CN209727827U - 一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，包括遮光黑箱、激励装置、试验台、红外热像仪、计算机、激励线圈、试件夹紧装置、三坐标位移机构；三坐标位移机构包括x方向移动模块、y方向移动模块以及z方向移动模块，通过三坐标位移机构实现红外热像仪的空间移动，满足了测量时红外热像仪与试件之间不同的位置需求，同时利用PLC控制系统实现自动测量并收集数据，测量精度高，可靠性强，结构简单，造价成本低，具有实际推广应用价值。

Description

一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种钢铁表面裂纹检测技术领域，尤其是涉及一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置。

背景技术

钢铁是在各个行业中被广泛使用的金属材料之一，在航空航天、交通运输、武器、能源等领域发挥了重要作用。裂纹则是钢结构中最常见的缺陷之一，他们往往是在应力的作用下生成，而在生产和使用的过程中，裂纹常常出现在材料表面，这将直接影响整个设备的使用和服务性能。而存在于构件材料中的小缺陷或裂纹，在发生疲劳断裂前往往没有明显的塑性变形，不易觉察出来，常会导致灾难性事故发生，造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，研究裂纹和其他小缺陷的无损检测手段，对于灾难性事故的预防，人民生命财产安全的保障具有重大意义。作为现代工业的基础技术之一，无损检测在保证产品质量和工程质量方面发挥着越来越重要的作用。无损检测(NDT)是一种以不破坏被测物体内部结构为前提，应用物理的方法，检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物体内部是否存在缺陷，从而判断被测物是否合格，进而评价其适用性的技术。脉冲涡流热成像是一种新兴的无损检测方法，通过分析部件表面温度分布来检测导体中的缺陷，具有较高的精度和灵敏度、较大的检测面积、较快的信号处理速度等优点。

实用新型内容

为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，该装置采用x方向移动模块、y方向移动模块以及z方向移动模块实现红外热像仪的空间移动，满足了测量时红外热像仪与试件之间不同的位置需求，同时利用PLC控制系统实现自动测量并收集数据，测量精度高，可靠性强，结构简单，造价成本低，具有实际推广价值。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案如下：设计一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，包括遮光黑箱、激励装置、试验台、红外热像仪、计算机、激励线圈、试件夹紧装置、三坐标位移机构；遮光黑箱安装在试验台上，遮光黑箱内安装有试件夹紧装置、三坐标位移机构和激励装置；试件夹紧装置通过支架安装在遮光黑箱的一侧，三坐标位移机构位于遮光黑箱的另一侧，红外热像仪固定在三坐标位移机构上且其镜头正对试件夹紧装置上的试件；激励线圈位于试件与红外热像仪的镜头之间且激励线圈安装在激励装置上端的一侧面上，激励装置的下端固定在试验台上；

三坐标位移机构包括x方向移动模块、y方向移动模块、z方向移动模块； x方向移动模块包含A₁直线导轨、A₂直线导轨、A旋转电机、A联轴器、A₁导轨滑块、A₂导轨滑块、A滚珠丝杠、A丝杠滑块，A₁直线导轨、A₂直线导轨平行的安装在x方向移动模块底板的两侧，A₁导轨滑块安装在A₁直线导轨上，A₂导轨滑块安装在A₂直线导轨上，A滚珠丝杠安装在A₁直线导轨、A₂直线导轨之间并与两者平行；A丝杠滑块安装在A滚珠丝杠上，A旋转电机通过A联轴器与A滚珠丝杠连接；

y方向移动模块包含B直线导轨、B旋转电机、B联轴器、B导轨滑块、B 滚珠丝杠、B丝杠滑块，B直线导轨与B滚珠丝杠平行的固定在y方向移动模块的底板上，B导轨滑块安装在B直线导轨上，B丝杠滑块安装在B滚珠丝杠上， B旋转电机通过B联轴器与B滚珠丝杠的一端连接；

z方向移动模块包含C直线导轨、C旋转电机、C联轴器、C导轨滑块、C 滚珠丝杠、C丝杠滑块，C直线导轨与C滚珠丝杠平行的固定在z方向移动模块的底板上，C导轨滑块安装在C直线导轨上，C丝杠滑块安装在C滚珠丝杠上， C旋转电机通过C联轴器与C滚珠丝杠的一端连接；

