本發(fā)明涉及一種紅外磁光成像無損檢測系統(tǒng)，主要應(yīng)用于工件的缺陷檢測，或者用于檢測成型鑄件的質(zhì)量，以及檢測在使用鑄件的工作狀態(tài)。包括工件表面的微小劃痕、凹陷、夾渣、裂紋以及焊接過程中的未焊透、為融合、燒穿、焊瘤、氣孔、咬邊、弧坑等缺陷檢測。

背景技術(shù)：

汽車、航天航空、輪船等都運(yùn)用大量的金屬鑄件，金屬制品與我們的生活息息相關(guān)。由于工作條件惡劣、工作量大及質(zhì)量要求高等各種隨機(jī)干擾因素的影響，鑄件會不可避免地會產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。為了保證其產(chǎn)品質(zhì)量，必須及時和有效地檢測出缺陷。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，除了目測表面缺陷與成型缺陷外，通常還需要采用無損檢測技術(shù)來檢測缺陷，因此一種有效的缺陷無損檢測方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前國內(nèi)外對于缺陷的無損檢測主要集中在以下幾種方法：(1)磁粉檢測方法，即在被檢測工件上均勻布滿磁粉，磁化后被測工件工件缺陷會產(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工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工件無形狀要求。但是被測工件要求必須是順磁性材料，在檢測前，必須先對工件表面進(jìn)行處理，以確保工件表面光滑，確保不會因?yàn)楸砻娌黄交蛘邆鄱绊懘帕€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(xì)管作用，是檢測工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工件浸入熒光液中，因毛細(xì)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)的著色液吸出工件表面而顯現(xiàn)缺陷。該方法在檢測工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(yàn)。(3)射線檢測方法，是利用射線(x射線、γ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)通過工件各部位衰減后的射線強(qiáng)度來檢測工件內(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工件工件內(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(diǎn)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工件的缺陷。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(diǎn)，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(jìn)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(kuò)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(diǎn)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。

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(yán)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，且難以判斷工件缺陷的種類、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(qiáng)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)主要測量工件表面熱狀態(tài),不能確定工件內(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。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服上述現(xiàn)有工件缺陷檢測技術(shù)的不足，提供一種檢測精度高、運(yùn)行可靠、簡單易用、無污染的工件缺陷紅外磁光成像無損檢測系統(tǒng)及方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種基于磁光成像與紅外照射相結(jié)合的無損檢測方法。紅外加熱器對焊縫或工件進(jìn)行加熱，使工件和微小缺陷處的溫升不一樣，使工件勵磁后進(jìn)行磁光成像。將焊縫與工件的磁光圖像反饋給計(jì)算機(jī)，然后應(yīng)用圖像處理對整條焊縫質(zhì)量實(shí)現(xiàn)檢測的新技術(shù)。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(shí)時成像。計(jì)算機(jī)控制器采集缺陷磁光圖像并進(jìn)行缺陷圖像識別和缺陷位置的計(jì)算。

