CN108362675A - 基于荧光材料的无损检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于荧光材料的无损检测设备,所述设备包括荧光激发装置,所述荧光激发装置可发射激发光激发荧光材料；其中,所述激发光为非平行光。采用本发明的无损检测设备，可对涂覆有荧光材料的被测材料表面激发获得对应的荧光信号，可以通过所述荧光信号获取产品表面信息，从而进行表面三维有效定量测量，将有助于分析出表面具体损伤情况，这将有助于提高产品检测的灵敏度，降低废品率。

Description

基于荧光材料的无损检测设备

技术领域

本发明属于产品无损检测领域，具体涉及一种基于荧光材料的无损检测设备。

背景技术

无损探伤检测技术已广泛的应用在产品检测、后期维护等众多工业领域。传统的无损检测方法有超声波法、渗透法、磁粉检测法。目前现有的测试方法和设备均不能对表面进行定量的检测，只可以进行定性的检测。而且这些方法都有一定的局限性。比如磁粉检测法要求对待检测材料通电后有一定的磁性。超声波检测法和渗透法可广泛的检测固体材料，包括金属、非金属、无磁性以及铁磁性材料。但是使用这几种方法及其检测设备均不能对表面有效的三维定量测量。如果可以进行表面上定量检测，将有助于分析出表面具体损伤情况，譬如，分析处表面裂痕与表面划痕的区别。这将有助于提高产品检测的灵敏度，降低废品率。

发明内容

本发明提供一种新的无损检测设备，本发明的无损检测设备可对涂覆有荧光材料的被测材料表面激发获得对应的荧光信号，进一步通过所述荧光信号可获得被测材料的表面情况，具体的本发明提供一种如下的基于荧光材料的无损检测设备：

基于荧光材料的无损检测设备,所述设备包括荧光激发装置,所述荧光激发装置可发射激发光激发荧光材料；其中,所述激发光为非平行激发光。

进一步，所述激发光为激光。

进一步，所述荧光激发装置包括探头，所述激发光通过所述探头对准待测点进行激发。

进一步，所述探头中设置有透镜，荧光激发装置的激发器发出光线通过所述透镜获得非平行激发光。

进一步，可来回移动所述探头改变所述非平行光与测试点的相对距离。

进一步，所述无损检测设备包括样品放置平台，所述样品放置平台可在平台所在平面调节移动改变待测产品的测试点。

进一步，所述无损检测设备包括X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台和坐标处理模块，所述探头可通过Z轴滑台来回移动改变与测试点的相对距离，所述样品放置平台可通过X轴滑台和Y轴滑台在平台所在平面移动，通过所述坐标处理模块可控制探头和产品放置平台在X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台的移动位置。

进一步，所述无损检测设备还包括信号采集处理装置，所述信号采集处理装置用于获取荧光信号。

进一步，所述信号采集处理装置包括数据拟合模块；所述数据拟合模块可通过已知距离位置测试点与非平行激发光不同相对距离下激发的荧光信号进行拟合处理，获得待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系。

进一步，所述荧光信号为不同波长的发光峰峰面积比或荧光寿命。。

与现有技术相比，本发明提供了一种基于利用荧光材料的产品无损检测设备，采用本发明的无损检测设备，可对涂覆有荧光材料的被测材料表面激发获得对应的荧光信号，可以通过所述荧光信号获取产品表面信息，从而进行表面三维有效定量测量，将有助于分析出表面具体损伤情况，这将有助于提高产品检测的灵敏度，降低废品率。

附图说明

图1为本发明一具体实施例示意图；

图2为本发明实施例1一铝板表面加工的沟槽结构的尺寸示意图；

图3为本发明实施1例荧光寿命与垂直距离之间关系的拟合曲线图；

图4为本发明实施例1利用荧光寿命与垂直距离之间关系的实际测量沟槽结构的测试结果图；

图5为本发明实施例2一固体零件表面结构示意图；

图6为本发明实施例2不同波长发光峰积分面积比值与垂直距离之间关系的拟合曲线图；

图7为本发明实施例2利用不同波长发光峰面积比之与垂直距离之间关系的实际测量固体零件表面的测试结果图。

具体实施方式

本发明发明人研究发现，在激发光功率恒定的情况下，非平行激发光对荧光材料激发产生荧光信号，所述荧光信号和所述非平行激发光与荧光材料之间的相对距离具有相关性，当所述非平行光与荧光材料之间的相对距离发生变化时,激发光照射在荧光材料上的光斑面积大小也将发生变化，进而会改变照射在荧光剂上激发光的功率密度。激发光功率密度的改变将直接的影响荧光剂发光中心发光能级间的能量传递过程，间接的影响荧光剂的荧光信号。基于此，本发明人进一步研究设计提供一种基于荧光材料的无损检测设备，可对涂覆有荧光材料的待测产品表面激发获得对应的可用于待测产品表面信息分析的荧光信号。本发明的基于荧光材料的无损检测设备，所述设备包括荧光激发装置,所述荧光激发装置可发射激发光激发荧光材料；其中,所述激发光为非平行光。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明的做详细的说明。

