CN112378957A - 一种金属部件的超声激励红外热成像检测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属部件的超声激励红外热成像检测***，包括：一热像仪，用于探测超声激励后待测工件表面的红外图像数据；超声激励装置，用于对待测工件进行装夹后，针对待测工件不同部位进行滑动耦合激励，并使得热像仪可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据，实现对待测工件的全方位检测；上位机***，分别与热像仪和超声激励装置信号连接，用于设置超声激励装置的激励参数及运动参数，以及接收热像仪的红外图像数据并执行图像处理操作获得检测结果。本发明一方面采用滑动耦合激励提高了检测能力和效率，另一方面通过将超声激励装置集成在转台之上，仅采用一台热像仪实现对待测工件的全方位检测，可有效降低检测成本。

Description

一种金属部件的超声激励红外热成像检测***

技术领域

本发明涉及无损检测领域，特别地，涉及一种金属部件的超声激励红外热成像检测***。

背景技术

超声红外热成像技术是一门新兴的无损检测技术，主要应用于表面裂纹和表面下的浅层闭合裂纹缺陷的检测，其检测原理为通过变幅杆将超声能量耦合到待测工件内使得高能超声波在待测工件内传播，当超声波在传播过程中遇到不均匀区域或缺陷时，超声波与该区域材料作用引起超声能量衰减，并使该区域局部温度上升，从而使该区域可以很容易被热像仪捕捉并显示出来，具有检测速度快、不污染试件的特点，相比于闪光灯热成像法，超声激励只对缺陷区域加热，因此可以得到高信噪比的灰度值信息，并且无需考虑复杂结构试件的加热不均匀问题。

影响超声激励效果的因素有很多，包括超声频率、能量密度、预紧力大小以及激励头与材料的耦合效率。其中，激励头的耦合效率随待测工件整体结构、表面形貌以及超声头接触位置的不同而变化。因此，超声激励过程中检测结果随机性较大，且需要不断调整各参数重复实验，检测效率低下，因此其在实际工程检测中仍有许多问题尚未解决，其中包括：

一、超声枪变幅杆与待测工件的接触状态会对检测结果产生巨大影响。超声枪变幅杆与待测工件接触的位置不同，其非线性响应的程度不同，则待测工件中振动频谱内除了基波以外的各谐波成分的幅值不同，即对于超声激励下驻波现象的消除效果不同。因此，为了找到可使声混沌现象最明显的激励位置，需要不断调节变幅杆与待测工件的接触位置。同时，对于复杂形貌待测工件，变幅杆与待测工件接触的位置不同，从而超声波在待测工件内的场分布不同。因此，若只在单一接触点处耦合激励可能会存在盲区、死角等超声信号薄弱的区域，并致使缺陷漏检。

二、实际工业检测中多需求对待测工件的多个表面进行全方位检测，现有方法多为移动热像仪多次激励或设置多个热像仪多角度观测，然而从检测效率和成本等方面考虑均不理想。

发明内容

本发明提供了一种金属部件的超声激励红外热成像检测***，以解决现有的超声激励红外热成像检测存在缺陷漏检、检测效率低、成本高的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种金属部件的超声激励红外热成像检测***，包括：

一热像仪，用于探测超声激励后待测工件表面的红外图像数据；

超声激励装置，用于对待测工件进行装夹后，针对待测工件不同部位进行滑动耦合激励，并使得热像仪可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据，实现对待测工件的全方位检测；

上位机***，分别与热像仪和超声激励装置信号连接，用于设置超声激励装置的激励参数及运动参数，以及接收热像仪的红外图像数据并执行图像处理操作获得检测结果。

进一步地，所述超声激励装置包括：

旋转平台，可绕自身轴线周向旋转；

整体固定结构件，固定设置在所述旋转平台上，可随旋转平台同步周向旋转；

滑移夹具，固定设置在所述整体固定结构件顶部，用于对待测工件进行装夹及在激励过程中带动待测工件水平移动；

超声激励枪，用于对位于固定夹具上的待测工件输出超声激励；

直线驱动机构，竖直固定在所述整体固定结构件上，且输出端与超声激励枪相连接，用于控制所述超声激励枪上下移动与待测工件接触并施加可调节的预紧力。

进一步地，所述整体固定结构件包括底座、固定设置在所述底座上的矩形框式支架。

进一步地，所述底座和矩形框式支架均采用铝合金型材制备而成。

进一步地，所述滑移夹具包括：

固定夹具，固定设置在所述整体固定结构件顶部，其内部设置有直线运动装置；

对夹固定夹具，固定在所述固定夹具的直线运动装置上，通过对夹固定待测工件防止其在超声激励过程中松动并保持耦合预紧力。

进一步地，所述直线运动装置和对夹固定夹具分别由与所述上位机***信号连接的步进电机驱动。

进一步地，所述超声激励枪包括依次连接的超声换能器、放大器及连接待测工件、变幅杆，所述直线驱动机构与放大器及连接待测工件相连接，驱动所述超声激励枪上下移动使变幅杆与位于固定夹具上的待测工件接触并施加可调节的预紧力。

