一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的柔性陣列渦流探頭及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測探頭裝置及其檢測方法，特別涉及一種檢測金屬構(gòu)件復(fù)雜表面缺陷的渦流柔性陣列探頭及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一些關(guān)鍵且形狀復(fù)雜的金屬部件，如發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、飛機(jī)機(jī)身等表面或亞表面出現(xiàn)的裂紋或缺陷，可能導(dǎo)致引擎失效或飛機(jī)失事。為了評(píng)估設(shè)備結(jié)構(gòu)安全，要求獲得復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)表面裂紋等缺陷的數(shù)量、位置和形狀等信息。磁粉檢測、滲透檢測、漏磁檢測等各種檢測方法已經(jīng)廣泛用于裂紋與缺陷的檢測。但是磁粉檢測、滲透檢測等方法對(duì)缺陷的定量檢測能力不高，不能獲得用來評(píng)估缺陷嚴(yán)重程度的缺陷形狀信息。
[0003]渦流檢測是一種遵循電磁感應(yīng)原理的無損檢測技術(shù)。通有交變電流的激勵(lì)線圈在導(dǎo)體材料中產(chǎn)生交變的一次磁場，該交變磁場在導(dǎo)體表面感應(yīng)出渦電流，渦電流會(huì)反射產(chǎn)生二次磁場。正常的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與存在裂紋等缺陷的導(dǎo)體，在受到相同線圈磁場激勵(lì)情況下，在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的渦電流不同，反射所產(chǎn)生的二次磁場也不同，導(dǎo)致檢測線圈所感測電信號(hào)發(fā)生變化。據(jù)此就可以判斷導(dǎo)體材料缺陷的存在及嚴(yán)重程度。渦電流檢測具有速度快、對(duì)表面缺陷反應(yīng)靈敏等優(yōu)異性能。但傳統(tǒng)單線圈探頭只能單點(diǎn)掃查，對(duì)較大面積進(jìn)行全覆蓋的檢測非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易漏檢缺陷。目前要求渦流檢測能夠覆蓋并快速檢測各種形狀復(fù)雜的部件表面，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、飛機(jī)機(jī)身鉚接結(jié)構(gòu)、汽輪機(jī)、核電站熱交換管道、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)子的燕尾槽、齒輪等各種形狀復(fù)雜的機(jī)械部件。并且在檢測時(shí)，要求探頭與被檢測部件緊密接觸，避免提離變化造成的影響，因此需要改進(jìn)渦流檢測技術(shù)來解決上述冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種檢測復(fù)雜金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的柔性陣列渦流探頭裝置及檢測方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)技術(shù)方案是提供一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的柔性陣列渦流探頭，其中:多個(gè)線圈形成平面陣列，并嵌入在與被檢測部件的三維表面形狀相適應(yīng)的柔性結(jié)構(gòu)中；
陣列中的一個(gè)或多個(gè)線圈作為被激勵(lì)的激勵(lì)線圈時(shí)，與各個(gè)激勵(lì)線圈相鄰的一個(gè)或多個(gè)線圈作為信號(hào)采集線圈，用以獲得位于激勵(lì)線圈及信號(hào)采集線圈下方被檢測部件表面對(duì)應(yīng)位置的缺陷信號(hào)。
[0006]優(yōu)選示例中，柔性結(jié)構(gòu)由可伸縮且具有彈性的絕緣材料制成。