图1为本发明一具体实施例示意图,如图1,本发明的基于荧光材料的无损检测设备，所述设备包括荧光激发装置1，所述荧光激发装置1可发射激发光激发荧光材料；其中,所述激发光为非平行光。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,所述荧光激发装置1的激发器11用于激发荧光材料发出荧光信号,考虑到有利于发出较强的荧光信号,所述激发器11优选为激光器，所述激发光优选为激光。进一步，当需要获取的荧光信号为荧光寿命时，所述荧光激发装置1还包括脉冲控制器，通过所述脉冲控制器控制激发器11发射脉冲式激发光进行激发从而方便获得荧光寿命信号。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,为了获得非平行的激发光可以采取如下的方式，具体例如可以利用非平行光纤从激发器11引导出非平行的激发光；或者通过介质使激发光发生折射，例如通过透镜获得非平行的激发光。考虑到检测的精度，优选利用透镜获得所述非平行的激发光。为了便于检测,所述荧光激发装置1进一步包括探头12，所述非平行激发光通过所述探头12对准测试点进行激发,更进一步,所述探头12中设置有透镜,荧光激发装置1的激发器11发出的激发光通过所述透镜获得非平行激发光。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,所述无损检测设备还包括信号采集处理装置4，所述信号采集处理装置4用于获取荧光信号，通常所述信号采集处理装置4包括光电探测器，比如：光电二极管，雪崩光电二极管，光电倍增管，电光子计数器，CCD，及CMOS等。光电探测器设置在荧光剂所发出的荧光的传播路径上，将光信号转变为电信号。进一步，所述信号采集处理装置4还包括信号转换模块，所述信号转换模块用于将初步采集的荧光信号处理转换为便于后续数据处理装置5进行数据处理的荧光信号，比如所述信号采集处理装置4可以为荧光寿命检测装置，所述荧光寿命检测装置包括荧光寿命拟合模块，通过所述荧光寿命拟合模块可以将初步采集的脉冲荧光信号转化为荧光寿命信号。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,考虑到避免受荧光材料在被测产品表面的堆积以及表面自身状况等影响，所述荧光信号优选为不同波长的发光峰峰面积比，即，对某两个或两个以上的不同波长的发光峰进行积分，最后将其积分值进行比较；或者所述荧光信号优选为荧光寿命信号。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,为了减少干扰性，当激发光从激发器11中出来后，或者荧光信号进入信号采集处理装置4之前增加分光模块13，所述分光模块13具体例如可以是分光器或滤波器等等。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,为了方便待测产品表面的自动检测，所述无损检测设备包括样品放置平台2，所述样品放置平台2垂直于激发光方向，且可在平台所在平面调节移动改变待测产品3的测试点。进一步，便于检测自动化控制，所述无损检测设备包括X轴滑台41、Y轴滑台42、Z轴滑台43和坐标处理模块5，所述探头12可通过Z轴滑台43来回移动，所述样品固定平台可通过X轴滑台41和Y轴滑台42在平台所在平面移动，通过所述坐标处理模块5可控制激发器和样品放置平台在X轴滑台41、Y轴滑台42和Z轴滑台43的移动位置。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,进一步具有信号连接接口与计算机进行连接，从而所述信号采集处理装置4的荧光信号可以直接以电信号的形式传输到计算机7完成数据处理输出测试产品的表面信息。计算机7包括数据处理装置5和输出装置6。其中，所述数据处理装置5通过设定的待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系，将待测产品表面的荧光信号转化为待测产品表面的位置信息。所述待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系可通过如下方式获得：获取已知距离位置测试点与非平行激发光不同相对距离下激发的荧光信号，采用数据拟合模块进行拟合处理获得。在环境因素变化不大的情况下，所述待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系作为常设设置设定于所述数据处理装置5，每隔一段时间进行校正即可；在环境因素变化比较大、或者测试精度要求较高的情况下，每一次检测前，都进行一次所述拟合处理，获得测试环境下待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系。进一步，便于方便检测操作，所述数据处理装置5包括所述数据拟合模块。数据拟合处理模块通过已知距离位置测试点与非平行激发光不同相对距离下激发的荧光信号进行拟合处理，可以根据实际情况要求选择合适的取点数量和拟合方式，通常，数据拟合处理模块可以选择以以下函数的方式通过已知距离位置测试点与所述非平行激发光不同相对距离下激发的荧光信号进行拟合：y＝k₀+k₁x+k₂x²…+k_ixⁱ；其中y为相对距离，x为荧光信号，i为正整数,所述i的取值可以根据实际精度要求进行选择。

本发明的基于荧光材料的无损检测设备,进一步，优选所述探头12可来回移动，来回移动所述探头12可改变探头12与测试点的相对距离而改变测试点上的激发光密度；从而在检测时，可固定探头12进行检测；而当设定待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系时，可通过来回移动探头12改变非平行激发光与已知距离位置测试点的相对距离获取对应的荧光信号进行所述拟合处理。