本發(fā)明用紅外加熱器，對工件進(jìn)行紅外輻射加熱，被測工件有缺陷處和沒有缺陷處溫度變化而引起磁導(dǎo)率的變化。由于不同的缺陷種類和工件的磁導(dǎo)率隨溫度的變化率不一樣，而且缺陷處會出現(xiàn)溫差。溫差除了取決于試樣材料的熱物理性質(zhì)外，還與缺陷的尺寸、距表面的距離及它的熱物理性質(zhì)有關(guān)。對鐵而言，當(dāng)磁場強(qiáng)度較弱時.其導(dǎo)磁系數(shù)隨溫度的增加而增加。在中等磁場強(qiáng)度時，導(dǎo)磁系數(shù)隨溫度增加到一定程度后再急驟減小，到居里溫度后，導(dǎo)磁系數(shù)即變到1.材料的磁性消失。當(dāng)磁場強(qiáng)度甚強(qiáng)時.最初導(dǎo)磁系數(shù)不受溫度的影響，但過了某一溫度后，導(dǎo)磁系數(shù)急驟地隨溫度增加而減小、以達(dá)居里溫度為止。在較弱的磁場強(qiáng)度下，由于試樣局部溫差的存在，導(dǎo)磁率會隨溫度有較大的變化，那么磁場強(qiáng)度的分布就出現(xiàn)差異，所采集到的磁光圖像就會更加形象的反映出缺陷的形態(tài)特征。紅外光譜在電磁波譜中位于微光及可見光之間，波長范圍是0.78～1000μm。在實(shí)驗(yàn)過程中可以通過紅外加熱器調(diào)節(jié)光的波長找到最適合的實(shí)驗(yàn)條件來獲得磁光圖像。也可以設(shè)定溫度監(jiān)控器的值控制檢測時的溫度值(溫度值的變化范圍15～75℃，在這個溫度范圍內(nèi)，磁場強(qiáng)度較弱時導(dǎo)磁率隨溫度的增加而增加。超出此范圍，導(dǎo)磁率隨溫度的升高急劇下降至居里溫度)。而裝設(shè)在傳感器下的磁場發(fā)生器產(chǎn)生感應(yīng)磁場，進(jìn)而在工件上感應(yīng)出磁場，若有缺陷存在時，其磁力線會受到影響，在缺陷處將發(fā)生畸變，這一畸變的磁力線將產(chǎn)生畸變的磁場，并引起該處的垂直磁場分布發(fā)生變化。

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(shí)時成像，生成磁光缺陷圖像。

上述磁光成像傳感器將缺陷磁光圖像傳輸?shù)接?jì)算機(jī)控制器，計(jì)算機(jī)控制器對缺陷圖像進(jìn)行處理、識別和缺陷的位置計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對缺陷的實(shí)時精確檢測。

與現(xiàn)有缺陷檢測技術(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)明采用紅外磁光成像傳感技術(shù)，在工件缺陷的檢測過程中，紅外加熱器對焊縫或工件進(jìn)行加熱，使工件和微小缺陷處的溫升不一樣，導(dǎo)磁率出現(xiàn)較大差異，又磁場發(fā)生器產(chǎn)生磁場，并在被測工件缺陷處感應(yīng)出差異較大的畸變磁場，同時由磁光成像傳感器生成工件缺陷圖像，計(jì)算機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)工件缺陷圖像識別和工件缺陷位置的計(jì)算。該方法可實(shí)現(xiàn)金屬工件工件缺陷的非接觸無損檢測，不僅檢測精度高，而且運(yùn)行安全可靠、簡單易用、無污染。

2)由于磁光成像傳感器和紅外加熱器的配合，使得計(jì)算機(jī)控制器能夠獲取被檢測位置工件的微小缺陷情況，成像更加清楚，自動化程度高，檢測速度快。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的設(shè)備底板結(jié)構(gòu)分布圖；

圖2為本發(fā)明的設(shè)備接口分布圖；

圖3為本發(fā)明的設(shè)備底板結(jié)構(gòu)分布結(jié)構(gòu)框圖；

圖4為本發(fā)明的設(shè)備接口分布結(jié)構(gòu)框圖；

圖5為本發(fā)明的外觀框圖；

圖6為本發(fā)明的工作示意圖；

圖7為本發(fā)明的工作控制圖。

圖中各編號含義：1-輪子，2-溫度監(jiān)控器，3-紅外加熱器，4-磁光傳感器，5-磁鐵N極，6-磁鐵S極，7-手柄，8-電源線接口，9-控制器接口，10-輸出數(shù)據(jù)接口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明運(yùn)用了金屬的導(dǎo)磁率會隨溫度的變化而變化的原理：當(dāng)物體的溫度同環(huán)境溫度存在差異時，就會在物體內(nèi)部產(chǎn)生熱量的流動。在實(shí)施無損檢測時，如果向一個試件注入熱量，其中一部分熱流必然向內(nèi)部擴(kuò)散，并引起試樣溫度分布的變化。對于無缺陷的物體，當(dāng)熱流均勻注入時，熱流能夠均勻的向內(nèi)部擴(kuò)散或從表面擴(kuò)散，因而溫度場分布也是均勻的；當(dāng)物體內(nèi)部存在隔熱性缺陷時，熱流會在缺陷處受阻，造成熱量堆積，導(dǎo)致表面出現(xiàn)溫度高的局部熱區(qū)；當(dāng)物體內(nèi)部含有導(dǎo)熱性缺陷時，試樣表面就會出現(xiàn)溫度較低的局部冷區(qū)。由以上幾種情況可看出，當(dāng)試樣內(nèi)部存在缺陷時，就會在試樣有缺陷區(qū)和無缺陷區(qū)形成溫差。且該溫差除了取決于試樣材料的熱物理性質(zhì)外，還與缺陷的尺寸、距表面的距離及它的熱物理性質(zhì)有關(guān)。