进一步地，所述直线驱动机构包括：

两驱动装置，对称固定在所述整体固定结构件上；

两直线滑轨，对称地竖直固定在所述整体固定结构件两侧；

两直线滑块，与所述驱动装置的输出端、放大器及连接待测工件相连接，并在驱动装置作用下分别沿两直线滑轨往复移动。

进一步地，所述驱动装置采用气压缸、液压缸或直线电机。

进一步地，所述气压缸、液压缸通过压力调节阀和换向阀分别与配套的气压***或液压***相连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明的金属部件的超声激励红外热成像检测***，通过设置用于探测超声激励后待测工件表面的红外图像数据热像仪；用于针对待测工件不同部位进行超声激励，并使得热像仪可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据来实现对待测工件的全方位检测的超声激励装置；用于设置超声激励装置的激励参数及运动参数，以及接收热像仪的红外图像数据并执行图像处理操作获得检测结果上位机***。本发明一方面实现了在激励过程中可通过实时移动待测工件来调整其与变幅杆的接触位置，实现滑动耦合激励，所述滑动耦合激励通过不断改变激励位置打乱了单次激励过程中待测工件内部超声波的场分布，相对于现有改变位置后多次激励的方式其热像仪单次检测所得结果图像包含信息更多，因此效率更高。同时，滑动激励提升了耦合接触的非线性程度，可有效消除驻波现象，从而增强裂纹缺陷附近的红外热信号强度，提高检测能力。另一方面，本发明通过将超声激励装置集成在转台之上，实现了对待测工件的全方位检测，进一步提高了检测效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的金属部件的超声激励红外热成像检测***整体示意图；

图2是本发明优选实施例的超声激励装置示意图。

图中：1、超声激励装置；2、热像仪；3、上位机***；11、整体固定结构件；12、旋转平台；13、固定夹具；14、驱动装置；15、直线滑轨；16、超声换能器；17、放大器及连接待测工件；18、变幅杆；19、对夹固定夹具。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种金属部件的超声激励红外热成像检测***，包括：

一热像仪2，用于探测超声激励后待测工件表面的红外图像数据；

超声激励装置1，用于对待测工件进行装夹后，针对待测工件不同部位进行滑动耦合激励，并使得热像仪2可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据，实现对待测工件的全方位检测；

上位机***3，分别与热像仪2和超声激励装置1信号连接，用于设置超声激励装置1的激励参数及运动参数，以及接收热像仪2的红外图像数据并执行图像处理操作获得检测结果。

本实施例的金属部件的超声激励红外热成像检测***，通过仅设置一台用于探测超声激励后待测工件表面的红外图像数据热像仪2；用于针对待测工件不同部位进行超声激励，并使得热像仪2可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据来实现对待测工件的全方位检测的超声激励装置1；用于设置超声激励装置1的激励参数及运动参数，以及接收热像仪2的红外图像数据并执行图像处理操作获得检测结果上位机***3。本发明一方面实现了在激励过程中可通过实时移动待测工件来调整其与超声激励装置1的接触位置，实现滑动耦合激励，所述滑动耦合激励通过在激励过程中不断改变激励位置打乱了单次激励过程中待测工件内部超声波的场分布，相对于现有改变位置后多次激励的方式其热像仪2单次检测所得结果图像包含信息更多，因此效率更高。同时，滑动激励提升了耦合接触的非线性程度，可有效消除驻波现象，从而增强裂纹缺陷附近的红外热信号强度，提高检测能力。另一方面，本发明通过将超声激励装置1集成在转台之上，实现了对待测工件的全方位检测，进一步提高了检测效率。

如图2所示，在本发明的优选实施例中，所述超声激励装置1包括：

旋转平台12，可绕自身轴线周向旋转，具体可以通过步进电机及减速器实现周向旋转，其中，步进电机与上位机***3信号连接，上位机***3输出相应的控制信号，可驱动旋转平台12按设定转速、转动角度、转动方向、旋转时间进行旋转，以满足当前检测需要，确保热像仪2可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据来实现对待测工件的全方位检测；

