焊接缺陷磁光成像無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種焊接缺陷的磁光成像無損檢測方法。采用磁光成像技術(shù)，由磁場發(fā)生器以交變激勵磁場在焊件上感應(yīng)出渦流，渦流的分布在焊接缺陷處發(fā)生畸變，引起缺陷處的垂直磁場分量發(fā)生變化，相應(yīng)地改變渦流激發(fā)的磁場分布。磁光成像傳感器在該磁場的作用下產(chǎn)生磁光效應(yīng)，使傳感器中的偏振光在通過磁光傳感介質(zhì)時產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)角度，包含了焊接缺陷磁場信息的光線經(jīng)偏振分光鏡反射后被電荷耦合器件接收并實時成像。計算機控制器采集該焊接缺陷的磁光圖像，并對焊接缺陷圖像進行識別和焊接缺陷位置的計算，從而實現(xiàn)焊縫裂紋、未焊透、氣孔等焊接缺陷的非接觸無損自動檢測。
【專利說明】焊接缺陷磁光成像無損檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及焊接過程中焊接缺陷的無損檢測方法，具體涉及焊接缺陷磁光成像無損檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]焊接是制造業(yè)領(lǐng)域重要的加工技術(shù)，具有工作條件惡劣、工作量大及質(zhì)量要求高等特點。由于在焊接過程中各種隨機干擾因素的影響，焊件有時不可避免地會產(chǎn)生裂紋、未焊透、未熔合、氣孔、夾渣等焊接缺陷。為了保證焊件的產(chǎn)品質(zhì)量，必須及時和有效地檢測出焊接缺陷。在實際生產(chǎn)過程中，除了目測焊接表面缺陷與成型缺陷外，通常還需要采用無損檢測技術(shù)來檢測焊接缺陷，因此一種有效的焊接缺陷無損檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]目前國內(nèi)外對于焊接缺陷的無損檢測主要集中在以下幾種方法:(I)磁粉檢測方法，即在被檢測焊件上均勻布滿磁粉，磁化后被測焊件焊接缺陷會產(chǎn)生不規(guī)則的磁力線，這些缺陷將會通過磁粉的分布展現(xiàn)出來。磁粉檢測一般用于鐵磁性焊件的表面及近表面缺陷的檢測，其成本較低，靈敏度較高并且對被測焊件無形狀要求。但是被測焊件要求必須是順磁性材料，在檢測前，必須先對焊件表面進行處理，以確保焊件表面光滑，確保不會因為表面不平或者傷痕而影響磁力線的分布，影響檢測結(jié)果。(2)滲透檢測方法，其原理是基于液體的毛細管作用，是檢測焊件表面開口缺陷的無損檢測方法，具體包括熒光和著色兩種方法。熒光檢測的原理是將被測焊件浸入熒光液中，因毛細管現(xiàn)象，在缺陷內(nèi)部吸滿了熒光液。除去表面液體，由于光電效應(yīng)熒光液在紫外線的照射下，發(fā)出可見光而顯現(xiàn)缺陷。著色檢測的原理和熒光檢測相似，它不需要專門設(shè)備，只是用顯像粉將吸附在缺陷內(nèi)的著色液吸出焊件表面而顯現(xiàn)缺陷。該方法在檢測焊件表面開口裂紋時靈敏度極高，對表面潮濕或者存在涂層的試樣，會極大影響檢測效果，而且該方法的判定很大程度上取決于檢測員的經(jīng)驗。(3)射線檢測方法，是利用射線(X射線、Y射線等)穿過被測物體過程中具有一定的衰減規(guī)律，根據(jù)通過焊件各部位衰減后的射線強度來檢測焊件內(nèi)部缺陷的一種方法。不同物體其衰減程度不同，衰減的程度由物體的厚度、物體的材料種類以及射線的種類而決定。射線檢測主要用于檢測焊件工件內(nèi)部體積型缺陷，且工件的厚度不易超過80mm，可根據(jù)材料的衰減系數(shù)做相應(yīng)的加厚或者減薄。該方法檢測成本高，檢測設(shè)備較大，產(chǎn)生的射線輻射對人體傷害極大，對微裂紋缺陷的檢測靈敏度較低。(4)超聲波檢測方法，其原理是利用超聲波在被測工件內(nèi)傳播時，會受到被測工件材料聲學(xué)特性和其內(nèi)部組織變化的影響，通過超聲波的影響程度以及狀況分析，來探測材料性能以及結(jié)構(gòu)的變化。該檢測方法的檢測效率較高，并且成本較低，但相對其它檢測方法，對操作人員的要求較高。