CN111929356B - 钢材缺陷磁成像装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钢材缺陷磁成像装置及方法，其中，装置包括：磁成像探头，磁成像探头用于获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查被测物体的待检测区，得到第二磁通数据；数据处理模块，用于接收磁成像探头发送的第一磁通数据和第二磁通数据，根据第一磁通数据和第二磁通数据，计算得到变化磁通数据，从而根据变化磁通数据得到被测物体的三维轮廓图像；以及上位机，上位机用于为数据处理模块和磁成像探头供电，并显示三维轮廓图像。该装置结构简单、造价低、检测速度快，对缺陷危害的评估具有重要意义。

Description

钢材缺陷磁成像装置及方法

技术领域

本申请涉及无损检测技术领域，特别涉及一种钢材缺陷磁成像装置及方法。

背景技术

铁磁材料广泛的应用于油气运输管道、化学物质储罐底板、铁路等重要工业设施，设备长期的运行中，设备表面会产生疲劳裂纹、外力导致的机械性损伤或者由化学物质流动产生的坑装腐蚀，及时发现这些缺陷并对其进行量化评估非常重要。

相关技术中，一般是通过磁粉检测法、渗透检测法、漏磁检测、涡流检测、超声检测和永磁扰动检测等进行检测。

然而，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；涡流检测由于受到集肤效应的限制，只能检测铁磁性构件表面或近表面的浅层缺陷，并且需要信号激励装置，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，最新的电磁超声换能器虽然不需要耦合剂，但其换能器转化效率低，应用还存在问题；永磁扰动检测可以灵敏的检测出铁磁材料的表面缺陷，但该方法对缺陷的深度不敏感，很难对缺陷进行三维评估，亟待解决。

申请内容

本申请提供一种钢材缺陷磁成像装置及方法，结构简单、造价低、检测速度快，对缺陷危害的评估具有重要意义。

本申请第一方面实施例提供一种钢材缺陷磁成像装置，包括：

磁成像探头，所述磁成像探头用于获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查所述被测物体的待检测区，得到第二磁通数据；

数据处理模块，所述数据处理模块用于接收所述磁成像探头发送的第一磁通数据和第二磁通数据，根据所述第一磁通数据和所述第二磁通数据，计算得到变化磁通数据，并根据所述变化磁通数据得到所述被测物体的三维轮廓图像；以及

上位机，所述上位机用于为所述数据处理模块和所述磁成像探头供电，并显示所述三维轮廓图像。

可选地，所述磁成像探头，包括：

铝制探头壳体，用于保护所述磁成像探头；

耐磨陶瓷片，所述耐磨陶瓷片位于所述磁成像探头底端，并且与所述被测物体紧密接触；

环形磁铁和磁轭，所述环形磁铁的磁化方向垂直于所述被测物体表面，所述磁轭与所述环形磁铁轴心重合；

磁传感器阵列，所述磁传感器阵列位于所述磁轭和所述耐磨陶瓷片之间，用于检测所述磁轭和所述被测物体之间的磁通。

可选地，所述磁轭为高导磁性铁磁材料。

可选地，所述磁传感器阵列为圆形，所述磁传感器阵列的直径与所述磁传感器阵列所对的磁轭直径相同。

可选地，所述磁轭底面、所述磁传感器阵列、所述耐磨陶瓷片相互平行。

可选地，所述数据处理模块为现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable GateArray， FPGA)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、单片机中的任意一种或者多种的集合。

可选地，所述数据处理模块包括多个数据输入接口和一个数据输出接口。

可选地，所述上位机由非易失性存储介质和数据分析软件构成。

可选地，所述磁成像探头顶端设置有接插件，以通过所述接插件与数据线连接。

本申请第二方面实施例提供一种钢材缺陷磁成像方法，包括以下步骤：

获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查所述被测物体的待检测区，得到第二磁通数据；

根据所述第一磁通数据和所述第二磁通数据，计算得到变化磁通数据；以及

根据所述变化磁通数据得到所述被测物体的三维轮廓图像。

由此，当被测构件表面无缺陷时，传感器阵列采集的磁通数据作为第一磁通数据，当被测构件表面出现缺陷时，磁轭底面和被测构件之间的气息距离增加，则磁传感器阵列处的磁通减小，数据处理模块将磁成像探头采集的第二磁通数据与第一磁通数据相减，便可得出探头下各处磁通的减小量，经过相应的算法可以快速得到缺陷的三维轮廓图像。该装置结构简单、造价低、检测速度快，对缺陷危害的评估具有重要意义。

本申请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，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/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为根据本申请实施例的钢材缺陷磁成像装置的方框示意图；

