CN111380914A - 一种无损检测装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无损检测技术领域，具体公开了一种无损检测装置，其中，包括：直流磁化组件和热成像组件，所述热成像组件设置在被测试件的一侧，所述被测试件穿过所述磁化组件设置，所述直流磁化组件能够对所述被测试件进行磁化；所述热成像组件能够向所述被测试件的表面发射脉冲激光束，并采集所述被测试件的表面热成像图像，以及将所述表面热成像图像发送至上位机，其中所述表面热成像图像能够显示所述直流磁化组件和所述热成像组件共同作用下所述被测试件表面的温度场分布。本发明还公开了一种无损检测系统及方法。本发明提供的无损检测装置解决了常规漏磁检测中的探头磨损问题，且解决了常规红外成像无法对试件内部的探测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种无损检测装置、包括该无损检测装置的无损检测系统及一种无损检测方法。
背景技术
钢材是现代工业生产中不可或缺的原材料，被大量用于石油化工、交通运输、市政建设等领域。对生产的钢材进行无损检测是保证其后续使用过程中安全性的必要手段。目前，已有多种无损检测方法用于钢材检测，例如漏磁检测和红外热成像检测。漏磁检测是通过磁化器对被测试件进行磁化，在缺陷处形成漏磁场，再通过磁敏感元件拾取缺陷处的磁场畸变对缺陷进行判别。漏磁检测方法能对材料表面及内部的缺陷都进行有效探测，但由于漏磁场随探头提离距离的增加衰减很快，所以检测中需要探头和试件的接触，在持续的检测过程中，探头磨损严重，需要经常更换。红外热成像检测技术能进行非接触式测量，解决了探头磨损的问题。检测时将激光束照射到试件表面，通过材料对激光的吸收产生热量，再通过红外热成像仪对试件表面的温度场分布进行测量，从而对试件中的缺陷进行评估。但由于激光属于高频电磁波，集肤深度小，主要在试件表面产生热量，对试件内部的探伤效果不佳。
发明内容
本发明提供了一种无损检测装置、包括该无损检测装置的无损检测系统及一种无损检测方法，解决相关技术中存在的漏磁检测过程探头磨损严重以及红外热成像检测效果不佳的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种无损检测装置，其中，包括：直流磁化组件和热成像组件，所述热成像组件设置在被测试件的一侧，所述被测试件穿过所述直流磁化组件设置，
所述直流磁化组件能够对所述被测试件进行磁化；
所述热成像组件能够向所述被测试件的表面发射脉冲激光束，并采集所述被测试件的表面热成像图像，以及将所述表面热成像图像发送至上位机，其中所述表面热成像图像能够显示所述直流磁化组件和所述热成像组件共同作用下所述被测试件表面的温度场分布。
进一步地，所述直流磁化组件包括磁化线圈和直流电源，所述磁化线圈与所述直流电源电连接，所述直流电源能够为所述磁化线圈提供设定电压，所述磁化线圈能够提供直流磁场，且能够在所述设定电压下对所述被测试件进行磁化，其中所述设定电压能够使得所述被测试件处于饱和状态。
进一步地，所述磁化线圈包括本体结构和设置在本体结构上的通孔，所述本体结构与所述直流电源电连接，所述通孔用于穿过所述被测试件。
进一步地，所述热成像组件包括激光器和热成像仪，所述激光器和所述热成像仪均能够与上位机通信连接，所述激光器能够在所述上位机的控制下向所述被测试件的表面发射脉冲激光束，所述热成像仪能够采集所述被测试件的表面热成像图像，并将所述表面热成像图像发送至所述上位机。
作为本发明的另一个方面，提供一种无损检测系统，其中，包括：上位机和前文所述的无损检测装置，所述上位机与所述无损检测装置中的热成像组件通信连接，所述热成像组件能够将采集到的被测试件的表面热成像图像发送至所述上位机，所述上位机能够对所述表面热成像图像进行图像处理得到处理结果。
进一步地，当所述处理结果为缺陷轮廓图像时，判定所述被测试件存在缺陷。
作为本发明的另一个方面，提供一种用于前文所述的无损检测系统的无损检测方法，其中，包括：
通过直流磁化组件对被测试件进行磁化；
通过热成像组件向被测试件的表面发射脉冲激光束，以及采集所述被测试件的表面热成像图像；
上位机对所述表面热成像图像进行处理，得到处理结果；
根据所述处理结果判断所述被测试件的检测结果。
