飞行器、深潜装置、核动力领域被广泛的应用，如有“空中巨无霸”之称的A380，其机拱主要材料就是FMLs。

纤维金属层板的加工、修补、拼接技术相对成熟。纤维金属层板在制备前需要经历化学除杂和清洗，在制备过程中需要处于高温高压的环境中，在服役前需要进行机械加工等，使得纤维金属层板在制备的过程中存在纤维层断裂、金属层材质不均匀、纤维—金属脱粘等缺陷。这些缺陷和损伤将直接损害FMLs的使用性能和使用寿命，甚至对使用该材料的航空航天器、深潜器等装置的可靠运行安全难以保障，对试验人员的人身安全产生威胁，对试验结果产生难以估计的影响。因此，在FMLs生产制备及其构件服役过程中对其缺陷和损伤情况进行检测、分析与评价非常必要。

目前，对纤维金属层板的检测方法主要有超声无损检测、红外热波无损检测。超声无损检测要求被检查表面有一定的光洁度，并需有耦合剂充填满探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合，属于接触式检测，且对检测人员要求较高，需要一定经验的检验人员来进行操作和判断检测结果。红外热波无损检测是通过外界热源激励试件表面，内部缺陷会使试件表面温度场分布发生改变，通过红外热像仪和计算机将不可见光转换为数字图像直观显示，具有非接触式、操作简单、使用便捷等特点。现阶段红外热波无损检测主要激励装置为卤素灯、激光器等装置，纤维金属层板表面光洁度较高，对光能的热吸收效率较低，造成能源的浪费且在检验的过程中容易对操作人员视觉系统带来损伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置及方法。本发明将红外检测技术与调制热风技术相结合，降低能源的损耗，并同时利用热风激励作用代替光辐照状态下的热波对试件表面激励，显著提高红外热波特征图像的噪声影响，进而提高红外热波检测技术的测能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置，包括计算机、热风枪、支撑架、热风枪接头、红外热像仪、升降台、导轨、数字采集卡、热风驱动器和夹具，其中：

所述计算机与红外热像仪相连；

所述红外热像仪安装在升降台上；

所述计算机的数据输出端与数字采集卡的输入端连接；

所述数字采集卡的输出端与热风驱动器的数据输入端连接；

所述热风驱动器的数据输出端与热风枪的数据输入端相连接；

所述热风枪的输出端与热风枪接头的输入端相连接；

所述夹具用于装夹被检测试件；

所述热风枪固定安装在支撑架上；

所述支撑架安装在导轨上，位于被检测试件上方。

一种利用上述装置进行纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测的方法，包括如下步骤：

S1、将器材摆放在工作台上，连接线路；

S2、将夹具固定在工作台上，将被检测试件装夹在夹具上；

S3、打开计算机，调节升降台和红外热像仪镜头调焦，直至计算机显示出清晰的红外图像；

S4、调节导轨和支撑架，使热风枪接头输出的热风激励在被检测试件上；

S5、打开热风枪、数字采集卡、热风驱动器的电源；

S6、计算机调制信号输出至数字采集卡，数字采集卡将接收到的调频信号用于触发热风驱动器输出功率变化的热风，通过热风枪接头激励被检测试件，红外热像仪在计算机的触发下开始采集被检测试件的图像信息；

S7、红外热像仪将采集的图像信息实时输出至计算机，计算机对输出的数字图像进行信息读取，获得被检测试件内部缺陷的详尽形态，清晰获得缺陷的形状及其位置信息。

本发明中，所述热风枪由第一热风枪和第二热风枪构成，热风枪接头由第一热风枪接头和第二热风枪接头构成，热风驱动器由第一热风驱动器和第二热风驱动器构成，其中：

所述第一热风枪和第二热风枪固定安装在支撑架上；

所述数字采集卡的数据输出端分别与第一热风驱动器和第二热风驱动器的数据输入端相连接；

所述第一热风驱动器的数据输出端与第一热风枪的数据输入端相连接；

所述第一热风枪的输入端与第一热风枪接头的输入端相连；

所述第二热风驱动器的数据输出端与第二热风枪的数据输入端相连接；

所述第二热风枪的输入端与第二热风枪接头的输入端相连。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明采用热风对试件表面进行激励，提高试件对外界热能吸收率，有利于提高探测缺陷的深度范围。

