CN207586176U - 一种金属焊件缺陷检测的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属焊件缺陷检测的装置，包括磁场发生器，用于产生检测磁场；磁光传感器，用于产生偏振光，当待检测金属焊件位于检测磁场中时，通过偏振光检测由于待检测金属焊件的影响而产生变化的检测磁场，并生成相应的磁光图像，以便根据磁光图像获得待检测金属焊件的缺陷信息；直流电源，用于当待检测金属焊件位于检测磁场中时，为待检测金属焊件接通直流电。本实用新型中通过直流电源为待检测金属焊件接通直流电，使得磁光图像中的缺陷信息更为明显，从而提高对金属焊件缺陷检测的准确度。避免了某些裂纹或气泡等缺陷过小或缺陷位置过深，导致在磁光图像中不能够被明显显示出来，使待检测金属焊件缺陷检测失败的问题。

Description

一种金属焊件缺陷检测的装置

技术领域

本实用新型涉及焊件检测技术领域，特别是涉及一种金属焊件缺陷检测的装置。

背景技术

焊接技术是一种通过热加工方式把同种或异种材料结合为一体的制造技术，是现代工业制造中不可缺少的加工技术之一。在焊接过程中，由于受到外部环境等因素的影响，会使焊件产生裂纹、气孔、凹陷、夹杂、未融合、未焊透、焊偏等焊接缺陷，直接影响焊接质量。为了保证焊接产品质量，需要对其中的焊缝进行无损检测。但传统的无损检测方法存在着一定的限制性，不能准确的检测到焊件的缺陷情况。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种金属焊件缺陷检测的装置，解决了传统无损检测方法具有局限性的问题，使得金属焊件的缺陷检测更为准确，提高了金属焊件的质量。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种金属焊件缺陷检测的装置，其特征在于，包括：

磁场发生器，用于产生检测磁场；

磁光传感器，用于产生偏振光，当待检测金属焊件位于所述检测磁场中时，通过偏振光检测由于所述待检测金属焊件的影响而产生变化的所述检测磁场，并生成相应的磁光图像，以便根据所述磁光图像获得所述待检测金属焊件的缺陷信息；

直流电源，用于当所述待检测金属焊件位于所述检测磁场中时，为所述待检测金属焊件接通直流电。

其中，还包括超声波传感器，用于向所述待检测金属焊件发射超声波，接收由于所述待检测金属焊件的影响而产生变化后的所述超声波，并生成检测信息，以便结合所述检测信息和所述磁光图像获得所述待检测金属焊件的缺陷信息。

