CN212255191U - 一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，涉及钢丝绳无损检测技术领域，提出的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，基于涡流热成像法进行钢丝绳的热成像，响应速度快，可以对快速运动的钢丝绳进行在线检测；在获取钢丝绳的热图像数据时，不用与钢丝绳接触，无需耦合剂，受外来因素的影响很小；传统的钢丝绳检测难以准确的判断缺陷形位信息，本方案通过钢丝绳温度分布模型图能够准确的表征缺陷部位的形状信息和位置信息。

Description

一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置

技术领域

本实用新型涉及钢丝绳无损检测技术领域，具体而言，涉及一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置。

背景技术

钢丝绳是选用力学性能与几何尺寸相似的钢丝按照一定的规格要求以螺旋状捻制在一起的钢丝束，包含钢丝，绳芯和润滑脂等部分。钢丝绳的特殊结构使得其具有挠性好，强度高，自重轻，弹性大工作平稳可靠且受载能力强等优点，并广泛运用于起重设备、机械传动装置、桥梁机械、船舶机构、吊车起重机、缆车索道等重载牵引场合。因此，钢丝绳在国民生产中起到了重要的作用。

大部分钢丝绳由于长期工作在油污，高负载的环境下，极易产生疲劳、锈蚀、点蚀、磨损等缺陷，从而影响钢丝绳的有效负载能力，甚至可能导致其骤断，造成严重的设备威胁与人生安全事故。钢丝绳的定期检测能够保证其正常运行，辅助其维护工作，降低由于钢丝绳失效而导致的事故的发生概率，并避免对工作状态良好的钢丝绳进行误更换而产生较大浪费。因此制定合理有效的钢丝绳无损检测手段显得十分重要。

钢丝绳的无损检测有检测批量大，重复高等特点。现有的钢丝绳检测方法主要有漏磁检测，超声检测，涡流检测，射线检测，光学检测等方法。漏磁检测通过测量被缺陷扰动的磁通来识别缺陷，检测速度快且能够捕捉到内部缺陷的扰动情况；超声检测通过接受被缺陷返回的振动信号来实现检测，同样可以实现内部缺陷的标定；涡流检测是利用传感器来识别被缺陷扰动的涡流分布，来实现缺陷检测。其相应速度较快；射线检测利用X光，通过在另一面的照片来识别缺陷，成像直观；光学检测则直接通过摄像机拍摄钢丝绳表面进行检测，能够获取较高的检测结果。

上述提到的检测方法都有各自的优势，但是也存在诸多问题：

漏磁检测虽然检测速度快，但是通过信号标定缺陷位置与几何尺寸困难，信号解释不唯一；超声检测由于钢丝绳的复杂结构，导致其回波信号信噪比低，识别缺陷困难；涡流检测的传感器结构复杂，且对断丝，锈蚀等缺陷检测的分辨率较低；射线法虽直观但不能进行连续的检测，效率低下；光学法虽检测精度高，但是检测设备成本很高，且受钢丝绳表面的油污影响较大。因此，为了满足现代钢丝绳检测高效快速的工业需求，实用新型了一种基于图像识别技术与涡流热成像检测技术的钢丝绳检测转置，具有较大的科研意义与实用价值。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其能够缓解上述问题。

为了缓解上述的问题，本实用新型采取的技术方案如下：

本实用新型提供了一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，包括：

数据处理终端，用于对热图像数据进行处理，找出缺陷部位，并根据运动位置信息数据对缺陷部位进行位置标定；

红外热像仪圆周阵列，其与所述数据处理终端电连接，用于获取钢丝绳圆周上的热图像数据，并发送至所述数据处理终端；

位置检测模块，其与所述数据处理终端电连接，用于获取钢丝绳的运动位置信息数据，并发送至所述数据处理终端；

高频交流加热器，用于对钢丝绳需要进行热成像的部位加热。

本方案的技术效果是：提供了一种可实现钢丝绳涡流热成像缺陷检测方法的装置，该装置能基于涡流热成像法进行钢丝绳的热成像，响应速度快，可以对快速运动的钢丝绳进行在线检测；在获取钢丝绳的热图像数据时，不用与钢丝绳接触，无需耦合剂，受外来因素的影响很小；通过获取钢丝绳温度分布模型图能够准确的表征缺陷部位的形状信息和位置信息。