[0007]優(yōu)選示例中，探頭表面與被檢測部件的表面緊密接觸，且各線圈的軸線與被檢測部件的表面對(duì)應(yīng)位置相垂直；在與被檢測部件相接觸的探頭表面設(shè)有耐磨層。
[0008]優(yōu)選示例中，將探頭包含的多個(gè)線圈分組成多個(gè)線圈組件；探頭上的線圈按徑向排列，使各線圈組件從探頭上的設(shè)定點(diǎn)各自向外延伸； 或者，探頭上的線圈按圓周向排列，使各線圈組件形成分別環(huán)繞探頭上設(shè)定點(diǎn)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的柔性渦流檢測系統(tǒng)，其中包含:
如上述任意一項(xiàng)示例所述的柔性陣列渦流探頭；
控制器，控制線圈陣列激勵(lì)與信號(hào)采集、控制探頭掃描運(yùn)動(dòng)并采集缺陷信號(hào)數(shù)據(jù)；
信號(hào)處理器，根據(jù)探頭采集的缺陷信號(hào)進(jìn)行分析并顯示分析結(jié)果。
[0010]優(yōu)選示例中，所述系統(tǒng)還進(jìn)一步包含以下部件中的任意一個(gè)或其組合:
可伸縮機(jī)械裝置，根據(jù)力傳感器感測到的力，由微型電機(jī)驅(qū)動(dòng)多段支撐桿進(jìn)行伸縮，來使探頭表面與被檢測部件的表面緊密接觸；
運(yùn)動(dòng)裝置，驅(qū)使探頭沿被檢測部件表面移動(dòng)。
[0011]本發(fā)明的又一個(gè)技術(shù)方案是提供一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的檢測方法，在柔性陣列渦流探頭的柔性結(jié)構(gòu)中嵌入多個(gè)線圈，所述線圈按徑向或按圓周向排列形成平面陣列；
使柔性結(jié)構(gòu)與被檢測部件的三維表面形狀相適應(yīng)，并且使探頭表面與被檢測部件的表面緊密接觸；
根據(jù)設(shè)定的控制邏輯，分時(shí)激勵(lì)探頭中的各個(gè)線圈，任意兩個(gè)相鄰的線圈不同時(shí)被激勵(lì)；
對(duì)與被激勵(lì)線圈相鄰的一個(gè)或多個(gè)線圈進(jìn)行信號(hào)采集，獲得被檢測部件表面對(duì)應(yīng)位置的缺陷信號(hào)；
各個(gè)線圈的激勵(lì)與信號(hào)采集按空間順序和/或時(shí)間順序依次輪循。
[0012]優(yōu)選示例中，其中一些線圈，位于探頭的多個(gè)徑向上；對(duì)于所有徑向的線圈進(jìn)行激勵(lì)與信號(hào)采集輪循；
其中，對(duì)于任意一個(gè)徑向上的任意一個(gè)線圈進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，從該徑向上與被激勵(lì)線圈相鄰的下一個(gè)線圈進(jìn)行信號(hào)采集；
再對(duì)所述下一個(gè)線圈進(jìn)行激勵(lì)，并從該徑向上與被激勵(lì)的下一個(gè)線圈相鄰的更下一個(gè)線圈進(jìn)行信號(hào)采集；
直到對(duì)該徑向上的所有線圈完成分時(shí)激勵(lì)與信號(hào)采集的輪循。
[0013]優(yōu)選示例中，其中一些線圈，位于探頭上同心的多個(gè)圓環(huán)上；設(shè)被激勵(lì)線圈所在的圓環(huán)為內(nèi)層圓環(huán)，而與該內(nèi)存圓環(huán)相鄰并環(huán)繞在該內(nèi)存圓環(huán)之外的圓環(huán)為外層圓環(huán)；
內(nèi)層圓環(huán)的任意一個(gè)線圈被激勵(lì)時(shí)，從外層圓環(huán)上與被激勵(lì)線圈相鄰的多個(gè)方向的線圈同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集；
再對(duì)內(nèi)層圓環(huán)上的下一個(gè)線圈進(jìn)行激勵(lì)，并從外層圓環(huán)上與被激勵(lì)的下一個(gè)線圈相鄰的多個(gè)方向的線圈同時(shí)進(jìn)行信號(hào)采集；
對(duì)內(nèi)層圓環(huán)上的線圈進(jìn)行激勵(lì)的輪循，直到完成該外層圓環(huán)上所有線圈的信號(hào)采集的輪循；
其中，對(duì)內(nèi)層圓環(huán)上的線圈進(jìn)行激勵(lì)的輪循，是指對(duì)內(nèi)層圓環(huán)上的每個(gè)線圈依次序分時(shí)激勵(lì)，或者對(duì)內(nèi)層圓環(huán)上的線圈間隔一個(gè)或間隔多個(gè)后分時(shí)激勵(lì)。