图2为根据本申请一个实施例的钢材缺陷磁成像装置的结构示意图；

图3为根据本申请一个具体实施例的钢材缺陷磁成像装置的结构示意图；

图4为根据本申请一个实施例的磁成像探头的结构示意图；

图5为根据本申请一个实施例磁成像探头置于被测钢板表面时的探头内部磁路示意图；

图6为根据本申请一个实施例的存在缺陷时的成像示意图；

图7为根据本申请另一个实施例存在缺陷时的成像示意图；

图8为根据本申请又一个实施例存在缺陷时的成像示意图；

图9为根据本申请再一个实施例存在缺陷时的成像示意图；

图10为根据本申请实施例提供的一种钢材缺陷磁成像装置的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的钢材缺陷磁成像装置及方法。

具体而言，图1为本申请实施例所提供的一种钢材缺陷磁成像装置的方框示意图。

如图1所示，该钢材缺陷磁成像装置10包括：磁成像探头100、数据处理模块200和上位机300。

其中，磁成像探头100用于获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查被测物体的待检测区，得到第二磁通数据。数据处理模块200用于接收磁成像探头发送的第一磁通数据和第二磁通数据，根据第一磁通数据和第二磁通数据，计算得到变化磁通数据，并根据变化磁通数据得到被测物体的三维轮廓图像。上位机300用于为数据处理模块200和磁成像探头100供电，并显示三维轮廓图像。

可选地，在一些实施例中，数据处理模块200为现场可编程逻辑门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD、单片机中的任意一种或者多种的集合。

应当理解的是，数据处理模块200还可以由FPGA、CPLD、单片机中任意一种或几种与微处理器(digital signal processor，DSP)等其他元器件组成。

可选地，在一些实施例中，数据处理模块200包括多个数据输入接口和一个数据输出接口。

可选地，在一些实施例中，上位机300由非易失性存储介质和数据分析软件构成。

可以理解的是，被测物体可以为钢板，为使得本领域技术人员进一步了解本申请实施例的钢材缺陷磁成像装置，下面以一个具体实施例进行详细阐述。

举例而言，如图2所示，本申请实施例的钢材缺陷磁成像装置10可以包括：磁成像探头100、数据处理模块200和上位机300。其中，磁成像探头100置于被测钢板1表面，磁成像探头100用于获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，第一磁通数据可以作为磁通基准值，并扫查被测物体的待检测区，得到第二磁通数据，并将第一磁通数据和第二磁通数据上传到数据处理模块200，经过数据处理模块处理后，根据处理后的数据得到被测钢板1的三维轮廓图像，并在上位机300进行显示。其中，被测钢板1的材料可以为FeQ235。

可选地，在一些实施例中，磁成像探头100，包括：铝制探头壳体101、耐磨陶瓷片102、环形磁铁103、磁轭104和磁传感器阵列(如磁传感器探头105)。其中，铝制探头壳体101用于保护磁成像探头100。耐磨陶瓷片102位于磁成像探头100底端，并且与被测物体紧密接触。环形磁铁103的磁化方向垂直于被测物体表面，磁轭104与环形磁铁103轴心重合。磁传感器阵列位于磁轭104和耐磨陶瓷片102之间，用于检测磁轭104和被测物体之间的磁通。

可选地，在一些实施例中，磁轭104可以为高导磁性铁磁材料。

可选地，在一些实施例中，磁传感器阵列可以为圆形，磁传感器阵列的直径与磁传感器阵列所对的磁轭104的直径相同。

可选地，在一些实施例中，磁轭104底面、磁传感器阵列、耐磨陶瓷片102相互平行。

举例而言，结合图3和图4，本申请实施例的材缺陷磁成像装置10还包括：耐磨陶瓷片102、环形磁铁103、磁轭104、磁传感器阵列。其中，环形磁铁103可以为永磁铁，其材料可以为钕铁硼，环形磁铁103的内径(即环形磁铁103的半径)可以为30mm，外径可以为40mm，高度可以为20mm；磁轭104的材料为FeQ235，磁轭顶部圆饼部分厚度为 8mm，环形磁铁103内部磁轭的半径为28mm，高度为15mm；耐磨陶瓷片102的厚度为 0.5mm；磁传感器阵列由霍尔传感器组成，传感器间距为2mm，采样的提离值为1mm。

具体而言，如图5所示，当磁成像探头100置于被测钢板表面时，磁轭104、环形磁铁103、环形磁铁103与被测钢板间气息4、磁轭底面与被测钢板间气息3、被测钢板构成磁感线5的磁路。也就是说，当被测钢板表面及内部不存在缺陷时，磁路的磁阻不变，则磁传感阵列检测的磁通数据不变，当钢材表面存在缺陷时，如图3和图4中，缺陷位置2，此时磁轭底面与被测钢板间气息3增大，磁路磁阻增大，缺陷越深处，磁传感阵列检测出的磁通量越小。