进一步地，所述红外热像仪圆周阵列包括三个高频红外热像仪，在获取钢丝绳圆周上的热图像数据时，三个所述高频红外热像仪能以钢丝绳为中心，按120°间隔均匀圆周排列。

本方案的技术效果是：红外热像仪圆周阵列以该角度按照圆周方向排列，使其视场角重叠，形成一个封闭连续的圆周视角，实现对钢丝绳圆周的完整检测。

进一步地，所述位置检测模块包括编码轮以及位置信号处理模块；所述编码轮与所述位置信号处理模块电连接，用于向所述位置信号处理模块发送表征钢丝绳运动位置的脉冲信号；所述位置信号处理模块与所述数据处理终端电连接，其用于接收脉冲信号，并将其转化为所述运动位置信息数据。

本方案的技术效果是：能根据编码轮的周长以及脉冲信号，计算钢丝绳的运动位置。

更进一步地，该装置还包括钢丝绳导向系统，在利用牵引装置牵引钢丝绳运动的过程中，所述钢丝绳导向系统用于引导钢丝绳直线运动，所述编码轮安装于靠近所述钢丝绳导向系统的位置。

本方案的技术效果是：通过钢丝绳导向系统可限制参照钢丝绳径向晃动，保证牵引运动状态的钢丝绳在圆周方向均匀加热，且能确保编码轮具有更好的检测精度。

更进一步地，所述数据处理终端为PC端，其通过串口与所述位置信号处理模块电连接。

进一步地，所述高频交流加热器安装有交流加热器水冷装置，所述交流加热器水冷装置用于对所述高频交流加热器的激励线圈和激励源进行降温保护。

更进一步地，所述交流加热器水冷装置包括水箱、水泵和水管，所述水管、所述水泵以及所述水箱一起构成用于对所述高频交流加热器的激励线圈和激励源进行冷却的水循环路径。

更进一步地，所述高频交流加热器的激励线圈为多匝的螺旋线排布结构。

更进一步地，所述高频交流加热器的激励线圈为铜管。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本实用新型实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是采用钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置进行检测的应用示意图；

图2是待检钢丝绳表面的缺陷示意图；

图3是高频交流加热器激励线圈对待检钢丝绳表面进行全周加热的示意图；

图4是被加热的待检钢丝绳表面的温度分布图；

图5是在图像处理后的待检钢丝绳温度分布模型图；

图6是无缺陷钢丝绳和有缺陷钢丝绳的红外热像仪阵列成像的对比图；

图中：1-高频交流加热器激励源，2-交流加热器水冷装置，3-待检钢丝绳，4-高频交流加热器激励线圈，5-红外热像仪阵列，6-钢丝绳导向系统，7-编码轮，8-位置信号处理模块，9-PC端，10-缺陷部位，11-加热的温度场，12-无缺陷位置钢丝绳的温度分布，13-缺陷位置的温度断带。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

实施例

请参照图1～图6，本实用新型实施例利用钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置对待检钢丝绳3的进行缺陷检测。

其中，检测装置包括红外热像仪圆周阵列、位置检测模块、高频交流加热器、钢丝绳导向系统6和数据处理终端，下面对各部分进行介绍：

红外热像仪圆周阵列，其包括三个高频红外热像仪，用于从不同角度获取钢丝绳完整圆周上的热图像数据。

位置检测模块，其包括编码轮7，以及与编码轮7信号连接的位置信号处理模块8，编码轮7用于与钢丝绳接触并同步运动，且向位置信号处理模块8输出表征钢丝绳运动位置的脉冲信号，位置信号处理模块8用于接收脉冲信号，并将其转化为运动位置信息数据。