本發(fā)明還運(yùn)用了法拉第磁光效應(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(qiáng)度。

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工件工件上感應(yīng)出磁場，而磁場的分布在工件缺陷處將發(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，包含了工件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(shí)時成像。

如圖所示，本發(fā)明為一種工件缺陷紅外磁光成像無損檢測方法，包括電磁鐵、溫度監(jiān)控器、紅外加熱器和磁光成像傳感器。下方放置工件，通過計(jì)算機(jī)控制器發(fā)出指令啟動磁場發(fā)生器在工件處產(chǎn)生磁場。所述磁光成像傳感器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。磁光成像傳感器工作的同時在工件表面的上方，通過精確控制磁場發(fā)生器使得工件的工件缺陷附近產(chǎn)生感應(yīng)磁場，由于工件缺陷存在，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(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)后的偏振光的通過或截止，最后由CMOS攝像機(jī)獲取并成像，所得的圖像即包含了工件缺陷信息的磁光圖像。

整個工件缺陷磁光成像無損的工作均由計(jì)算機(jī)控制器系統(tǒng)進(jìn)行控制，圖6是本發(fā)明紅外磁光成像無損檢測方法工作示意圖。首先計(jì)算機(jī)控制紅外加熱器工作，使工件溫度升高，當(dāng)溫度監(jiān)控器檢測的工件溫度達(dá)到設(shè)定值后，控制器控制磁場發(fā)生器產(chǎn)生磁場，同時發(fā)出指令啟動磁光成像傳感器工作，同步協(xié)調(diào)磁光成像傳感器采集工件磁光圖像，并將獲得的磁光圖像輸入到計(jì)算機(jī)控制器。然后由相應(yīng)的圖像識別算法對工件缺陷圖像進(jìn)行處理，獲取工件缺陷的類型及位置，實(shí)現(xiàn)工件缺陷的實(shí)時檢測?？梢允殖质直鷻z測工件，也可以計(jì)算機(jī)控制器設(shè)定運(yùn)動速度實(shí)現(xiàn)自動檢測。顯著提高了系統(tǒng)的實(shí)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，提高工件缺陷的檢測精度。

系統(tǒng)的工作原理：用本裝置和方法測量工件缺陷時，將本裝置置于工件上并使得磁光成像傳感器晶片對正工件表面。計(jì)算機(jī)控制器控制紅外加熱器給被測物加熱，溫度監(jiān)控器檢測到預(yù)定溫度后反饋給控制器，進(jìn)而控制磁場發(fā)生器產(chǎn)生磁場，同步協(xié)調(diào)磁光成像傳感器采集工件缺陷的磁光圖像，并將工件缺陷磁光圖像傳遞到計(jì)算機(jī)控制器，由計(jì)算機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)工件缺陷的圖像處理、工件缺陷位置計(jì)算和工件缺陷類型識別。傳感器顯示實(shí)時檢測的工件缺陷圖像、類別、大小等信息。由于計(jì)算機(jī)控制器運(yùn)算速度快以及圖像處理技術(shù)的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)工件缺陷的實(shí)時檢測。

在不脫離本發(fā)明精神或必要特性的情況下，可以其它特定形式來體現(xiàn)本發(fā)明。應(yīng)將所述具體實(shí)施例各方面僅視為解說性而非限制性。因此，本發(fā)明的范疇如隨附申請專利范圍所示而非如前述說明所示。所有落在申請專利范圍的等效意義及范圍內(nèi)的變更應(yīng)視為落在申請專利范圍的范疇內(nèi)。