x方向移动模块横向固定在试验台，试件夹紧装置位于A₁直线导轨水平方向一端的左侧，A₁直线导轨位于试验台水平方向的内侧，A₂直线导轨位于试验台水平方向的外侧，y方向移动模块与x方向移动模块呈90°的安装在x方向移动模块上，y方向移动模块底板的下表面的两端分别固定在A₁导轨滑块、A₂导轨滑块上，且y方向移动模块底板的中部与A丝杠滑块固定连接；A旋转电机转动时，通过A联轴器带动A滚珠丝杠转动，与滚珠丝杠啮合的A丝杠滑块带动固定于其上的y方向移动模块沿A₁直线导轨、A₂直线导轨往返运动；

z方向移动模块竖直安装在y方向移动模块上，z方向移动模块底板的下端一侧固定在y方向移动模块的B丝杠滑块上，另一侧固定在y方向移动模块的 B导轨滑块，红外热像仪的一侧面通过红外热像仪安装板与C丝杠滑块和C导轨滑块固定连接，红外热像仪的镜头水平朝向安装有试件夹紧装置的一侧；

所述计算机内部集成有PLC控制系统，所述A旋转电机、B旋转电机、C 旋转电机均为步进电机且均配有步进电机驱动器，红外热像仪、步进电机驱动器均接入PLC控制系统。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、利用PLC控制系统控制三坐标位移机构将红外热像仪送至检测位置，通过试件夹紧装置、激励装置、红外热像仪的相互配合实现数据的采集。

2、本实用新型铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置的检测精度高，三坐标位移机构可将红外热像仪送至空间任意位置，通过相应的电机驱动可以精确地控制红外热像仪的空间位置，提高了检测效率，与此同时，自动化数据采集与检测也为自能生产奠定了基础。

3、本实用新型检测装置采用遮光黑箱，降低了光线对于数据采集的影响，降低了对于实验场地的要求。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的整体结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的x方向移动模块结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例的y方向移动模块结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例的z方向移动模块结构示意图；

图5为本实用新型一种实施例的x方向移动模块、y方向移动模块、z方向移动模块装配示意图；

图6为本实用新型一种实施例的激励装置与激励线圈装配示意图；

图7为本实用新型一种实施例的试件夹紧装置结构示意图；

其中，1—遮光黑箱，2—试件夹紧装置，3—激励装置，4—试件，5—x方向移动模块，6—y方向移动模块，7—z方向移动模块，8—红外热像仪，9—计算机，10—激励线圈，11—A₂导轨滑块，12—A联轴器，13—A丝杠滑块，14 —A滚珠丝杠，15—A旋转电机，16—A₁直线导轨17—A₁导轨滑块，18—B直线导轨，19—B导轨滑块，20—B丝杠滑块，21—B旋转电机，22—C直线导轨， 23—C导轨滑块，24—C丝杠滑块，25—C滚珠丝杠，26—C旋转电机，27—B滚珠丝杠，28—B联轴器，29—A₂直线导轨，30—试验台，31—C联轴器,32 —红外热像仪安装板，33—三坐标位移机构。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图详细叙述本实用新型。实施例是以本实用新型所述技术方案为前提进行的具体实施，给出了详细的实施方式和过程。但本申请的权利要求保护范围不限于下述的实施例描述。

本实用新型提供一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置(简称检测装置，参见图1-7)，包括遮光黑箱1、激励装置3、试验台30、红外热像仪8、计算机9、激励线圈10、试件夹紧装置2、三坐标位移机构33。遮光黑箱1 安装在试验台30上，遮光黑箱1内安装有试件夹紧装置2、三坐标位移机构 33和激励装置3。试件夹紧装置2通过支架安装在遮光黑箱1的一侧，三坐标位移机构33位于遮光黑箱1的另一侧，红外热像仪8固定在三坐标位移机构 33上且其镜头正对试件夹紧装置2上的试件4；激励线圈10位于试件4与红外热像仪8的镜头之间且激励线圈10安装在激励装置3上端的一侧面上，激励装置3的下端固定在试验台30上。

