CN111089896B - 磁激各向同性缺陷轮廓成像装置及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁激各向同性缺陷轮廓成像装置及成像方法，其中，该装置包括：永磁体置于待检测构件上方，磁传感器阵列置于待检测构件与永磁体之间，用于拾取磁场信号；永磁体和磁传感器阵列升降控制模块用于控制永磁体和磁传感器阵列进行升降，调整永磁体和磁传感器阵列与待检测构件的距离；扫查驱动模块用于控制缺陷轮廓成像装置在待检测构件表面移动；数据采集模块用于采集磁传感器阵列拾取的磁场信号；数据分析及成像模块与数据采集模块通信连接用于对数据采集模块采集的磁场信号进行分析，并对待检测构件的缺陷轮廓进行成像。该装置可对金属构件表面缺陷进行全方向检测，通过检测磁场法向分量可直接对缺陷开口轮廓真实等比成像。

Description

磁激各向同性缺陷轮廓成像装置及成像方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种磁激各向同性缺陷轮廓成像装置及成像方法。

背景技术

无损检测技术是在不破坏被检测物体的情况下，利用声、光、电、磁等与检测构件的相互作用，发现构建表面及内部缺陷的检测方法。针对铁磁性材料的检测方法主要有磁粉检测法、渗透检测法、漏磁检测、涡流检测和超声检测等。磁粉检测需要先将构件磁化，利用缺陷处的剩磁对细小磁粉颗粒的吸引，反映出缺陷的轮廓；渗透检测将渗透剂深入构件表面，观察回渗，从而对缺陷轮廓进行检测；磁粉检测和渗透检测都需要对构建表面进行清洁，检测后需要对构件进行清洗，不能反映缺陷深度信息，不利于缺陷评估。漏磁检测由于需要将被检测构件磁化到饱和或近饱和状态，需要磁块和磁轭构成的回路，体积大，比较笨重，并且其只对与磁化方向垂直的缺陷敏感，要想检测全向缺陷，需要增加额外的磁化装置，另外，被测铁磁性材料表面磁场的不均匀性，也会导致缺陷的轮廓被压缩畸变，导致缺陷开口评估误差较大；涡流检测需要信号激励装置，获取的信号为线圈阻抗，不易进行缺陷轮廓反演。超声检测可以进行非接触远距离检测，但需要耦合剂，功耗大。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，该装置可对金属构件表面缺陷进行全方向检测，通过检测磁场法向分量可直接对缺陷开口轮廓真实等比成像。

本发明的另一个目的在于提出一种磁激各向同性缺陷轮廓成像方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，包括：永磁体、磁传感器阵列、永磁体和磁传感器阵列升降控制模块、扫查驱动模块、数据采集模块、数据分析及成像模块；

所述永磁体置于待检测构件上方；

所述磁传感器阵列置于所述待检测构件与所述永磁体之间，与所述待检测构件表面平行，用于拾取磁场信号；

所述永磁体和磁传感器阵列升降控制模块，用于控制所述永磁体和所述磁传感器阵列进行升降，调整所述永磁体和所述磁传感器阵列与所述待检测构件的距离；

所述扫查驱动模块，用于控制缺陷轮廓成像装置在所述待检测构件表面移动；

所述数据采集模块，用于采集所述磁传感器阵列拾取的磁场信号；

所述数据分析及成像模块与所述数据采集模块通信连接，用于对所述数据采集模块采集的磁场信号进行分析，对所述待检测构件的缺陷轮廓进行成像。

本发明实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，通过永磁体、磁传感器阵列、数据采集模块、数据分析及成像模块，永磁体和磁传感器阵列升降控制模块及扫查驱动模块，可对铁磁性材料表面缺陷进行全方向检测，检测灵敏度具有各向同性的特点，通过检测磁场法向分量变化可直接对缺陷开口轮廓真实等比成像，不需要使用复杂的算法，另外由于传感器阵列处于均匀磁场中，识别出的缺陷开口轮廓不存在畸变，检测装置简单，造价低，体积小，同时，检测方法易于实现、检测速度快，对缺陷危害的评估具有重要意义。

另外，根据本发明上述实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述永磁体和磁传感器阵列升降控制模块，包括：第一托架、第二托架、精密螺杆、升降控制电机；

所述永磁体放置于所述第一托架上，所述磁传感器阵列放置于所述第二托架上；

所述第一托架和所述第二托架分别连接所述精密螺杆，所述精密螺杆装有所述升降控制电机，所述精密螺杆上端与支架连接，所述升降控制电机对所述精密螺杆进行控制，使得所述精密螺杆带动所述第一托架和所述第二托架升降，调整所述永磁体和所述磁传感器阵列与所述待检测构件的距离。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述扫查驱动模块包括：扫查驱动电机和驱动轮；