2、本发明将红外检测技术与调制热风技术相结合，采用两个热风枪同时对构件进行激励，降低红外热图受外界光源噪声的影响，提高检测质量。

3、本发明通过微波热风直接激励构件表面，无需对构件进行表面清洗、表面除锈、表面着色等工艺，避免构件发生二次划伤、薄厚不均、表面色浅色差甚至污染等问题，对构件在检测过程的质量提供保障。

附图说明

图1为本发明纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测系统的结构示意图；

图2为支撑架的结构示意图；

图3为第一支座的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为模拟本发明纤维金属层板表面温度云图；

图6为图5中过各行缺陷中心截线上的表面温度分布曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式提供的纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置由计算机1、第一信号线2、数字采集卡3、第二信号线4、第三信号线5、第一热风驱动器6、第二热风驱动器7、第四信号线8、第五信号线9、第二热风枪10、第二热风枪接头11、第一热风枪12、第一热风枪接头13、支撑架14、导轨15、夹具16、升降台17、红外热像仪18、第六信号线19构成，其中：

所述夹具16用于装夹被检测试件；

所述第二热风枪10、第一热风枪12固定安装在支撑架14上；

所述支撑架14安装在导轨15上，位于被检测试件上方；

所述红外热像仪18安装在升降台17上；

所述计算机1的数据输出端通过第一信号线2与数字采集卡3的数据输入端相连接；

所述数字采集卡3的数据输出端通过第二信号线4和第三信号线5分别与第一热风驱动器6和第二热风驱动器7的数据输入端相连接；

所述第一热风驱动器6的数据输出端通过第四信号线8与第一热风枪12的数据输入端相连接；

所述第一热风枪12的输入端与第一热风枪接头13的输入端相连；

所述第二热风驱动器7的数据输出端通过第五信号线9与第二热风枪10的数据输入端相连接；

所述第二热风枪10的输入端与第二热风枪接头11的输入端相连；

所述计算机1通过第六信号线19与红外热像仪18相连。

本实施方式中，如图2-4所示，所述支撑架14包括第一固定销14-1、第一风枪固定端14-2、第二风枪固定端14-3、分度横梁14-4、第二固定销14-5、第二支座14-6、第一支座14-7，其中：

所述第一支座14-7和第二支座14-6之间设置有分度横梁14-4；

所述分度横梁14-4上设置有第一风枪固定端14-2、第二风枪固定端14-3；

所述分度横梁14-4通过第一固定销14-1和第二固定销14-5固定在第一支座14-7和第二支座14-6的上端。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种利用具体实施方式一所述装置进行纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测的方法，所述方法步骤如下：

第一步：按要求将具体实施方式一所述装置的各组件和元件通信连接完整并检查；

第二步：调节升降台17使红外热像仪18的镜头正对被检测试件的中心，升降台17距离被检测试件10~40cm，优选25cm；

第三步：调节导轨15的位置和支撑架14分度装置，使第二热风枪接头11、第一热风枪接头13对准被检测试件；

第四步：开启计算机1、数字采集卡3、第一热风驱动器6、第二热风驱动器7、支撑架14、导轨15、红外热像仪18电源，暂不开启第二热风枪10、第一热风枪12，红外热像仪18镜头调焦，直至计算机1显示出清晰的红外图像；

第五步：开启第二热风枪10、第一热风枪12电源，在计算机1中输入并确定调频信号，调频信号输出至数字采集卡3，数字采集卡3再次确定调制信号；

第七步：数字采集卡3输出调制信号至第二热风枪10、第一热风枪12，第二热风枪10、第一热风枪12输出功率变化热风，通过第二热风枪接头11、第一热风枪接头13激励被检测试件；