进一步地，所述根据所述处理结果判断所述被测试件的检测结果，包括：
当所述处理结果为缺陷轮廓图像时，判定所述被测试件存在缺陷；
当所述处理结果为匀温度场图像时，判定所述被测试件正常。
本发明提供的上述无损检测装置，通过直流磁化组件对被测试件进行磁化，由于当被测试件的表面存在缺陷时，材料的缺损会直接引起试件表面磁导率和电导率的变化；而当试件内部存在缺陷时，在直流磁化组件作用下，表面的磁导率也会发生改变。内、外缺陷都将改变表面磁导率，从而使生热功率发生相应改变。因此，可以通过热成像组件采集被测试件的表面热成像图像，然后发送至上位机，在上位机对表面热成像图像进行图像处理后可以根据处理结果判断被测试件是否存在缺陷。这种无损检测装置通过直流磁化组件使试件内部的缺陷能对试件表面的磁导率产生影响，进而对激光的吸收及其产生的热量产生影响，从而提升了激光热成像对内部缺陷检测的能力。与现有技术相比，通过热成像的方式拾取试件表面温度场，从而实现了非接触式检测，解决了常规漏磁检测中的探头磨损问题，且解决了常规红外成像无法对试件内部的探测的问题。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的无损检测装置的结构示意图。
图2为本发明提供的有、无缺陷的被测试件中的磁力线分布对比示意图，其中1表示被测试件(无缺陷)，1’表示被测试件(有缺陷)，7表示无缺陷试件中的磁力线，7’表示有缺陷试件中的磁力线。
图3为本发明提供的铁磁材料的B-H曲线和μ-H曲线。
具体实施方式
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结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本实施例中提供了一种无损检测装置，图1是根据本发明实施例提供的无损检测装置的结构示意图，如图1所示，包括：直流磁化组件20和热成像组件10，所述热成像组件10设置在被测试件1的一侧，所述被测试件1穿过所述磁化组件20设置，
所述直流磁化组件20能够对所述被测试件1进行磁化；
所述热成像组件20能够向所述被测试件1的表面发射脉冲激光束，并采集所述被测试件1的表面热成像图像，以及将所述表面热成像图像发送至上位机，其中所述表面热成像图像能够显示所述直流磁化组件和所述热成像组件共同作用下所述被测试件表面的温度场分布。
本发明实施例提供的上述无损检测装置，通过直流磁化组件对被测试件进行磁化，由于当被测试件的表面存在缺陷时，材料的缺损会直接引起试件表面磁导率和电导率的变化；而当试件内部存在缺陷时，在直流磁化组件作用下，表面的磁导率也会发生改变。内、外缺陷都将改变表面磁导率，从而使生热功率发生相应改变。因此，可以通过热成像组件采集被测试件的表面热成像图像，然后发送至上位机，在上位机对表面热成像图像进行图像处理后可以根据处理结果判断被测试件是否存在缺陷。这种无损检测装置通过直流磁化组件使试件内部的缺陷能对试件表面的磁导率产生影响，进而对激光的吸收及其产生的热量产生影响，从而提升了激光热成像对内部缺陷检测的能力。与现有技术相比，通过热成像的方式拾取试件表面温度场，从而实现了非接触式检测，解决了常规漏磁检测中的探头磨损问题，且解决了常规红外成像无法对试件内部的探测的问题。
应当理解的是，所述被测试件1均为铁磁性试件。例如可以为钢材或各类铁磁性金属材料。
作为直流磁化组件20的一种具体实施方式，如图1所示，所述直流磁化组件20包括磁化线圈2和直流电源3，所述磁化线圈2与所述直流电源3电连接，所述直流电源3能够为所述磁化线圈2提供设定电压，所述磁化线圈2能够提供直流磁场，且能够在所述设定电压下对所述被测试件1进行磁化，其中所述设定电压能够使得所述被测试件处于饱和状态。
作为磁化线圈2的具体实施方式，如图1所示，所述磁化线圈2包括本体结构和设置在本体结构上的通孔，所述本体结构与所述直流电源电连接，所述通孔用于穿过所述被测试件1。
应当理解的是，所述设定电压可以通过实验获得，即通过直流电源对线圈通电，然后测试被测试件得到。
例如，如图3所示为铁磁材料的B-H曲线和μ-H曲线，对被测试件1进行磁化时，应调整直流电源3的电压大小，使被测试件1处于饱和状态，也即磁化状态所处位置在μ-H曲线峰值点以后，由此保证内部缺陷对表面磁导率的影响始终为减小磁导率的值。