其中，还包括位于所述磁光传感器所产生的检测磁场中的平移平台，以及和所述平移平台向连接的平台控制器；

所述平移平台用于放置所述待检测金属焊件；

所述平台控制器用于控制所述平移平台向预定方向平移，以便检测所述待检测金属焊件不同部位的缺陷信息。

其中，所述平移平台上还设置有转台，所述待检测金属焊件固定在所述转台上；

还包括驱动装置，用于驱动所述转台带动所述待检测金属焊件在预设平面内旋转。

其中，所述转台为转速为10r/min-30r/min的转台。

其中，所述检测磁场的磁场方向在预定平面内旋转。

其中，所述磁场发生器为两组励磁磁轭，两组所述励磁磁轭中至少有一组励磁磁轭的励磁电流为交流电。

其中，所述励磁电流为电压变化范围为50V-150V的交流电。

其中，两组所述励磁磁轭为一对绕有励磁线圈的U型磁铁。

其中，两组所述励磁磁轭为两组相互垂直绕有励磁线圈的磁极，所述励磁线圈接通正弦交流电，两组磁极的励磁线圈接通的正弦交流电的相位差为90度。

本实用新型所提供的金属焊件缺陷检测的装置，采用基于磁光成像原理的磁光传感器，将待检测金属焊件置于磁场发生器产生的检测磁场中，检测磁场的磁场线会根据待检测金属焊件的形状发生相应的变化，对于待检测金属焊件内部的裂纹气泡等缺陷也会相应的显示到磁场线的变化上，由于磁场线是不可见的，因此，可采用偏振光对检测磁场的变化进行检测，最终通过磁光传感器的磁光成像设备显示出来，但是目前通过磁光成像检测的待检测金属焊件的缺陷信息并不是特别明显，为此本实用新型中，还采用了对处于检测磁场中的待检测金属焊件通电的直流电源，增加了待检测金属焊件趋肤深度，使得金属焊件的缺陷对检测磁场的影响更为明显，最终在磁光图像中也能够更为清晰的显示出金属焊件的缺陷，避免了某些裂纹或气泡等缺陷过小或缺陷位置过深，导致在磁光图像中不能够被明显显示出来的，使待检测金属焊件缺陷检测失败的问题。因此，本实用新型中提供了一种更为准确的检测金属焊件缺陷信息的装置，提高了金属焊件的质量，保证了金属焊件应用的安全性问题。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种具体实施例中金属焊件缺陷检测装置的示意图；

图2为法拉第磁致旋光效应原理示意图；

图3为本实用新型中所提供的一种磁光传感器的原理示意图；

图4为本实用新型提供的超声波检测金属焊件裂纹的原理示意图；

图5(a)为本实用新型实施例中两组磁轭产生的磁场叠加示意图；

图5(b)为图5(a)中两组磁轭产生的磁场在不同时刻叠加示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

下面对本实用新型实施例提供的金属焊件缺陷件测的装置进行介绍。

图1为本实用新型提供的一种具体实施例中金属焊件缺陷件测装置的示意图。该装置可以包括：磁场发生器、磁光传感器和直流电源，其中磁场发生器和磁光传感器封装在检测仪11中。

磁场发生器，用于产生检测磁场；

磁光传感器用于产生偏振光，在检测仪11的下方设置有放置待检测金属焊件12的平台13，该平台13位于磁场发生器产生的检测磁场中，且封装在检测仪11内的磁光介质也位于检测磁场中，封装在检测仪11中的偏振光源入射到磁光介质后反射被检偏器接收，最终将该光线发送至成像设备，生成磁光图像，并在和检测仪11相连接的主机上显示出来。

当待检测金属焊件12位于检测磁场中时，通过偏振光检测由于待检测金属焊件12的影响而产生变化的检测磁场，并生成相应的磁光图像，那么该磁光图像就包含有待检测金属焊件12的缺陷信息。

直流电源用于对待检测金属焊件12通电，增强金属焊件的趋肤深度，使缺陷信息更为明显。

需要说明的是，直流电源可以是内置在磁光传感器内部的一个部件，也可以是独立于磁光传感器之外的电源。

根据法拉第磁光效应：当一束线偏振光在磁光介质中传播，若光传播方向施加一个外部磁场，偏振光的振动面装过一个法拉第旋转角，磁光效应的原理图如图2所示，入射偏振光22经过磁光介质21之后，变为偏振光23，其中入射偏振光22的传播方向和磁光介质21所在的磁场方向平行，而偏振光23相对于入射偏振光22发生了一定角度的偏转，偏转角度为θ。

基于法拉第磁光效应，应用到金属焊件的探伤检测。基本原理如图3所示，图3为本实用新型中所提供的一种磁光传感器的原理示意图，图3中LED光源31发出的光经起偏器32后变成线偏振光，线偏振光经过反射镜33后投射到磁光介质34上，其中，磁光介质34 和带缺陷的金属焊件35均位于磁场线圈36产生的检测磁场中，线偏振光经过反射面37后线偏振光再次经过磁光介质34，通过反射镜33 的光路传导投射到检偏器38上，再经过CMOS相机39捕获经检偏器 38传送的光，生成磁光图像，并将磁光图像发送至显示设备30进行显示。

金属焊件处于检测磁场中，对于无缺陷区域的金属焊件将形成完整的磁路，沿着偏振光的传播方向没有磁场分量存在，偏振光的振动面不发生偏转；存在缺陷区域的金属焊件无法形成完整的磁路，反射镜面下方缺陷处的磁场方向发生变化，沿着偏振光的传播方向存在磁场分量，则偏振光的振动面发生偏转。包含了金属焊件质量信息的线偏振光经检偏器后由CMOS传感器接收，形成金属焊件缺陷的磁光图像。