三坐标位移机构33包括x方向移动模块5、y方向移动模块6、z方向移动模块7；x方向移动模块5包含A₁直线导轨16、A₂直线导轨29、A旋转电机 15、A联轴器12、A₁导轨滑块17、A₂导轨滑块11、A滚珠丝杠14、A丝杠滑块 13，A₁直线导轨16、A₂直线导轨29平行的安装在x方向移动模块5底板的两侧， A₁导轨滑块17安装在A₁直线导轨16上，A₂导轨滑块11安装在A₂直线导轨29 上，A滚珠丝杠14安装在A₁直线导轨16、A₂直线导轨29之间并与两者平行；A 丝杠滑块13安装在A滚珠丝杠14上，A旋转电机15通过A联轴器12与A滚珠丝杠14连接。

y方向移动模块6包含B直线导轨18、B旋转电机21、B联轴器28、B导轨滑块19、B滚珠丝杠27、B丝杠滑块20，B直线导轨18与B滚珠丝杠27平行的固定在y方向移动模块6的底板上，B导轨滑块19安装在B直线导轨18 上，B丝杠滑块20安装在B滚珠丝杠27上，B旋转电机21通过B联轴器28 与B滚珠丝杠27的一端连接。

z方向移动模块7包含C直线导轨22、C旋转电机26、C联轴器31、C导轨滑块23、C滚珠丝杠25、C丝杠滑块24，C直线导轨22与C滚珠丝杠25平行的固定在z方向移动模块7的底板上，C导轨滑块23安装在C直线导轨22 上，C丝杠滑块24安装在C滚珠丝杠25上，C旋转电机26通过C联轴器31 与C滚珠丝杠25的一端连接。

x方向移动模块5横向固定在试验台30，试件夹紧装置2位于A₁直线导轨 16水平方向一端的左侧，A₁直线导轨16位于试验台30水平方向的内侧，A₂直线导轨29位于试验台30水平方向的外侧，y方向移动模块6与x方向移动模块5呈90°的安装在x方向移动模块5上，y方向移动模块6底板的下表面的两端分别固定在A₁导轨滑块17、A₂导轨滑块11上，且y方向移动模块6底板的中部与A丝杠滑块13固定连接；A旋转电机15转动时，通过A联轴器12带动A滚珠丝杠14转动，与滚珠丝杠14啮合的A丝杠滑块13带动固定于其上的 y方向移动模块6沿A₁直线导轨16、A₂直线导轨29往返运动。

z方向移动模块7竖直安装在y方向移动模块6上，z方向移动模块7底板的下端一侧固定在y方向移动模块6的B丝杠滑块20上，另一侧固定在y方向移动模块6的B导轨滑块19，红外热像仪8的一侧面通过红外热像仪安装板32 与C丝杠滑块24和C导轨滑块23固定连接，红外热像仪8的镜头水平朝向安装有试件夹紧装置2的一侧。

A旋转电机15的转动带动红外热像仪8沿试验台30左右方向往返运动，B 旋转电机21的转动带动红外热像仪8沿试验台30前后方向往返运动，C旋转电机26的转动带动红外热像仪8沿试验台30高度方向上下往返运动；通过x 方向移动模块5、y方向移动模块6、z方向移动模块7的移动改变红外热像仪安装板32的空间位置，进而控制红外热像仪8的空间位置，以实现红外热像仪 8的镜头与试件中心共线。

上述A旋转电机15、B旋转电机21、C旋转电机26均为步进电机。

上述激励装置、红外热像仪、试件夹紧装置均为市售产品。激励装置3为美国AMBRELL的EASYHEAT，激励装置中包含试件夹紧装置，红外热像仪8为高分辨率红外热像仪FLIR 10xx。

所述计算机9内部集成有PLC控制系统，PLC控制系统采用S7-1200 CPU1212C控制器。

所述A旋转电机15、B旋转电机21、C旋转电机26均配有步进电机驱动器，红外热像仪、步进电机驱动器均接入PLC控制系统PLC，通过PLC编程实现自动测量。

本实用新型的工作原理和过程如下：检测前，将试件4安装在试件夹紧装置2上，红外热像仪8安装在红外热像仪安装板32上，将遮光黑箱1的箱盖关闭，此时测量环境为黑暗状态。通过A旋转电机15将y方向移动模块5调至准确位置，通过B旋转电机21将z方向移动模块6调至准确位置，通过C旋转电机26驱动将红外热像仪安装板32调至准确位置。开启激励装置3和红外热像仪8，对试件4施加激励，同时触发红外热像仪8录制视频，试件4表面会因裂纹的存在而产生相应的温度变化，通过温度的分布可以识别缺陷。