該方法對于區(qū)別不同種類的缺陷有一定的難度，其最大的缺點就是檢測時需要耦合劑。(5)渦流檢測方法，其檢測原理是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象,變化的磁場在導(dǎo)體工件中產(chǎn)生渦流,如果在工件中存在缺陷、夾雜、電導(dǎo)率變化或結(jié)構(gòu)變化時，會影響渦流的流動，使得疊加磁場發(fā)生變化，根據(jù)磁場的變化可以判斷焊接的缺陷。該方法具有檢測效率高、適用于在線檢測、無需耦合劑和非接觸檢測等優(yōu)點，并且對近表面或者表面缺陷的靈敏度較高。但是只適合導(dǎo)電材料表面和近表面的檢測，難以判斷缺陷的種類、形狀和大小。(6)其它檢測方法。如激光全息無損檢測，是將物體表面和內(nèi)部的缺陷，通過外界加載的方法，使其在相應(yīng)的物體表面造成局部的變形，用全息照相來觀察和比較這種變形，并記錄下不同外界載荷作用下的物體表面的變形情況，進行觀察和分析，而后判斷物體內(nèi)部是否存在缺陷。聲發(fā)射檢測技術(shù)，是物體在外界條件作用下，缺陷或物體異常部位因應(yīng)力集中而產(chǎn)生變形或斷裂，并以彈性波形式釋放出應(yīng)變能，用儀器檢測和分析聲發(fā)射信號并確定聲發(fā)射源的技術(shù)。紅外線檢測技術(shù)，在檢測時可以將一恒定的熱流注入工件，如果工件內(nèi)存在缺陷，由于缺陷區(qū)與無缺陷區(qū)的熱擴散系數(shù)不同，那么在工件表面的溫度分布就會有差異，內(nèi)部有缺陷與無缺陷區(qū)所對應(yīng)的表面溫度就不同，由此所發(fā)出的紅外光波(熱輻射)也就不同，利用紅外探測器可以響應(yīng)紅外光波并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)大小電信號的功能，逐點掃描工件表面就可以獲得工件表面溫度的分布狀況，從而發(fā)現(xiàn)工件表面溫度異常區(qū)域，確定工件內(nèi)部缺陷的部位。
[0004]綜上分析可知，以上使用的無損檢測方法都有其不足。磁粉檢測限于鐵磁性材料，且對工件表面有嚴格要求；滲透檢測限于表面開口缺陷；射線檢測檢測成本高，檢測設(shè)備較大，產(chǎn)生的射線輻射對人體傷害極大；超聲波檢測對操作人員的要求較高，區(qū)別不同種類的焊接缺陷有一定的難度且需要耦合劑；渦流檢測只適合導(dǎo)電材料表面和近表面的檢測，且難以判斷焊接缺陷的種類、形狀和大?。患す馊o損檢測取決于物體內(nèi)部的缺陷在外力作用下能否造成物體表面的相應(yīng)變形；聲發(fā)射檢測技術(shù)由于聲發(fā)射信號的強度一般很弱，需要借助靈敏的電子儀器才能檢測；紅外檢測技術(shù)主要測量焊件表面熱狀態(tài)，不能確定焊件內(nèi)部的熱狀態(tài)，與其它檢測儀器或常規(guī)監(jiān)測設(shè)備相比價格昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有焊接缺陷檢測技術(shù)的不足，提供一種檢測精度高、運行可靠、簡單易用、無污染的焊接缺陷磁光成像無損檢測方法。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:采用磁光成像技術(shù)，由磁場發(fā)生器產(chǎn)生交變激勵磁場并在焊件上感應(yīng)出渦流，而渦流的分布在焊接缺陷處將發(fā)生畸變，引起該處的垂直磁場分量發(fā)生變化，相應(yīng)地改變渦流的感應(yīng)磁場分布。磁光成像傳感器在該磁場的作用下產(chǎn)生磁光效應(yīng)，使傳`感器中的偏振光在通過磁光傳感介質(zhì)時產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)角度，包含了焊接缺陷磁場分布信息的光線經(jīng)偏振分光鏡反射后被電荷稱合器件接收并實時成像。計算機控制器采集焊接缺陷磁光圖像并進行焊接缺陷圖像識別和焊接缺陷位置的計笪