对于带有缺陷的金属焊件，之所以会使磁场方向发生改变，是因为在缺陷区域出现了漏磁现象，但是漏磁现象的明显与否，和缺陷的大小、深度以及方向存在很大的联系。对于某些较小的裂纹、气泡等不是很明显的裂纹，是磁场方向发生偏转的量也会比较小，漏磁现象并不明显，那么线偏振光的偏转角相应的也会较小。反应到磁光图像上的金属焊件的缺陷并不明显。另外，在金属焊件中相对较深的缺陷，由于金属焊件的磁导率较高，距离金属焊件表面越远的缺陷，随着磁场在金属焊件内部的传播，漏磁现象也会存在一定程度的减弱，最终导致磁光图像无法清晰的显示出缺陷信息。。

为此，本实用新型中为了使金属焊件的缺陷在磁光图像中能够更为明显的显现出来，就对检测磁场中待检测金属焊件12接通直流电，从而降低金属焊件的磁导率，增强金属焊件的趋肤深度，减小了检测磁场在金属焊件的内部传播时金属焊件对磁场的影响，从而增强金属焊件缺陷处的漏磁信号，以检测出尺寸较小以及更深层次的缺陷。

基于上述实施例，考虑到通过磁光成像仅仅只能够检测出金属焊件中是否存在缺陷，以及缺陷的大体形状和种类，并不能确定出缺陷具体存在的深度以及位置。为了更全面的检测出金属焊件缺陷的深度以及具体位置，在本实用新型的另一具体实施例中，可以进一步包括：

超声波传感器，该超声波传感器也可以封装在检测仪11内，超声波传感器中具有发射超声波的超声波发射器，和接收超声波的超声波接收器，超声波发射器向位于平台13上的待检测金属焊件12发射超声波，超声波传播至待检测金属焊件12内的缺陷的端面时，会发生反射，反射的超声波被超声波接收器所接收，超声波接收器对接收到的超声波进行分析，从而获得缺陷的具体所处的位置及深度。

结合超声波检测获得的缺陷信息和磁光传感器检测获得的缺陷信息，能够准确而精确的检测出更为全面的缺陷信息。

本实施例中主要是在进行磁光成像之后又进行了超声波检测，对于超声波检测金属焊件的基本原理，请参考图4，图4为本实用新型提供的超声波检测金属焊件裂纹的原理示意图。图4中，a为侧向波， b为缺陷上端衍射波，c为缺陷下端衍射波，d为底面反射波。采用双探头一收一发的工作方式，通过超声波发射器42向金属焊件发出超声波，通过超声波接收器41接收并处理缺陷43上下端的超声衍射波。在垂直探伤时，一般采用纵波，在斜射探伤时一般采用横波。可有长生波检测的缺陷回拨信号的出现判断缺陷的存在，又可由超声波信号出现的位置来确定缺陷距离探测面的距离，通过回波幅度来判断缺陷的当量大小。

需要说明的是，超声波检测的侧重点是确定缺陷位于金属焊件的内的深度，也即是金属焊件中缺陷的具体位置，而磁光成像则侧重于检测金属焊件中缺陷的种类、大小以及形状，将这两种不同的缺陷信息相通过计算机结合处理，即可实现对金属焊件的缺陷更为清晰准确的检测。

在实际操作过程中，为了更为全面的检测金属焊件的缺陷情况，同时采用两种检测装置分别对金属焊件进行检测，为了避免两种检测装置相互干扰，是需要先启动一种检测装置进行检测之后，再采用另一装置进行另外一种检测，磁光传感器和超声波传感器之间启动检测的顺序不存在必然的先后关系。

基于上述实施例，考虑到如果金属焊件的尺寸相对较大，而磁光成像以及超声波的检测区域的大小存在一定的局限性。在本实用新型的另一可选的实施例中，还可以进一步包括：

用于放置待检测金属焊件12且可以平移的平移平台，具体的该平移平台可以位于检测仪11的下方，且该平移平台和平台控制器16相连接，平台控制器16控制平移平台向预定方向平移，以便检测所述待检测金属焊件12不同部位的缺陷信息。