所述驱动轮与所述扫查驱动电机连接，所述驱动轮通过支撑杆与支架连接，所述扫查驱动电机驱动所述驱动轮转动，带动支架以及所述永磁体和所述磁传感器阵列在所述待检测构件表面水平移动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述磁传感器器阵列与所述永磁体的面积比小于三分之二。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述永磁体包括长方体磁快、弧面磁块、球面磁块和多面体磁块。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述磁传感器阵列放置于所述待检测构件上方大于0mm小于等于20mm处。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述永磁体放置于所述待检测构件上方大于20mm小于等于100mm处。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种磁激各向同性缺陷轮廓成像方法，包括：

S1，在待检测构件上方放置永磁体，建立所述待检测构件表面上方空间均匀磁场；

S2，在所述永磁体和所述待检测构件中间放置磁传感器阵列；

S3，通过所述磁传感器阵列采集所述待检测构件表面的磁场信号，对采集的磁场信号进行分析，得到所述待检测构件的缺陷开口轮廓并进行成像。

本发明实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法，通过永磁体建立均匀磁场，利用待检测构件的缺陷处的各向边沿都会产生法向的磁场变化，经磁传感器阵列拾取变化的磁场，从而检测出缺陷开口轮廓，检测方法易于实现、检测速度快，同时检测装置简单，造价低，体积小的特点，对缺陷危害的评估具有重要意义。

另外，根据本发明上述实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述磁传感器器阵列与所述永磁体的面积比小于三分之二，所述永磁体在所述待检测构件上方所建立的磁场为空间均匀磁场，磁感线方向垂直于所述待检测构件表面。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述永磁体放置于所述待检测构件上方大于20mm小于等于100mm处；所述磁传感器阵列放置于所述待检测构件上方大于0mm小于等于20mm处。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置结构示意图；

图2为根据本发明又一个实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置示意图；

图3为根据本发明一个实施例的三维磁传感阵列示意图；

图4为根据本发明一个实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像的检测图；

图5为根据本发明一个实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法流程图；

附图标记：1-永磁体、2-磁传感器阵列、3-待检测构件、4-磁感线、5-PCB板、6-磁芯片、7-升降控制电机、8-精密螺杆、9-驱动轮、10-数据采集模块、11-数据分析及成像模块、12-第一托架、13-第二托架。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置及成像方法。

首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置。

图1为根据本发明一个实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置结构示意图。

如图1所示，该磁激各向同性缺陷轮廓成像装置包括：永磁体、磁传感器阵列、永磁体和磁传感器阵列升降控制模块、扫查驱动模块、数据采集模块、数据分析及成像模块。

永磁体置于待检测构件上方；

磁传感器阵列置于待检测构件与永磁体之间，与待检测构件表面平行，用于拾取磁场信号；

永磁体和磁传感器阵列升降控制模块，用于控制永磁体和磁传感器阵列进行升降，调整永磁体和磁传感器阵列与待检测构件的距离；

扫查驱动模块，用于控制缺陷轮廓成像装置在待检测构件表面移动；

数据采集模块，用于采集磁传感器阵列拾取的磁场信号；

数据分析及成像模块与数据采集模块通信连接，用于对数据采集模块采集的磁场信号进行分析，并对待检测构件的缺陷轮廓进行成像。

可以理解的是，将永磁体放置在待检测构件上方，永磁体在待检测构件材料表面上方空间建立均匀磁场，磁感线方向垂直于待检测构件表面，如图2所示，磁感线4垂直于待检测构件表面。其中，待检测构件为铁磁性材料。

在本发明的一个实施例中，永磁体放置于待检测构件上方20-100mm处，将磁传感器阵列放置于永磁体正下方，位于被测铁磁性材料上方0-20mm处。磁传感器阵列与被测铁磁性材料表面平行。

其中，作为一种优选的实施方式，永磁体放置于待检测构件材料表面上方20mm处，在待检测构件表面上方建立均匀磁场，将磁传感器阵列置于待检测构件上方1mm处，如果待检测构件存在表面缺陷，缺陷会导致局部磁场畸变，经磁传感器阵列拾取，从而检测出缺陷开口轮廓。

在本发明的实施例中，永磁体包括但不限于长方体磁快、弧面磁块、球面磁块和多面体磁块。作为一种优选的实施方式，永磁体材料为钕铁硼，尺寸为长240mm、宽240mm、高7mm。