[0014]優(yōu)選示例中，其中一些線圈，位于探頭上同心的多個(gè)圓環(huán)上；對(duì)于所有圓環(huán)的線圈進(jìn)行激勵(lì)與信號(hào)采集輪循； 其中，對(duì)于任意一個(gè)圓環(huán)上的任意一個(gè)線圈進(jìn)行激勵(lì)時(shí)，從該圓環(huán)上與被激勵(lì)線圈相鄰的下一個(gè)線圈進(jìn)行信號(hào)采集；
再對(duì)所述下一個(gè)線圈進(jìn)行激勵(lì)，并從該圓環(huán)上與被激勵(lì)的下一個(gè)線圈相鄰的更下一個(gè)線圈進(jìn)行信號(hào)采集；
直到對(duì)該圓環(huán)上的所有線圈完成分時(shí)激勵(lì)與信號(hào)采集的輪循。
[0015]綜上所述，本發(fā)明提供的一種檢測金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜形狀表面裂紋等缺陷的柔性陣列渦流探頭及檢測方法，其優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明中探頭所包含的激勵(lì)與檢測線圈采用陣列形式，該探頭由于具有柔性，能夠適應(yīng)于多種被檢測部件的復(fù)雜三維表面形狀。探頭的線圈陣列可按圓周向或徑向排列，每個(gè)線圈不需要嚴(yán)格定義為激勵(lì)或檢測功能；只是按照控制邏輯而確定。多種控制邏輯可以使線圈的激勵(lì)與檢測功能按空間順序或時(shí)間順序依次輪循，達(dá)到快速且全覆蓋檢測的目的。
[0016]同時(shí)本發(fā)明中的線圈采用平面線圈，固定線圈的為柔性薄膜材料，可使探頭線圈陣列與被檢測結(jié)構(gòu)表面緊密接觸、減少提離。在陣列探頭運(yùn)動(dòng)裝置配合下，使探頭通過一次移動(dòng)掃查可以檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面一定區(qū)域內(nèi)多個(gè)缺陷的存在，并可根據(jù)信號(hào)特征判斷其數(shù)量、方向及長、寬、深度等形狀信息。在探頭后方更可以進(jìn)一步設(shè)有可伸縮機(jī)械裝置，通過控制其伸縮，來使探頭與被檢測結(jié)構(gòu)表面緊密接觸。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的一種柔性渦流陣列探頭的頂視圖；
圖2是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭自圖1中X-X方向所示的剖面圖；
圖3是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭中任意一個(gè)線圈的結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭線圈在某種控制邏輯下所具有的激勵(lì)與檢測功能不意圖；
圖5是對(duì)圖1示例中線圈的第一種激勵(lì)與檢測控制方式的示意圖；
圖6是對(duì)圖1示例中線圈的第二種激勵(lì)與檢測控制方式的示意圖；
圖7是對(duì)圖1示例中線圈的第三種激勵(lì)與檢測控制方式的示意圖；
圖8是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于圓柱形工件進(jìn)行缺陷檢測的示意圖；
圖9是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于橫截面為半圓形的凹面工件進(jìn)行缺陷檢測的示意圖；
圖10是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于凹槽型工件進(jìn)行缺陷檢測的示意圖；
圖11是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷定量檢測時(shí)的功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]圖1是本發(fā)明提供的一種柔性渦流陣列探頭100 (以下簡稱為柔性探頭或探頭)的頂視圖。所述探頭上設(shè)有作為激勵(lì)與感測元件的多個(gè)線圈101，這些線