如图1所示，图1中的平移平台是两个相互垂直的平移平台，其中一个为X轴平移平台141，另一个为Y轴平移平台142，两者可移动方向相互垂直，当待检测金属焊件12体积相对较大时，就可以通过 X轴平移平台141和Y轴平移平台142，使待检测金属焊件12的各个部位依次位于检测区域内。

在实际应用中，在磁光传感器和超声波传感器检测获得待检测金属焊件12某一局部位置对应的缺陷深度信息之后，使平台控制器控制移动平台带动待检测金属焊件12向预定方向平移，使待检测金属焊件 12的各个不同部位均能依次位于磁光传感器和超声波传感器的检测区域，并再重复使用磁光传感器和超声波传感器检测金属焊件，从而使得金属焊件各个部位的缺陷均能够被清晰准确的检测出来。

基于上述任意实施例，考虑到由于当金属焊件裂纹或其他缺陷延伸的方向和检测磁场的磁场方向相互垂直时，漏磁现象最为明显，当金属焊件裂纹或其他缺陷延伸的方向和检测磁场的磁场方向相互平行时，漏磁现象几乎不可见。因此，为了能够明显检测出金属焊件内向各个方向延伸的缺陷磁光图像，在本实用新型的另一具体实施例中，可以包括：

在磁光传感器和超声波传感器的检测区域的平台13为可带动待检测金属焊件12旋转的转台，具体的，可以在平移平台的上方在设置转台，而金属焊件固定在该转台上。

同时将该转台和驱动装置15连接，使驱动装置15可以驱动转台旋转，并通过驱动装置15控制转台的旋转角度以及旋转速率。

当驱动装置15驱动转台旋转时，转台可以带动待检测金属焊件12在预设平面内旋转，该预设平面为待检测金属12需要检测的截面，当位于该预定平面内的缺陷延伸方向和检测磁场垂直时，能够检测出更为准确清晰的缺陷信息，使转台旋转，就可以使待检测金属焊件12 内的缺陷相对于检测磁场的磁场方向旋转，从而检测出金属焊件各个方向的缺陷信息。

其中，最为优选的实施方式该预定平面应为和检测磁场的磁场方向相互平行的磁场，且旋转的角度不小于90度。如果旋转角度小于 90度，在一定程度上也能够检测出金属焊件内向多个方向延伸的缺陷，但是，旋转角度大于等于90度时，能够更全面清晰的检测出向各个方向延伸的缺陷。当然，对于预定平面和检测磁场的磁场方向平行，并不是本实用新型的必要技术特征，在本实用新型中，只要预定平面和检测磁场的磁场线方向不相互垂直即可。但在实际操作过程中，为了操作方便，可以之间设置转台可360度旋转。

为了避免在检测过程中，待检测的金属焊件因旋转速度过高飞出或者获得的磁光图像不清晰，影响检测结果，可以进一步限定转台的转速为10r/min-30r/min，转台更为优选的转速为20r/min。

需要说明的是，图1中并未表示出各个部件之间的连接关系，但是对于图1中各个部件很容易想到通过能够传输信息的连接线或者其他的方式进行连接。

基于上述任意实施例，为了检测金属焊件内各个方向的缺陷信息，本实用新型还提供了另一种可选的实施方式，包括：

磁场发生器产生的检测磁场为磁场方向在预定平面内旋转的磁场，该预定平面为待检测金属所在的平面。和上述实施例原理相同，通过旋转检测磁场的方向，可以检测待检测金属焊件12内部各个不同方向的缺陷信息。