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[0007]本發(fā)明提出的焊接缺陷磁光成像無損檢測方法，采用磁光成像技術(shù)，被測焊接工件由裝設(shè)在傳感器基板下的磁場發(fā)生器產(chǎn)生交變感應(yīng)磁場，進而在焊接工件上感應(yīng)出渦流，渦流形成一個與磁場發(fā)生器磁場方向相反的磁場，在渦流流動的路徑上若有焊接缺陷存在時，其流動會受到影響，渦流在焊接缺陷處將發(fā)生畸變，這一畸變的渦流將產(chǎn)生畸變的渦流磁場，并引起該處的垂直磁場分布發(fā)生變化。
[0008]上述傳感器基板下的磁光成像傳感器在該磁場的作用下產(chǎn)生磁光效應(yīng)，使磁光成像傳感器中的偏振光在通過磁光傳感介質(zhì)時產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)角度，包含了焊接缺陷磁場分布信息的光線經(jīng)偏振分光鏡反射后被電荷耦合器件接收并實時成像，生成磁光焊接缺陷圖像。[0009]上述磁光成像傳感器將焊接缺陷磁光圖像傳輸?shù)接嬎銠C控制器，計算機控制器對焊接缺陷圖像進行處理、識別和焊接缺陷的位置計算，實現(xiàn)對焊接缺陷的實時精確檢測。
[0010]與現(xiàn)有焊接缺陷檢測技術(shù)相比，本發(fā)明采用的技術(shù)方案具有下述有益效果:
1)本發(fā)明采用磁光成像傳感技術(shù)，在焊接缺陷的檢測過程中，由磁場發(fā)生器產(chǎn)生交變磁場，并在被測焊接缺陷處感應(yīng)出畸變渦流，同時由磁光成像傳感器生成焊接缺陷圖像，計算機控制器實現(xiàn)焊接缺陷圖像識別和焊接缺陷位置的計算。該方法可實現(xiàn)金屬工件焊接缺陷的非接觸無損檢測，不僅檢測精度高，而且運行安全可靠、簡單易用、無污染。
2)由于磁光成像傳感器和計算機控制器的靈活配合，使得計算機控制器能夠?qū)崟r獲取被檢測位置的焊接缺陷情況，成像直觀，自動化程度高，檢測速度快。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的正面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明焊接缺陷磁光成像無損檢測方法工作示意圖。
圖中各編號含義:1-傳感器基板，2-磁光成像傳感器，3-磁場發(fā)生器，4-手持式手柄，
5-液晶顯示屏。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0013]本發(fā)明應(yīng)用到法拉第磁光效應(yīng)原理，當(dāng)一束偏振光通過介質(zhì)時，若在光束傳播方向存在一個外磁場，那么此偏振光通過偏振面將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角依賴于磁場強度。
[0014]本發(fā)明應(yīng)用磁光成像技術(shù)，通過磁場發(fā)生器以交變信號激勵磁場在焊接工件上感應(yīng)出渦流，而渦流的分布在焊接缺陷處將發(fā)生畸變，引起該處的垂直磁場分量發(fā)生變化，相應(yīng)地改變渦流感應(yīng)磁場。磁光成像傳感器在該磁場的作用下產(chǎn)生磁光效應(yīng)，使磁光成像傳感器中的偏振光在通過磁光傳感介質(zhì)時產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)角度，包含了焊接缺陷的磁場信息的光線經(jīng)偏振分光鏡反射后被電荷耦合器件接收并實時成像。
[0015]如圖1至圖2所示，本發(fā)明為一種焊接缺陷磁光成像無損檢測方法，包括傳感器基板I和安裝于其下的磁場發(fā)生器2和磁光成像傳感器3。裝置還包括用于傳感器的把持的手持式手柄4。傳感器基板I上方裝設(shè)有液晶顯示屏5，用于焊接缺陷的實時顯示。焊接缺陷檢測部件包括磁場發(fā)生器2和磁光成像傳感器3。所述焊接缺陷檢測部件通過內(nèi)六角螺栓裝設(shè)于傳感器基板I下。其中通過計算機控制器發(fā)出指令啟動磁場發(fā)生器2工作，控制磁場發(fā)生器2在焊縫處產(chǎn)生交變磁場。所述磁光成像傳感器3主要部分包括激光光源、起偏器、CMOS傳感器、檢偏器和磁光晶片。