如图6-图9所示，其为本申请实施例的四个缺陷剖面图及上位机300显示的对应缺陷三维轮廓图像。4个缺陷的开口轮廓尺寸都为40mm×10的矩形,缺陷深度最大值为4。从三维轮廓图可以看到公开的钢材缺陷磁成像方法可以对钢材表面的缺陷进行很好的三维轮廓成像。

可选地，在一些实施例中，如图4所示，磁成像探头100顶端设置有接插件106，以通过接插件106与数据线连接。

可以理解的是，磁成像探头100与数据线之间可以采用分体式设计，磁成像探头100 顶端有与数据线连接的接插件106。

根据本申请实施例提出的钢材缺陷磁成像装置，当被测构件表面无缺陷时，传感器阵列采集的磁通数据作为第一磁通数据，当被测构件表面出现缺陷时，磁轭底面和被测构件之间的气息距离增加，则磁传感器阵列处的磁通减小，数据处理模块将磁成像探头采集的第二磁通数据与第一磁通数据相减，便可得出探头下各处磁通的减小量，经过相应的算法可以快速得到缺陷的三维轮廓图像。该装置结构简单、造价低、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申请实施例提出的钢材缺陷磁成像装置。

图10是本申请实施例的钢材缺陷磁成像方法的流程图。

如图10所示，该钢材缺陷磁成像方法包括以下步骤：

S1，获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查被测物体的待检测区，得到第二磁通数据。

S2，根据第一磁通数据和第二磁通数据，计算得到变化磁通数据。

S3，根据变化磁通数据得到被测物体的三维轮廓图像。

需要说明的是，前述对钢材缺陷磁成像装置实施例的解释说明也适用于该实施例的钢材缺陷磁成像方法，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的钢材缺陷磁成像方法，当被测构件表面无缺陷时，传感器阵列采集的磁通数据作为第一磁通数据，当被测构件表面出现缺陷时，磁轭底面和被测构件之间的气息距离增加，则磁传感器阵列处的磁通减小，数据处理模块将磁成像探头采集的第二磁通数据与第一磁通数据相减，便可得出探头下各处磁通的减小量，经过相应的算法可以快速得到缺陷的三维轮廓图像。由此，结构简单、造价低、检测速度快，对缺陷危害的评估具有重要意义。

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申请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N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。

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。在本申请的描述中，“N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。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或它 们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请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)

1.一种钢材缺陷磁成像装置，其特征在于，包括：

磁成像探头，所述磁成像探头用于获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查所述被测物体的待检测区，得到第二磁通数据，所述磁成像探头包括环形磁铁、磁轭和磁传感器阵列，所述磁轭与所述环形磁铁轴心重合，所述环形磁铁的内径、外径和高分别为30mm、40mm和20mm，所述磁轭包括圆饼部和与所述圆饼部轴心重合的圆柱部，所述圆饼部位于所述环形磁铁的外部，所述圆柱部位于所述环形磁铁的内部，所述圆饼部的直径大于所述环形磁铁的内径，所述磁传感器阵列的直径与所述磁传感器阵列所对的磁轭直径相同，所述磁传感器阵列为圆形且由霍尔传感器组成，所述霍尔传感器之间的间距为2mm；

数据处理模块，所述数据处理模块用于接收所述磁成像探头发送的第一磁通数据和第二磁通数据，根据所述第一磁通数据和所述第二磁通数据，计算得到变化磁通数据，并根据所述变化磁通数据得到所述被测物体的三维轮廓图像；以及

上位机，所述上位机用于为所述数据处理模块和所述磁成像探头供电，并显示所述三维轮廓图像。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁成像探头，还包括：

铝制探头壳体，所述铝制探头壳体用于保护所述磁成像探头；

耐磨陶瓷片，所述耐磨陶瓷片位于所述磁成像探头底端，并且与所述被测物体紧密接触；

所述环形磁铁的磁化方向垂直于所述被测物体表面；

所述磁传感器阵列位于所述磁轭和所述耐磨陶瓷片之间，用于检测所述磁轭和所述被测物体之间的磁通。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁轭为高导磁性铁磁材料。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述磁轭底面、所述磁传感器阵列、所述耐磨陶瓷片相互平行。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块为现场可编程逻辑门阵列FPGA、复杂可编程逻辑器件CPLD、单片机中的任意一种或者多种的集合。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理模块包括多个数据输入接口和一个数据输出接口。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上位机由非易失性存储介质和数据分析软件构成。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述磁成像探头顶端设置有接插件，以通过所述接插件与数据线连接。

9.一种基于如权利要求1-8任一项所述的钢材缺陷磁成像装置的钢材缺陷磁成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取被测物体表面无损处的第一磁通数据，并扫查所述被测物体的待检测区，得到第二磁通数据；

根据所述第一磁通数据和所述第二磁通数据，计算得到变化磁通数据；以及

根据所述变化磁通数据得到所述被测物体的三维轮廓图像。

Images