利用本实用新型所述的技术方案，或本领域的技术人员在本实用新型技术方案的启发下，设计出类似的技术方案，而达到上述技术效果的，均是落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，其特征在于，包括遮光黑箱、激励装置、试验台、红外热像仪、计算机、激励线圈、试件夹紧装置 、三坐标位移机构；遮光黑箱安装在试验台上，遮光黑箱内安装有试件夹紧装置、 三坐标位移机构和激励装置；试件夹紧装置通过支架安装在遮光黑箱的一侧，三坐标位移机构位于遮光黑箱的另一侧，红外热像仪固定在三坐标位移机构上且其镜头正对试件夹紧装置上的试件；激励线圈位于试件与红外热像仪的镜头之间且激励线圈安装在激励装置上端的一侧面上，激励装置的下端固定在试验台上；

三坐标位移机构包括x方向移动模块、y方向移动模块、z方向移动模块；x方向移动模块包含A₁直线导轨、A₂直线导轨、A旋转电机、A联轴器、A₁导轨滑块、A₂导轨滑块、A滚珠丝杠、A丝杠滑块，A₁直线导轨、A₂直线导轨平行的安装在x方向移动模块底板的两侧，A₁导轨滑块安装在A₁直线导轨上，A₂导轨滑块安装在A₂直线导轨上，A滚珠丝杠安装在A₁直线导轨、A₂直线导轨之间并与两者平行；A丝杠滑块安装在A滚珠丝杠上，A旋转电机通过A联轴器与A滚珠丝杠连接；

y方向移动模块包含B直线导轨、B旋转电机、B联轴器、B导轨滑块、B滚珠丝杠、B丝杠滑块，B直线导轨与B滚珠丝杠平行的固定在y方向移动模块的底板上，B导轨滑块安装在B直线导轨上，B丝杠滑块安装在B滚珠丝杠上，B旋转电机通过B联轴器与B滚珠丝杠的一端连接；

z方向移动模块包含C直线导轨、C旋转电机、C联轴器、C导轨滑块、C滚珠丝杠、C丝杠滑块，C直线导轨与C滚珠丝杠平行的固定在z方向移动模块的底板上，C导轨滑块安装在C直线导轨上，C丝杠滑块安装在C滚珠丝杠上，C旋转电机通过C联轴器与C滚珠丝杠的一端连接；

x方向移动模块横向固定在试验台，试件夹紧装置位于A₁直线导轨水平方向一端的左侧，A₁直线导轨位于试验台水平方向的内侧，A₂直线导轨位于试验台水平方向的外侧，y方向移动模块与x方向移动模块呈90°的安装在x方向移动模块上，y方向移动模块底板的下表面的两端分别固定在A₁导轨滑块、A₂导轨滑块上，且y方向移动模块底板的中部与A丝杠滑块固定连接；A旋转电机转动时，通过A联轴器带动A滚珠丝杠转动，与滚珠丝杠啮合的A丝杠滑块带动固定于其上的y方向移动模块沿A₁直线导轨、A₂直线导轨往返运动；

z方向移动模块竖直安装在y方向移动模块上，z方向移动模块底板的下端一侧固定在y方向移动模块的B丝杠滑块上，另一侧固定在y方向移动模块的B导轨滑块，红外热像仪的一侧面通过红外热像仪安装板与C丝杠滑块和C导轨滑块固定连接，红外热像仪的镜头水平朝向安装有试件夹紧装置的一侧；

所述计算机内部集成有PLC控制系统，所述A旋转电机、B旋转电机、C旋转电机均为步进电机且均配有步进电机驱动器，红外热像仪、步进电机驱动器均接入PLC控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，其特征在于，PLC控制系统采用S7-1200 CPU1212C控制器。

3.根据权利要求1所述的一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，其特征在于，激励装置为美国AMBRELL的EASYHEAT，激励装置中包含试件夹紧装置。

4.根据权利要求1所述的一种钢铁表面裂纹的脉冲涡流热成像检测装置，其特征在于，红外热像仪为高分辨率红外热像仪FLIR 10xx。