整体固定结构件11，固定设置在所述旋转平台12上，可随旋转平台12同步周向旋转；

滑移夹具，固定设置在所述整体固定结构件11顶部，用于对待测工件进行装夹及在激励过程中带动待测工件水平移动；

超声激励枪，用于对位于固定夹具13上的待测工件输出超声激励；

直线驱动机构，竖直固定在所述整体固定结构件11上，且输出端与超声激励枪相连接，用于控制所述超声激励枪上下移动与待测工件接触并施加可调节的预紧力。

本实施例中，所述超声激励装置1通过旋转平台12带动待测工件在激励过程中进行旋转，确保热像仪2可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据来实现对待测工件的全方位检测；通过设置滑移夹具对待测工件进行装夹及在激励过程中带动待测工件水平移动，从而实现滑动耦合激励，所述滑动耦合激励通过在激励过程中不断改变激励位置打乱了单次激励过程中待测工件内部超声波的场分布，相对于现有改变位置后多次激励的方式其热像仪2单次检测所得结果图像包含信息更多，因此效率更高；同时，本实施例通过直线驱动机构驱动所述超声激励枪上下移动与待测工件接触并施加可调节的预紧力，从而获得较佳的激励效果，其中预紧力可以通过在超声激励枪相应位置上设置压力传感器获取，同时将检测的压力信号实时传输至上位机***3进行相应的处理，上位机***3根据压力信号实时控制所述超声激励装置1，确保预紧力符合设定范围。

在本发明的优选实施例中，所述整体固定结构件11包括底座、固定设置在所述底座上的矩形框式支架。所述底座和矩形框式支架均采用铝合金型材制备而成，质量轻，加工方便，成本低，便于搬运和运输。

在本发明的优选实施例中，所述滑移夹具包括：

固定夹具13，固定设置在所述整体固定结构件11顶部，其内部设置有直线运动装置；

对夹固定夹具19，固定在所述固定夹具13的直线运动装置上，通过对夹固定待测工件防止其在超声激励过程中松动并保持耦合预紧力。

所述固定夹具13由下至上依次包括水平移动装置、设置在所述水平移动装置上的对夹固定夹具19。其中，所述直线运动装置和对夹固定夹具19分别由与所述上位机***3信号连接的步进电机驱动。

本实施例中，所述对夹固定夹具19用于固定待测结构件，其两侧夹具均可移动，通过夹紧两侧夹具可起到固定结构件防止其在超声激励过程中松动并保持耦合预紧力。所述对夹固定夹具19与固定夹具13内水平移动装置连接，因此，通过控制固定夹具13内部的步进电机可在已施加预紧力并处于激励状态下移动对夹固定夹具19，从而可使待测工件相对超声激励枪运动，以此可调整待测工件与超声激励枪的耦合位置，从而实现超声激励枪与待测工件间的滑动耦合激励，以此可改变超声激励时待测工件内部的声场分布，消除激励盲区和死角并提高耦合能量水平。

在本发明的优选实施例中，所述超声激励枪包括依次连接的超声换能器16、放大器及连接待测工件17、变幅杆18，所述直线驱动机构与放大器及连接待测工件17相连接，驱动所述超声激励枪上下移动使变幅杆18与位于固定夹具13上的待测工件接触并施加可调节的预紧力。

如图2所示，在本发明的优选实施例中，所述直线驱动机构包括：

两驱动装置14，对称固定在所述整体固定结构件11上；

两直线滑轨15，对称地竖直固定在所述整体固定结构件11两侧；

两直线滑块，与所述驱动装置14的输出端、放大器及连接待测工件17相连接，并在驱动装置14作用下分别沿两直线滑轨15往复移动。

本实施例中，两驱动装置14推动两直线滑块分别沿两直线滑轨15上下往复移动，进而推动与两直线滑块相连接的超声换能器16、放大器及连接待测工件17、变幅杆18上下移动，控制所述超声激励枪的变幅杆18上下移动与待测工件接触并施加可调节的预紧力。

在本发明的优选实施例中，所述驱动装置14采用气压缸、液压缸或直线电机，可通过气压缸、液压缸或直线电机驱动整个超声激励枪上下移动，控制变幅杆18与待测工件接触并施加可调节的预紧力。其中，所述气压缸、液压缸通过压力调节阀和换向阀分别与配套的气压***或液压***相连接，换向阀可用于控制气压缸、液压缸的伸缩方向，而压力调节阀可以调节进入气压缸、液压缸的工作介质的压力值，起到控制气压缸、液压缸最大输出力大小的目的，一定程度上起到调节变幅杆18与待测工件相接触的预紧力的目的。