高频交流加热器，其包括高频交流加热器激励源1和高频交流加热器激励线圈4，用于对钢丝绳需要进行热成像的部位加热，其电流的变化频率在240KHz左右，在这一变化频率下，在高频交流加热器激励线圈4的四周会感应出较强的交变磁场，由于钢丝绳的材料为铁磁性材料，在交变磁场中移动会感应出较强的电场，感应出的电场会在钢丝绳的近表面组成无数个电回路，形成感应涡流，由此产生热损耗，从而表现为温度上升，实现感应加热。高频交流加热器可以通过调节激励源输出的电流来控制对钢丝绳的加热功率，其线圈电容可以依据不同的激励线圈形状与钢丝绳尺寸进行配置，保证阻抗匹配，提高输出效率，并且可依据检测需求灵活设置其在钢丝绳上的安装位置。

其中，高频交流加热器激励线圈4为以较大螺距的螺旋线排布的铜管，在安装时，钢丝绳从螺旋状线圈的中间穿过，可实现对钢丝绳的全周加热。同时较大的螺距可以减小对热像仪阵列视角的阻挡。

高频交流加热器激励线圈4采用多匝的螺旋线排布，匝数可依据不同的检测钢丝绳规格调整，匝数越多加热效果越强，以实现多种规格的钢丝绳检测。

在本实施例中，在高频交流加热器对钢丝绳加热的过程中，为了对高频交流加热器激励源1和高频交流加热器激励线圈4进行降温保护，为高频交流加热器配置了交流加热器水冷装置2。交流加热器水冷装置2包括水箱、水泵和水管，水管与高频交流加热器激励源1和高频交流加热器激励线圈4接触，在水泵的作用下，循环水在水管内循环流动，继而对激励线圈与激励源同时进行降温保护。

钢丝绳导向系统6，其包括多个导向轮，在使用时，钢丝绳导向系统6通过成对平行布置的导向轮卡住钢丝绳，以限制钢丝绳径向晃动，保证高频交流加热器对牵引运动状态的钢丝绳在圆周方向均匀加热。

数据处理终端，用于对热图像数据进行处理，找出缺陷部位，并根据运动位置信息数据对缺陷部位进行位置标定；

在本实施例中，数据处理终端为PC端9，其与位置信号处理模块8和高频红外热像仪信号连接，位置信号处理模块8通过串口与PC端9连接。

在本实施例中，如图2所示，为待检钢丝绳3表面的缺陷分布图，其中，标号10为缺陷部位，通过待检钢丝绳3表面缺陷的分布特点可以看出，沿待检钢丝绳3螺旋线走向，待检钢丝绳3表面的高度出现了变化。由此，待检钢丝绳3最外端离激励线圈的距离也产生了变化。由于高度的不同，线圈对待检钢丝绳3表面的加热情况也会出现差异。具体表现为：缺陷部位由于加热效率相比于无缺陷部位较低，因此缺陷部位处温度在感应加热时呈现出局部低温。此外，由于待检钢丝绳3表面出现缺陷，会影响感应热流在待检钢丝绳3表面的分布，从而导致热流不能在待检钢丝绳3单根钢丝上连续分布，从而出现热流断带。因此，本实施例通过图像提取来识别缺陷部位。

本实施例所述检测方法具体如下：

一、根据待检钢丝绳3选择参照钢丝绳

参照钢丝绳与待检钢丝绳3型号相同，且需为已知无缺陷的钢丝绳。

二、获取参照钢丝绳和待检钢丝绳3的温度分布模型图

1)获取参照钢丝绳温度分布模型图

利用牵引装置牵引参照钢丝绳，结合钢丝绳导向系统6使参照钢丝绳处于拉直状态。

将三个高频红外热像仪以参照钢丝绳为中心，按120°间隔均匀圆周排列。高频交流加热器的激励源和激励线圈分开安装，它们之间通过导线连接。使参照钢丝绳穿过高频交流加热器激励线圈4，各高频红外热像仪均朝向参照钢丝绳位于高频交流加热器激励线圈4处的部位。