磁光成像傳感器屬于非接觸測量方式,成像直觀、可靠性好、測量精度高、功耗低并且信息傳輸速率高。磁光成像傳感器3工作時在焊件表面的上方，通過精確控制磁場發(fā)生器2使得焊件的焊接缺陷附近產(chǎn)生感應(yīng)磁場，由于焊接缺陷存在，感應(yīng)磁場在焊縫附近具有其特殊變化。當(dāng)偏振光平行通過感應(yīng)磁場反射后旋轉(zhuǎn)一定的角度，再通過檢偏器可以針對性地實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)后的偏振光的通過或截止，最后由CMOS攝像機獲取并成像，所得的圖像即包含了焊接缺陷信息的磁光圖像。所述手持式手柄4通過內(nèi)六角螺栓裝設(shè)于傳感器兩側(cè)邊，手持式手柄4用于在檢測過程把持整個裝置進行焊接缺陷的實時檢測。
[0016]整個焊接缺陷磁光成像無損的工作均由計算機控制器系統(tǒng)進行控制，圖3是本發(fā)明焊接缺陷磁光成像無損檢測方法工作示意圖。首先計算機控制磁場發(fā)生器2產(chǎn)生交變磁場，同時發(fā)出指令啟動磁光成像傳感器3工作，同步協(xié)調(diào)磁光成像傳感器3采集焊接磁光圖像，并將獲得的磁光圖像輸入到計算機控制器。然后由相應(yīng)的圖像識別算法對焊接缺陷圖像進行處理，獲取焊接缺陷的類型及位置，實現(xiàn)焊接缺陷的實時檢測。計算機控制器還具有自檢能力，顯著提高了系統(tǒng)的實時性和測控技術(shù)的自動化程度。所采用的控制系統(tǒng)能自動修正測量誤差，提高焊接缺陷的檢測精度。
[0017]系統(tǒng)的工作原理:磁場發(fā)生器2和磁光成像傳感器3分別與計算機控制器連接，用本裝置和方法測量焊接缺陷時，將本裝置手持置于焊接工件上并使得磁光成像傳感器晶片對正焊縫表面。計算機控制器控制磁場發(fā)生器2產(chǎn)生交變磁場，同步協(xié)調(diào)磁光成像傳感器3采集焊接缺陷的磁光圖像，并將焊接缺陷磁光圖像傳遞到計算機控制器，由計算機控制器實現(xiàn)焊接缺陷的圖像處理、焊接缺陷位置計算和焊接缺陷類型識別。傳感器基板I上的液晶顯示屏5顯示實時檢測的焊接缺陷圖像、類別、大小等信息。由于計算機控制器運算速度快以及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，可以實現(xiàn)焊接缺陷的實時檢測。
【權(quán)利要求】
1.焊接缺陷磁光成像無損檢測方法，其特征在于:采用磁場感應(yīng)和磁光成像技術(shù)，由裝設(shè)在傳感器基板(I)下的磁場發(fā)生器(2)在被測焊接工件上產(chǎn)生交變感應(yīng)磁場，進而在焊接工件中感應(yīng)出渦流，渦流形成一個與磁場發(fā)生器(2)磁場方向相反的磁場，處于渦流流動路徑上的焊接缺陷使渦流在焊接缺陷處發(fā)生畸變，這一畸變的渦流將產(chǎn)生畸變的渦流磁場，并引起該處垂直磁場的分布發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:裝設(shè)在傳感器基板(I)下的磁光成像傳感器(3)在該磁場的作用下產(chǎn)生磁光效應(yīng),使磁光成像傳感器(3)中的偏振光在通過磁光傳感介質(zhì)時產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)角度，包含了焊接缺陷磁場信息的光線經(jīng)偏振分光鏡反射后被電荷耦合器件接收并對磁場分布狀態(tài)實時成像，生成焊接缺陷的磁光圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:磁光成像傳感器(3)將焊接缺陷磁光圖像傳輸?shù)接嬎銠C控制器，計算機控制器對焊接缺陷圖像進行處理、識別和焊接缺陷類別及位置的計算，實現(xiàn)對焊接缺陷的實時自動檢測。
【文檔編號】G01N27/90GK103698393SQ201310665164
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】高向東 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)