综上所述，本发明的上述实施例通过可移动式对夹固定夹具19结构实现了对待测工件的固定以及平移移动。所述结构优点在于其可在保持预紧力不变的前提下实现超声激励过程中的滑动耦合。由上述分析可知，变幅杆18与待测工件接触的位置不同，从而超声波在结构件内的场分布不同。因此，单一接触点处耦合激励会存在盲区、死角等超声信号薄弱的区域，并致使缺陷漏检。上述实施例的所述结构通过激励时刻的平移移动，改变了变幅杆18与待测工件的接触位置，改变待测工件内声场的分布，消除激励盲区。滑动耦合激励的优点在于其通过不断改变激励位置打乱了单次激励过程中待测工件内部超声波的场分布，相对于改变位置多次激励的方式，其热像仪2单次检测所得结果图像包含信息更多，因此效率更高。同时，滑动激励提升了耦合接触的非线性程度，可有效消除驻波现象，从而增强裂纹缺陷附近的红外热信号强度，提高检测能力。

另外，所述发明通过旋转平台12实现了超声激励装置1整体的可转动性，从而实现了对待测工件的全方位检测，提升了检测效率，同时，由于只需要一台热像仪2即可探测超声激励后待测工件不同位置表面的红外图像数据，无需移动热像仪2进行多次激励或设置多个热像仪2进行多角度观测，兼顾检测效率的同时，大幅减低检测成本。

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

Claims (10)

1.一种金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，包括：

一热像仪(2)，用于探测超声激励后待测工件表面的红外图像数据；

超声激励装置(1)，用于对待测工件进行装夹后，针对待测工件不同部位进行滑动耦合激励，并使得热像仪(2)可从不同角度探测待测工件不同表面的红外图像数据，实现对待测工件的全方位检测；

上位机***(3)，分别与热像仪(2)和超声激励装置(1)信号连接，用于设置超声激励装置(1)的激励参数及运动参数，以及接收热像仪(2)的红外图像数据并执行图像处理操作获得检测结果。

2.根据权利要求1所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，所述超声激励装置(1)包括：

旋转平台(12)，可绕自身轴线周向旋转；

整体固定结构件(11)，固定设置在所述旋转平台(12)上，可随旋转平台(12)同步周向旋转；

滑移夹具，固定设置在所述整体固定结构件(11)顶部，用于对待测工件进行装夹及在激励过程中带动待测工件水平移动；

超声激励枪，用于对位于固定夹具(13)上的待测工件输出超声激励；

直线驱动机构，竖直固定在所述整体固定结构件(11)上，且输出端与超声激励枪相连接，用于控制所述超声激励枪上下移动与待测工件接触并施加可调节的预紧力。

3.根据权利要求2所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，

所述整体固定结构件(11)包括底座、固定设置在所述底座上的矩形框式支架。

4.根据权利要求3所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，

所述底座和矩形框式支架均采用铝合金型材制备而成。

5.根据权利要求2所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，所述滑移夹具包括：

固定夹具(13)，固定设置在所述整体固定结构件(11)顶部，其内部设置有直线运动装置；

对夹固定夹具(19)，固定在所述固定夹具(13)的直线运动装置上，通过对夹固定待测工件防止其在超声激励过程中松动并保持耦合预紧力。

6.根据权利要求5所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，

所述直线运动装置和对夹固定夹具(19)分别由与所述上位机***(3)信号连接的步进电机驱动。

7.根据权利要求2所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，

所述超声激励枪包括依次连接的超声换能器(16)、放大器及连接待测工件(17)、变幅杆(18)，所述直线驱动机构与放大器及连接待测工件(17)相连接，驱动所述超声激励枪上下移动使变幅杆(18)与位于固定夹具(13)上的待测工件接触并施加可调节的预紧力。

8.根据权利要求2所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，所述直线驱动机构包括：

两驱动装置(14)，对称固定在所述整体固定结构件(11)上；

两直线滑轨(15)，对称地竖直固定在所述整体固定结构件(11)两侧；

两直线滑块，与所述驱动装置的输出端、放大器及连接待测工件(17)相连接，并在驱动装置作用下分别沿两直线滑轨(15)往复移动。

9.根据权利要求8所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于，

所述驱动装置(14)采用气压缸、液压缸或直线电机。

10.根据权利要求9所述的金属部件的超声激励红外热成像检测***，其特征在于：

所述气压缸、液压缸通过压力调节阀和换向阀分别与配套的气压***或液压***相连接。

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