以下通过具体实施例作进一步说明。

实施例1

以下以一铝板表面沟槽结构深度分布为实施例对本发明的无损检测装置作进一步说明：

将图2所示的表面沟槽结构的一铝板表面清洁干净，去除表面污渍，将具有浓度为0.1M的荧光剂Er³⁺离子掺杂的NaYF₄纳米颗粒的乙醇溶液均匀的喷洒在所述铝板沟槽结构表面。将所述铝板放置于样品放置平台上，沟槽面朝上，将带有透镜的探头移动到待测区域，恒定激发光功率在脉冲控制器的控制下发射脉冲激光,通过荧光寿命检测装置自动获取信号较好的荧光寿命信号。此例中，激发光为波长976纳米的激光，并选取波长为530纳米的信号光进行收集处理。来回移动探头，改变垂直测试平面方向上探头与铝板表面上没有缺陷的测试点的相对距离，获取10个点以上在不同相对距离及对应的荧光寿命信号，将所述荧光寿命信号，其对应的探头与铝板表面上没有缺陷的测试点的相对距离输送至计算机进行数据拟合处理，设置的拟合函数为：y＝k₀+k₁x+k₂x²，如图3所示。然后，固定探头高度，水平移动样品放置平台，测量在不同位置荧光剂的荧光寿命，将所述不同位置荧光剂的荧光寿命信号输送至计算机获得所述铝板表面状况图，如图4所示。

实施例2

以下以一固体零件表面测试为例对本发明的无损检测装置作进一步说明：

将图5所示固体零件表面清洁干净，去除表面污渍，将具有浓度为0.1M的Yb³⁺-Tm^{3 +}-Tb³⁺离子掺杂的NaYF₄纳米颗粒的乙醇溶液均匀的喷洒在所述固体零件表面。将所述固体零件放置于样品放置平台上，待测试面朝上，将带有透镜的激光探头移动到待测区域，恒定激发光功率,连续激光激发，通过光谱测试装置获取荧光剂所发信号光的光谱。此例中，激发光为波长976纳米的激光。来回移动探头，改变垂直测试平面方向上探头与固体零件表面上没有缺陷的测试点的相对距离，获取10个点以上在不同相对距离及对应的荧光光谱，选取两个特定的发光峰，对发光峰的面积进行积分，此例中为中心峰位位于476纳米和544纳米的发光峰，并计算两个发光峰积分面积的比值。将所述发光峰积分面积比值与其对应的探头与固体零件表面上没有缺陷的测试点的相对距离输送至计算机进行数据拟合处理，设置的拟合函数为：y＝k₀+k₁x+k₂x²，如图6所示。然后，固定探头高度，水平移动产品测试平台，测量在不同位置荧光剂光谱中发光峰积分面积的比值，将所述不同位置荧光剂光谱中发光峰积分面积的比值输送至计算机获得所述固体零件表面状况图，如图7所示。

由以上实施例1和实施例2的测试结果表明采用本发明的无损检测设备，可以对涂覆有荧光材料的待测材料表面激发获得对应的荧光信号，进一步通过计算机对所述荧光信号处理可获得被测材料的表面情况。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.基于荧光材料的无损检测设备,其特征在于,所述设备包括荧光激发装置,所述荧光激发装置可发射激发光激发荧光材料；其中,所述激发光为非平行激发光。

2.根据权利要求1所述的无损检测设备，其特征在于，所述激发光为激光。

3.根据权利要求1所述的无损检测设备，其特征在于，所述荧光激发装置包括探头，所述激发光通过所述探头对准待测点进行激发。

4.根据权利要求3所述的无损检测设备，其特征在于，所述探头中设置有透镜，荧光激发装置的激发器发出光线通过所述透镜获得所述非平行激发光。

5.根据权利要求3所述的无损检测设备，其特征在于，可来回移动所述探头改变所述非平行激发光与测试点的相对距离。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的无损检测设备，其特征在于，所述无损检测设备包括样品放置平台，所述样品放置平台可在平台所在平面调节移动改变待测产品的测试点。

7.根据权利要求6所述的无损检测设备，其特征在于，所述无损检测设备包括X轴滑台、Y轴滑台、Z轴滑台和坐标处理模块，所述探头可通过Z轴滑台来回移动改变与测试点的相对距离，所述样品放置平台可通过X轴滑台和Y轴滑台在平台所在平面移动，通过所述坐标处理模块可控制探头和产品放置平台在X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台的移动位置。

8.根据权利要求1所述的无损检测设备，其特征在于，所述无损检测设备还包括信号采集处理装置，所述信号采集处理装置用于获取荧光信号。

9.根据权利要求8所述的无损检测设备，其特征在于，所述信号采集处理装置包括数据拟合模块；所述数据拟合模块可通过已知距离位置测试点与非平行激发光不同相对距离下激发的荧光信号进行拟合处理，获得待测产品表面的荧光信号与待测产品表面位置信息之间的关联关系。

10.根据权利要求8所述的无损检测设备，其特征在于，所述荧光信号为不同波长的发光峰峰面积比或荧光寿命。