作为热成像组件10的具体实施方式，如图1所示，所述热成像组件10包括激光器4和热成像仪5，所述激光器4和所述热成像仪5均能够与上位机通信连接，所述激光器4能够在所述上位机的控制下向所述被测试件1的表面发射脉冲激光束，所述热成像仪5能够采集所述被测试件1的表面热成像图像，并将所述表面热成像图像发送至所述上位机。
本实施方式中，以被测试件1为钢材为例。
如图1所示，激光器4垂直放置于被测试件1的上方，发射脉冲激光束到被测试件1上表面。实质为电磁场的激光在进入钢材时，电磁场幅值呈指数迅速衰减并转换成热能。垂直入射时，电场的衰减规律为：E＝E0e-αzei(βz-ωt)，其中
热耗散功率的体密度为：P＝σE2。以500THz的激光和碳钢的电磁属性为例，其集肤深度为25nm，由此可见，生热功率与磁导率有关，且热量的产生集中在被测试件1的表层。当无缺陷的被测试件1通过时，激光在被测试件1的表面以恒定的功率产生热量，因此由红外热像仪5所探测被传输到上位机6的温度场图像也恒定。
当被测试件1的表面存在缺陷时，由于材料的缺损会直接引起试件表面磁导率和电导率的变化。当被磁化的被测试件1的内部(或下表面)存在缺陷时，根据漏磁检测已有的理论，在缺陷附件产生漏磁场，并对试件内的磁力线产生挤压，具体效果如图2所示。在该效应的作用下，被测试件1中磁场增大，而根据图3所示的μ-H曲线，当被测试件1处于饱和磁化阶段时，被测试件1的上表面的磁导率μ会减小。
根据前文所述的热耗散功率体密度及电场公式，当被测试件1表面的磁导率发生改变时，生热功率也会发生相应的改变。红外热像仪5可以探测到该温度场的变化，并通过上位机6的图像处理结果和数据分析对缺陷进行判别和尺寸评估。
需要说明的是，所述红外热像仪能够跟随激光器移动，始终以脉冲激光束为中心对附近区域温度场成像，最终完成对试件表面全覆盖扫查。
本发明实施例提供的无损检测装置能够将漏磁检测中的激励方式引入热成像检测，消除两种检测方法独立检测时的缺点。与常规漏磁检测方法相比，探测方式完全不同，本发明通过热成像的方式拾取试件表面温度场，从而实现了非接触式检测，解决了常规漏磁检测中的探头磨损问题。
与常规激光热成像方法相比，增加了直流磁化组件，将被测试件磁化至饱和状态，使被测试件内部的缺陷能对被测试件表面的磁导率产生影响，进而对激光的吸收及其产生的热量产生影响，从而提升了激光热成像方式对内部缺陷检测的能力。
作为本发明的另一实施例，提供一种无损检测系统，其中，包括：上位机和前文所述的无损检测装置，所述上位机与所述无损检测装置中的热成像组件通信连接，所述热成像组件能够将采集到的被测试件的表面热成像图像发送至所述上位机，所述上位机能够对所述表面热成像图像进行图像处理得到处理结果。
本发明实施例提供的无损检测系统，由于采用了前文的无损检测装置，通过直流磁化组件对被测试件进行磁化，由于当被测试件的表面存在缺陷时，材料的缺损会直接引起试件表面磁导率和电导率的变化；而当试件内部存在缺陷时，在直流磁化组件作用下，表面的磁导率也会发生改变。内、外缺陷都将改变表面磁导率，从而使生热功率发生相应改变。因此，可以通过热成像组件采集被测试件的表面热成像图像，然后发送至上位机，在上位机对表面热成像图像进行图像处理后可以根据处理结果判断被测试件是否存在缺陷。这种无损检测系统通过直流磁化组件使试件内部的缺陷能对试件表面的磁导率产生影响，进而对激光的吸收及其产生的热量产生影响，从而提升了激光热成像对内部缺陷检测的能力。与现有技术相比，通过热成像的方式拾取试件表面温度场，从而实现了非接触式检测，解决了常规漏磁检测中的探头磨损问题，且解决了常规红外成像无法对试件内部的探测的问题。
具体地，当所述处理结果为缺陷轮廓图像时，判定所述被测试件存在缺陷。
需要说明的是，所述上位机中通过采用图像处理算法，例如边缘提取算法实现对表面热成像图像的处理，得到处理结果，具体边缘提取算法为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。
关于本发明实施例提供的无损检测系统的具体工作原理可以参照前文的无损检测装置的描述，此处不再赘述。
作为本发明的另一实施例，提供一种用于前文所述的无损检测系统的无损检测方法，其中，包括：
通过直流磁化组件对被测试件进行磁化；