利用牵引装置牵引参照钢丝绳匀速直线运动，此时钢丝绳导向系统6限制参照钢丝绳径向晃动，保证牵引运动状态的待检钢丝绳3在圆周方向均匀加热。

通过高频交流加热器对参照钢丝绳进行加热(此过程中，利用交流加热器水冷装置2对激励线圈与激励源同时进行降温保护)，基于涡流热成像法，利用高频红外热像仪获取参照钢丝绳热图像数据，并将参照钢丝绳热图像数据传输至PC端9，PC端9对参照钢丝绳热图像数据进行处理，得到参照钢丝绳温度分布模型图。

其中参照钢丝绳热图像数据的处理过程如下：

S1、对于参照钢丝绳同一位置圆周段的若干热图像数据进行图像拼接与矫正处理，得到参照钢丝绳温度分布模型图Ⅰ；

S2、设置温度阈值，去除参照钢丝绳温度分布模型图Ⅰ中低于该温度阈值的图像点，得到参照钢丝绳温度分布模型图Ⅱ；

S3、对参照钢丝绳温度分布模型图Ⅱ进行边界修复处理，包括开操作以及闭操作，得到参照钢丝绳温度分布模型图Ⅲ；

S4、利用轮廓提取算法提取参照钢丝绳温度分布模型图Ⅲ的轮廓，获取参照钢丝绳表面规律性分布的温度场，构建得到最终的参照钢丝绳温度分布模型图。

2)获取牵引运动过程中的待检钢丝绳3温度分布模型图以及运动位置信息数据

利用牵引装置牵引待检钢丝绳3，结合钢丝绳导向系统6使待检钢丝绳3处于拉直状态。

将编码轮7与待检钢丝绳3接触，且编码轮7安装于靠近钢丝绳导向系统6的位置，以减小待检钢丝绳3与编码轮7接触位置的晃动，从而提高编码轮7的检测精度。

将三个高频红外热像仪以待检钢丝绳3为中心，按120°间隔均匀圆周排列。高频交流加热器的激励源和激励线圈分开安装，它们之间通过导线连接。使待检钢丝绳3穿过高频交流加热器激励线圈4，各高频红外热像仪均朝向待检钢丝绳3位于高频交流加热器激励线圈4处的部位。

利用牵引装置牵引待检钢丝绳3匀速直线运动，此时钢丝绳导向系统6限制待检钢丝绳3径向晃动。

利用高频交流加热器对待检钢丝绳3进行加热(此过程中，利用交流加热器水冷装置2对激励线圈与激励源同时进行降温保护)，基于涡流热成像法，利用高频红外热像仪获取待检钢丝绳3热图像数据，并将待检钢丝绳3热图像数据传输至PC端9。

从图3中可以看出，高频交流加热器激励线圈4沿周线等距的位置呈螺旋状排列在待检钢丝绳3外围，从而实现对钢丝绳周线的均匀加热。在设计高频交流加热器激励线圈4的时候，增大了线圈螺旋的螺距，为红外热像仪阵列5提供了观察的视角。

在高频交流加热器激励线圈4的激励下，待检钢丝绳3表面出现温升，通过红外热像仪阵列5读取到的温度分布如图4所示，其中，标号11指示的是加热的温度场，从温度分布情况可以看出，在待检钢丝绳3单根钢丝的最外表面，由于钢丝距离高频交流线圈的距离最近，因此加热的效果最好，温升最高，在热图中呈现红热状态。而当存在缺陷时，在连续的温度分布带上会出现断点，也就是缺陷导致的局部低温。

在本实施例中，红外热像仪圆周阵列以一定帧频速度连续采集钢丝绳热图像数据，实现钢丝绳移动过程中的连续检测。

在获取到待检钢丝绳3热图像数据后，PC端9对待检钢丝绳3热图像数据进行处理，得到待检钢丝绳3温度分布模型图。其中，待检钢丝绳3热图像数据的处理过程与参照钢丝绳热图像数据的处理过程相同，这里不再多做说明。