第八步：红外热像仪18开始实时采集被检测试件的图像信息；

第九步：红外热像仪18将采集的图像信息实时输出至计算机1，通过对应的软件可以对输出的数字图像信息读取，获得被检测试件内部缺陷的详尽形态，清晰获得缺陷的形状及其位置信息。

为了研究本发明对纤维金属层板缺陷检测的效果，在空气自然对流、室温、标准气压下设置参数：第一热风枪和第二热风枪输出功率均1500W、采集时间60s、持续加热60s，选取采集第40s时试件表面温度云图如图5所示，此时试件表面最高温度386K，此温度下对试件的使用性能不会产生负面影响。图6为过各行缺陷中心截线上的表面温度分布曲线，曲线波峰对应的平面位置为缺陷处。本发明直观清晰，容易判断缺陷平面位置及缺陷几何形态，受周围环境噪声及表面发射率等因素影响小，检测效果较好。

Claims (6)

1.一种纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置，其特征在于所述装置计算机、热风枪、支撑架、热风枪接头、红外热像仪、升降台、导轨、数字采集卡、热风驱动器和夹具，其中：

所述计算机与红外热像仪相连；

所述红外热像仪安装在升降台上；

所述计算机的数据输出端与数字采集卡的输入端连接；

所述数字采集卡的输出端与热风驱动器的数据输入端连接；

所述热风驱动器的数据输出端与热风枪的数据输入端相连接；

所述热风枪的输出端与热风枪接头的输入端相连接；

所述夹具用于装夹被检测试件；

所述热风枪固定安装在支撑架上；

所述支撑架安装在导轨上，位于被检测试件上方。

2.根据权利要求1所述的纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置，其特征在于所述热风枪由第一热风枪和第二热风枪构成，热风枪接头由第一热风枪接头和第二热风枪接头构成，热风驱动器由第一热风驱动器和第二热风驱动器构成，其中：

所述第一热风枪和第二热风枪固定安装在支撑架上；

所述数字采集卡的数据输出端分别与第一热风驱动器和第二热风驱动器的数据输入端相连接；

所述第一热风驱动器的数据输出端与第一热风枪的数据输入端相连接；

所述第一热风枪的输入端与第一热风枪接头的输入端相连；

所述第二热风驱动器的数据输出端与第二热风枪的数据输入端相连接；

所述第二热风枪的输入端与第二热风枪接头的输入端相连。

3.根据权利要求2所述的纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测装置，其特征在于所述支撑架包括第一固定销、第一风枪固定端、第二风枪固定端、分度横梁、第二固定销、第二支座、第一支座，其中：

所述第一支座和第二支座之间设置有分度横梁；

所述分度横梁上设置有第一风枪固定端和第二风枪固定端；

所述分度横梁通过第一固定销和第二固定销固定在第一支座和第二支座的上端。

4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述装置进行纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

S1、将器材摆放在工作台上，连接线路；

S2、将夹具固定在工作台上，将被检测试件装夹在夹具上；

S3、打开计算机，调节升降台和红外热像仪镜头调焦，直至计算机显示出清晰的红外图像；

S4、调节导轨和支撑架，使热风枪接头输出的热风激励在被检测试件上；

S5、打开热风枪、数字采集卡、热风驱动器的电源；

S6、计算机调制信号输出至数字采集卡，数字采集卡将接收到的调频信号用于触发热风驱动器输出功率变化的热风，通过热风枪接头激励被检测试件，红外热像仪在计算机的触发下开始采集被检测试件的图像信息；

S7、红外热像仪将采集的图像信息实时输出至计算机，计算机对输出的数字图像进行信息读取，获得被检测试件内部缺陷的详尽形态，清晰获得缺陷的形状及其位置信息。

5.根据权利要求4所述的纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测方法，其特征在于所述升降台距离被检测试件10~40cm。

6.根据权利要求5所述的纤维金属层板缺陷微波热风激励红外热波检测方法，其特征在于所述升降台距离被检测试件25cm。