进一步地，为保证磁场的均匀性，永磁体与磁传感器阵列的面积不同，磁传感器器阵列与永磁体的面积比小于三分之二。作为一种优选的实施方式，磁传感阵列面积与磁块面积比为1/6。

如图3所示，示出了一种三维磁传感器阵列，磁芯片6等间隔的分布在PCB板5上，即w与d均为5mm，为了提高分辨率，芯片间距L设置为1mm。本图只是为了更加清晰理解磁芯片排布，并不代表磁传感阵列只能为平面阵列，如：检测管道，为了实现传感器阵列与管道表面平行，则需要曲面阵列。具体的磁传感器阵列设计可以根据待检测构件的结构进行调节。

如图1所示，永磁体和磁传感器阵列升降控制模块，包括：第一托架12、第二托架13、精密螺杆8、升降控制电机7；

永磁体放置于第一托架上，磁传感器阵列放置于第二托架上；

第一托架和第二托架分别连接精密螺杆，精密螺杆装有升降控制电机，精密螺杆上端与支架连接，升降控制电机对精密螺杆进行控制，使得精密螺杆带动第一托架和第二托架升降，调整永磁体和磁传感器阵列与待检测构件的距离。

可以理解的是，永磁体放置在第一托架上，磁传感器阵列放置于第二托架上，第一托架和第二托架通过精密螺杆连接在支架上，在精密螺杆的上端装有升降控制电机，根据被测构件磁特性及表面特征，通过升降控制电机控制第一托架和第二托架的升降，以调节永磁体和磁传感器阵列与待检测构件的距离，使得检测效果最佳。其中，通过两个升降控制电机分别控制第一托架和第二托架。

如图1所示，扫查驱动模块包括：扫查驱动电机和驱动轮；

驱动轮与扫查驱动电机连接，驱动轮通过支撑杆与支架连接，扫查驱动电机驱动驱动轮转动，带动支架以及永磁体和磁传感器阵列在待检测构件表面移动。

可以理解的是，通过扫查驱动模块使得缺陷轮廓成像装置可以在待检测构件表面移动，全方向的进行缺陷检测。

通过驱动电机带动驱动轮转动，驱动轮连接支撑杆，支撑杆连接在支架上，在移动时，支架连接的第一托架和第二托架也随之一起移动，扫查待检测构件，实现不同位置的缺陷检测。在本发明的实施例中，驱动电机可以设置在驱动轮中，也可以设置在与驱动轮连接的支撑杆上，或者其他位置，具体设置位置不进行限定。

永磁体在待检测构件表面上方空间建立的是均匀磁场，在扫查的过程中，当待检测构件表面不存在缺陷时，磁感线全部垂直于待检测构件表面，如果待检测构件材料表面存在缺陷，缺陷处磁场发生畸变，缺陷的各向边沿都会产生法向的磁场变化，畸变的磁场信号通过磁传感器拾取，利用数据采集模10进行采集，最后将采集的畸变磁场信号数据送到数据分析及成像模块11进行分析，对待检测构件的缺陷轮廓进行成像，显示出缺陷开口轮廓形状。

其中，数据采集模块10由FPGA、DSP、以及单片机组成。待检测构件材料表面成像更新速度大于1000次/秒。

如图4所示，示出了一个陷轮廓成像结果示意图，缺陷真实开口为一个圆坑缺陷，开口轮廓为半径12mm的圆，缺陷深度2mm。图中虚线部分为真实缺陷开口轮廓，从结果示意图可以看出，磁激各向同性缺陷轮廓成像可对缺陷边沿进行全方向检测，检测灵敏度具有有各向同性的特点，能够等比高精度还原出缺陷的真实轮廓。

根据本发明实施例提出的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，通过永磁体、磁传感器阵列、数据采集模块、数据分析及成像模块，永磁体和磁传感器阵列升降控制模块及扫查驱动模块，可对铁磁性材料表面缺陷进行全方向检测，检测灵敏度具有各向同性的特点，通过检测磁场法向分量变化可直接对缺陷开口轮廓真实等比成像，不需要使用复杂的算法，另外由于传感器阵列处于均匀磁场中，识别出的缺陷开口轮廓不存在畸变，检测装置简单，造价低，体积小，同时，检测方法易于实现、检测速度快，对缺陷危害的评估具有重要意义。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法。