在牵引待检钢丝绳3移动的过程中，编码轮7在钢丝绳的带动下同步转动，且每转动一周，则向位置信号处理模块8发送一次脉冲信号，位置信号处理模块8将脉冲信号转化为运动位置信息数据，并通过串口发送至PC端9。

其中，运动位置信息数据是通过编码轮7的周长乘以脉冲的间隔时间得到的。

3)待检钢丝绳3缺陷部位的标定

设定比对差异阈值，将待检钢丝绳3温度分布模型图和参照钢丝绳温度分布模型图进行对比并得到比对差异值，在待检钢丝绳3温度分布模型图中，将高出比对差异阈值的比对差异值所对应的部位，判定为缺陷部位。

如图5所示为待检钢丝绳3温度分布模型图，其中缺陷位置的温度断带13相较于无缺陷位置钢丝绳的温度分布12，由于其温度分布存在不连续，将会出现较大差异，因此将被识别为存在缺陷。

在识别出缺陷部位后，PC端9根据运动位置信息数据对缺陷部位进行位置标定，每标定一处缺陷部位，PC端9均发出警报，实现检测信息的记录。

本实施例分别对有断丝缺陷钢丝绳与无缺陷钢丝绳进行了检测验证，图6展示了红外热像仪阵列5的数据结果，从图中可以看出，当钢丝绳表面无缺陷时，温度分布呈现与钢丝一致的螺旋状排布，具有很强的规律性。当钢丝绳表面出现断丝缺陷时，钢丝绳表面出现了局部低温点，原有的温度分布规律被打破，纹理发生了紊乱。由此可将紊乱点作为判断缺陷存在的依据。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，包括：

数据处理终端，用于对热图像数据进行处理，找出缺陷部位，并根据运动位置信息数据对缺陷部位进行位置标定；

红外热像仪圆周阵列，其与所述数据处理终端电连接，用于获取钢丝绳圆周上的热图像数据，并发送至所述数据处理终端；

位置检测模块，其与所述数据处理终端电连接，用于获取钢丝绳的运动位置信息数据，并发送至所述数据处理终端；

高频交流加热器，用于对钢丝绳需要进行成像的部位加热。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述红外热像仪圆周阵列包括三个高频红外热像仪，在获取钢丝绳圆周上的热图像数据时，三个所述高频红外热像仪能以钢丝绳为中心，按120°间隔均匀圆周排列。

3.根据权利要求1所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述位置检测模块包括编码轮以及位置信号处理模块；所述编码轮与所述位置信号处理模块电连接，用于向所述位置信号处理模块发送表征钢丝绳运动位置的脉冲信号；所述位置信号处理模块与所述数据处理终端电连接，其用于接收脉冲信号，并将其转化为所述运动位置信息数据。

4.根据权利要求3所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，该装置还包括钢丝绳导向系统，在利用牵引装置牵引钢丝绳运动的过程中，所述钢丝绳导向系统用于引导钢丝绳直线运动，所述编码轮安装于靠近所述钢丝绳导向系统的位置。

5.根据权利要求3所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述数据处理终端为PC端，其通过串口与所述位置信号处理模块电连接。

6.根据权利要求1所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述高频交流加热器安装有交流加热器水冷装置，所述交流加热器水冷装置用于对所述高频交流加热器的激励线圈和激励源进行降温保护。

7.根据权利要求6所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述交流加热器水冷装置包括水箱、水泵和水管，所述水管、所述水泵以及所述水箱一起构成用于对所述高频交流加热器的激励线圈和激励源进行冷却的水循环路径。

8.根据权利要求6所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述高频交流加热器的激励线圈为多匝的螺旋线排布结构。

9.根据权利要求6所述的钢丝绳涡流热成像缺陷检测装置，其特征在于，所述高频交流加热器的激励线圈为铜管。

Images