可选的，本实施例中磁场发生器可以具体为两组励磁磁轭。需要说明的是，两组励磁磁轭产生的磁场方向不能够相互平行。因为最终的检测磁场时由两组磁轭产生的磁场叠加而成的磁场，那么，检测磁场的方向就和两组磁轭产生的磁场的方向以及大小有关。如果两组磁轭产生的磁场方向相互平行，即便两组磁场大小发生变化，最终检测磁场的方向也是不变的。因此本实用新型中两组磁轭产生的磁场具有一定的夹角，且至少有一组磁轭中的励磁电流为交流电，那么接通有交流电的磁轭，产生的磁场大小是随时间变化的，那么该磁场和另一磁轭产生的磁场叠加后的方向也会随时间相应的发生改变。具体的可参考图5(a)和5(b)，图5(a)为本实用新型实施例中两组磁轭产生的磁场叠加示意图，图5(b)为图5(a)中两组磁轭产生的磁场在不同时刻叠加示意图，两组磁轭产生的磁场分别为X₁和X₂，在X₁和X₂方向不变，大小随时间变化的情况下，两个磁场的合磁场X的大小和方向均发生了变化。

为了防止两组磁轭的励磁电流的电压过大，在励磁过程中产生振动损坏实验仪器，可以进一步限定励磁电流的电压不大于150V；进一步地，为了避免由于励磁电流的电压太小，导致产生的检测磁场过小，磁光传感器采集到的图像效果不明显，影响检测结果，可以进一步限定励磁电流的电压不低于50V，具体的，可以是50V、70V、90V、110V、 130V、150V。

另外，本实用新型中还可以采用多组接通直流电的磁轭，且每组磁轭产生的磁场方向均不相同，通过控制各组磁轭在不同时间段接通直流电，使得在不同时间段内，由各个磁轭产生的磁场叠加得到的检测磁场的磁场方向发生变化，从而检测金属焊件在各个方向上的缺陷。

可选的，两组励磁磁轭具体的可以采用一对绕有励磁线圈的U型磁铁。

可选的，两组励磁磁轭为两组相互垂直绕有励磁线圈的磁极，所述励磁线圈接通正弦交流电，两组磁极的励磁线圈接通的正弦交流电的相位差为90度，但是这并不是本实施例中唯一的实现方式，两组磁极的励磁线圈接通的励磁电流的相位差和两组磁极之间的夹角有关，当两组磁极之间的夹角为60度时，励磁电流的交流电的交叉角也为 60度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

以上对本实用新型所提供的金属焊件缺陷检测的装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属焊件缺陷检测的装置，其特征在于，包括：

磁场发生器，用于产生检测磁场；

磁光传感器，用于产生偏振光，当待检测金属焊件位于所述检测磁场中时，通过所述偏振光检测由于所述待检测金属焊件的影响而产生变化的所述检测磁场，并生成相应的磁光图像，以便根据所述磁光图像获得所述待检测金属焊件的缺陷信息；

直流电源，用于当所述待检测金属焊件位于所述检测磁场中时，为所述待检测金属焊件接通直流电。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括超声波传感器，用于向所述待检测金属焊件发射超声波，接收由于所述待检测金属焊件的影响而产生变化后的所述超声波，并生成检测信息，以便结合所述检测信息和所述磁光图像获得所述待检测金属焊件的缺陷信息。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括位于所述检测磁场中的平移平台，以及和所述平移平台相连接的平台控制器；

所述平移平台用于放置所述待检测金属焊件；

所述平台控制器用于控制所述平移平台向预定方向平移，以便检测所述待检测金属焊件不同部位的缺陷信息。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述平移平台上还设置有转台，所述待检测金属焊件固定在所述转台上；

还包括驱动装置，用于驱动所述转台带动所述待检测金属焊件在预设平面内旋转。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述转台为转速为10r/min-30r/min的转台。

6.根据权利要求1至3任一项所述的装置，其特征在于，所述检测磁场的磁场方向在预定平面内旋转。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述磁场发生器为两组励磁磁轭；

两组所述励磁磁轭中至少有一组励磁磁轭的励磁电流为交流电。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述励磁电流为电压变化范围为50V-150V的交流电。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，两组所述励磁磁轭为一对绕有励磁线圈的U型磁铁。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，两组所述励磁磁轭为两组相互垂直绕有励磁线圈的磁极，所述励磁线圈接通正弦交流电，两组磁极的励磁线圈接通的正弦交流电的相位差为90度。