图5为根据本发明一个实施例的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法流程图。

如图5所示，该磁激各向同性缺陷轮廓成像方法包括以下步骤：

S1，在待检测构件上方放置永磁体，建立待检测构件表面上方空间均匀磁场；

S2，在永磁体和待检测构件中间放置磁传感器阵列；

S3，通过磁传感器阵列采集待检测构件表面的磁场信号，对采集的磁场信号进行分析，得到待检测构件的缺陷开口轮廓并进行成像。

进一步地，在本发明的一个实施例中，磁传感器器阵列与永磁体的面积比小于三分之二，永磁体在待检测构件上方所建立的磁场为空间均匀磁场，磁感线方向垂直于待检测构件表面。

进一步地，在本发明的一个实施例中，永磁体放置于待检测构件上方大于20mm小于等于100mm处。

进一步地，在本发明的一个实施例中，磁传感器阵列放置于待检测构件上方大于0mm小于等于20mm处。

需要说明的是，前述对磁激各向同性缺陷轮廓成像装置实施例的解释说明也适用于该实施例的方法，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法，通过永磁体建立均匀磁场，利用待检测构件的缺陷处的各向边沿都会产生法向的磁场变化，经磁传感器阵列拾取变化的磁场，从而检测出缺陷开口轮廓，检测方法易于实现、检测速度快，同时检测装置简单，造价低，体积小的特点，对缺陷危害的评估具有重要意义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，包括：

永磁体、磁传感器阵列、永磁体和磁传感器阵列升降控制模块、扫查驱动模块、数据采集模块、数据分析及成像模块；

所述永磁体置于待检测构件上方；

所述磁传感器阵列置于所述待检测构件与所述永磁体之间，与所述待检测构件表面平行，用于拾取磁场信号；

所述永磁体和磁传感器阵列升降控制模块，用于控制所述永磁体和所述磁传感器阵列进行升降，调整所述永磁体和所述磁传感器阵列与所述待检测构件的距离，其中，所述永磁体和磁传感器阵列升降控制模块，包括：第一托架、第二托架、精密螺杆、升降控制电机；所述永磁体放置于所述第一托架上，所述磁传感器阵列放置于所述第二托架上；所述第一托架和所述第二托架分别连接所述精密螺杆，所述精密螺杆装有所述升降控制电机，所述精密螺杆上端与支架连接，所述升降控制电机对所述精密螺杆进行控制，使得所述精密螺杆带动所述第一托架和所述第二托架升降，调整所述永磁体和所述磁传感器阵列与所述待检测构件的距离；

所述扫查驱动模块，用于控制缺陷轮廓成像装置在所述待检测构件表面移动；

所述数据采集模块，用于采集所述磁传感器阵列拾取的磁场信号；

所述数据分析及成像模块与所述数据采集模块通信连接，用于对所述数据采集模块采集的磁场信号进行分析，对所述待检测构件的缺陷轮廓进行成像。

2.根据权利要求1所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，

所述扫查驱动模块包括：扫查驱动电机和驱动轮；

所述驱动轮与所述扫查驱动电机连接，所述驱动轮通过支撑杆与支架连接，所述扫查驱动电机驱动所述驱动轮转动，带动支架以及所述永磁体和所述磁传感器阵列在所述待检测构件表面移动。

3.根据权利要求1所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，

所述磁传感器器阵列与所述永磁体的面积比小于三分之二。

4.根据权利要求1所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，

所述永磁体包括长方体磁快、弧面磁块、球面磁块和多面体磁块。

5.根据权利要求1所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，

所述磁传感器阵列放置于所述待检测构件上方大于0mm小于等于20mm处。

6.根据权利要求1所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，

所述永磁体放置于所述待检测构件上方大于20mm小于等于100mm处。

7.一种磁激各向同性缺陷轮廓成像方法，使用如权利要求1-6任一所述磁激各向同性缺陷轮廓成像装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1，在待检测构件上方放置永磁体，建立所述待检测构件表面上方空间均匀磁场；

S2，在所述永磁体和所述待检测构件中间放置磁传感器阵列；

S3，通过所述磁传感器阵列采集所述待检测构件表面的磁场信号，对采集的磁场信号进行分析，得到所述待检测构件的缺陷开口轮廓并进行成像。

8.根据权利要求7所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法，其特征在于，

所述磁传感器器阵列与所述永磁体的面积比小于三分之二，所述永磁体在所述待检测构件上方所建立的磁场为空间均匀磁场，磁感线方向垂直于所述待检测构件表面。

9.根据权利要求7所述的磁激各向同性缺陷轮廓成像方法，其特征在于，

所述永磁体放置于所述待检测构件上方大于20mm小于等于100mm处；

所述磁传感器阵列放置于所述待检测构件上方大于0mm小于等于20mm处。

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