通过热成像组件向被测试件的表面发射脉冲激光束，以及采集所述被测试件的表面热成像图像；
上位机对所述表面热成像图像进行处理，得到处理结果；
根据所述处理结果判断所述被测试件的检测结果。
本发明实施例提供的无损检测方法，通过直流磁化组件将被测试件磁化至饱和状态；激光器发出的激光入射到被测试件表面加热；红外热像仪跟踪激光加热轨迹、对被测试件表面温度实时采集，上传到上位机进行温度变化分析。受直流磁化的影响，被测试件内部和表面的缺陷都会引起被测试件表层磁导率发生变化，从而影响被测试件对激光的吸收，并进一步改变温度场的分布，最终通过红外热成像的结果实现缺陷的检测和评估。这种无损检测方法能够通过将漏磁检测中的激励方式引入热成像检测，消除两种检测方法独立检测时的缺点。与常规漏磁检测方法相比，探测方式完全不同，本发明通过热成像的方式拾取试件表面温度场，从而实现了非接触式检测，解决了常规漏磁检测中的探头磨损问题。与常规激光热成像方法相比，增加了直流磁化组件，将被测试件磁化至饱和状态，使被测试件内部的缺陷能对被测试件表面的磁导率产生影响，进而对激光的吸收及其产生的热量产生影响，从而提升了激光热成像方式对内部缺陷检测的能力。
具体地，所述根据所述处理结果判断所述被测试件的检测结果，包括：
当所述处理结果为缺陷轮廓图像时，判定所述被测试件存在缺陷；
当所述处理结果为匀温度场图像时，判定所述被测试件正常。
关于本发明实施例提供的无损检测方法的工作过程可以参照前文的无损检测装置的描述，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1. 一种无损检测装置，其特征在于，包括：直流磁化组件和热成像组件， 所述热成像组件设置在被测试件的一侧，所述被测试件穿过所述直流磁化组件设置，
所述直流磁化组件能够对所述被测试件进行磁化；
所述热成像组件能够向所述被测试件的表面发射脉冲激光束，并采集所述被测试件的表面热成像图像，以及将所述表面热成像图像发送至上位机，其中所述表面热成像图像能够显示所述直流磁化组件和所述热成像组件共同作用下所述被测试件表面的温度场分布。
2.根据权利要求1所述的无损检测装置，其特征在于，所述直流磁化组件包括磁化线圈和直流电源，所述磁化线圈与所述直流电源电连接，所述直流电源能够为所述磁化线圈提供设定电压，所述磁化线圈能够提供直流磁场，且能够在所述设定电压下对所述被测试件进行磁化，其中所述设定电压能够使得所述被测试件处于饱和状态。
3.根据权利要求2所述的无损检测装置，其特征在于，所述磁化线圈包括本体结构和设置在本体结构上的通孔，所述本体结构与所述直流电源电连接，所述通孔用于穿过所述被测试件。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的无损检测装置，其特征在于，所述热成像组件包括激光器和热成像仪，所述激光器和所述热成像仪均能够与上位机通信连接，所述激光器能够在所述上位机的控制下向所述被测试件的表面发射脉冲激光束，所述热成像仪能够采集所述被测试件的表面热成像图像，并将所述表面热成像图像发送至所述上位机。
5.一种无损检测系统，其特征在于，包括：上位机和权利要求1至6中任意一项所述的无损检测装置，所述上位机与所述无损检测装置中的热成像组件通信连接，所述热成像组件能够将采集到的被测试件的表面热成像图像发送至所述上位机，所述上位机能够对所述表面热成像图像进行图像处理得到处理结果。
6.根据权利要求5所述的无损检测系统，其特征在于，当所述处理结果为缺陷轮廓图像时，判定所述被测试件存在缺陷。
7.一种用于权利要求5或6所述的无损检测系统的无损检测方法，其特征在于，包括：
通过直流磁化组件对被测试件进行磁化；
通过热成像组件向被测试件的表面发射脉冲激光束，以及采集所述被测试件的表面热成像图像；
上位机对所述表面热成像图像进行处理，得到处理结果；
根据所述处理结果判断所述被测试件的检测结果。
8.根据权利要求7所述的无损检测方法，其特征在于，所述根据所述处理结果判断所述被测试件的检测结果，包括：
当所述处理结果为缺陷轮廓图像时，判定所述被测试件存在缺陷；
当所述处理结果为匀温度场图像时，判定所述被测试件正常。
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