检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头及系统的制作方法

文档序号:6177772
检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头及系统,检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,由多个涡流探头组成,所述的多个涡流探头按横向和纵向排列成网格状;相邻的两个涡流探头之间设有机械弹性结构;在每一个涡流探头的底端朝向被检测物表面的一面安装有激励线圈及感测器,在激励线圈及感测器周围非发射或接收方向都设置有屏蔽层;本发明可以检测复杂导电结构表面缺陷的存在,并可根据信号特征判断其数量、方向及长、宽、深度等形状信息。
【专利说明】检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无损检测的涡流探头及其检测系统,特别是涉及检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头及系统。
【背景技术】
[0002]一些关键且形状复杂的金属部件,如发动机叶片、飞机机身等表面或亚表面出现的裂纹或缺陷,可能导致引擎失效或飞机失事。磁粉检测、渗透检测、漏磁检测等各种检测方法已经广泛用于裂纹与缺陷的检测并取得较好的效果。为了评估设备结构安全,要求获得复杂金属结构表面裂纹等缺陷的数量、位置和形状等信息。但是渗透检测等方法对缺陷的识别能力不高,不能获得用来评估缺陷严重程度的裂纹深度等信息。
[0003]涡流检测是一种使用很广泛的无损检测技术,工作机理遵循电磁感应原理,当通有交变电流的激励线圈靠近导体材料时,将在导体材料中产生交变磁场,称为一次磁场,同时该交变磁场在导体表面感应出涡电流。导体中的涡电流也会产生磁场,称为二次磁场。导体结构表面如果存在裂纹等缺陷,将会引起涡电流的变化,从而使涡电流所产生的二次磁场也发生变化,导致检测线圈所感测电信号发生变化。据此就可以判断导体材料表面缺陷的存在及严重程度。涡电流检测具有速度快、对表面缺陷反应灵敏等优异性能。传统单线圈探头只能单点扫查,对较大面积进行全覆盖的检测非常费时费力,而且容易漏检严重缺陷。目前要求涡流检测能够覆盖并快速检测各种形状复杂的部件表面,如飞机发动机的叶片、飞机机身铆接结构、汽轮机、核电站热交换管道、汽车发动机、转子的燕尾槽、齿轮等各种形状复杂的机械部件。并且在检测时,要求探头与被检测部件紧密接触,避免提离变化造成的影响,快速高效完成检测任务,因此需要改进涡流检测技术来解决上述问题。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于为了克服上述技术的不足,提供一种检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头及系统。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,由多个涡流探头组成,所述的多个涡流探头按横向和纵向排列成网格状;相邻的两个涡流探头之间设有机械弹性结构;在每一个涡流探头的底端朝向被检测物表面的一面安装有激励线圈及感测器,在激励线圈及感测器周围非发射或接收方向都设置有屏蔽层;
更进一步,所述涡流探头为长方体形状;
更进一步,在每个涡流探头与待检测物表面平行方向至少设有横向及纵向两个通孔,由机械弹性结构穿过,连接并拉紧或放松所说的多个探头组件;
更进一步,所述机械弹性结构可以采用金属或橡胶等材料制成的弹簧状或线状弹性
物;
更进一步,所述的机械弹性结构有柔性,在放置到一定形状待检测物表面时,涡流探头间的机械弹性结构能够在探头组件重力或囊腔施压作用下伸缩以适应并覆盖相应的形状待检测物表面;
更进一步,所述的机械弹性结构也有一定刚性,在放置时,涡流探头整体能保持自身形状及完整性;
更进一步,所述的涡流探头的每一行与列的两个端头,各有一个通过吸附到被检测物表面而固定涡流探头的装置;
更进一步,所述的涡流探头上方设有一个囊腔装置,囊腔装置上方有管道;
更进一步,所述柔性囊腔装置下表面与每一个涡流探头上表面连接;
更进一步,所述感测器可以是线圈、漏磁传感器、霍尔传感器、巨磁阻传感器;
更进一步,所述每个涡流探头朝向被检测物的表面有一层耐磨层起到保护探头作用;更进一步,检测复杂导电结构表面缺陷的系统,包括一个能够适应于被检测部件表面三维形状的柔性涡流探头阵列、一个控制涡流探头扫描运动并采集感测器的检测数据并送入信号处理器的控制器、一个分析缺陷信号并以图形或图像的形式显示的处理器。
[0006]本发明的有益效果是:本发明可以检测各种大小不一、形状复杂的导电结构表面是否有缺陷,涡流探头通过一次移动扫查可以检测复杂导电结构表面一定区域内多个缺陷的存在,并可根据信号特征判断其数量、方向及长、宽、深度等形状信息。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的仰视图;
图3为从图2所标示1B-1B方向看过去的本发明剖面图;
图4为涡流探头之间通过机械弹性结构相互连接的示意图;
图5为本发明应用于圆柱面缺陷检测的示意图;
图6为本发明应用于凸面缺陷检测的剖面图;
图7为本发明应用于凹面缺陷检测的剖面示意图;
图8为本发明应用于凹槽缺陷检测的剖面示意图;
图9为本发明应用于球形部件外表面缺陷检测的示意图;
图10为本发明应用于圆锥形物体外表面缺陷检测的示意图;
图11为本发明应用于棱锥形物体外表面缺陷检测的示意图;
图12为本发明的检测系统示意图。
【具体实施方式】
[0008]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合图示与具体实施例,进一步阐述本发明。
[0009]如图1所示,检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,由多个涡流探头(101)组成,涡流探头(101)为长方体形状,涡流探头(101)按横向与纵向排列组成涡流探头阵列
(100),每个涡流探头(101)的横向和纵向设有通孔(102),涡流探头(101)的横向与纵向之间由机械弹性结构(103)通过通孔(102)将各个涡流探头(101)相互连接,在检测不同形状部件时可以根据需要在机械弹性结构(103)端头通过收缩装置(110)使其收紧或放松,机械弹性结构(103)可以采用弹性线或图4所示的弹簧组件(109)等具有伸缩性的弹性元件连接,在涡流探头(101)与机械弹性结构(103)固定连接部位,有可以容纳机械弹性结构(103)收缩存放的通孔(102),涡流探头(101)之间可以采用不同机械弹性结构(103)进行连接,其目的都是为了在实际检测时,使涡流探头(101)四周相互之间减少间隙,降低未被涡流探头(101)覆盖的区域面积,且使每个涡流探头(101)与被检测物的结构表面相垂直。每个涡流探头(101)下方设有激励线圈(104)与感测器(105),感测器(105)可采用线圈、漏磁传感器、霍尔传感器、巨磁阻传感器,除了发射面或接收面,其他各面都被屏蔽结构(108)所屏蔽,以降低干扰信号对涡流探头(101)的影响。涡流探头阵列(100)上方设有柔性囊腔(106)与涡流探头(101)连接,柔性囊腔(106)可以通过管道(107)注入液体或气体达到增加压力,使涡流探头阵列(100)与被检测结构表面相垂直且紧密接触、减少提离的效果。涡流探头阵列(100)每行或每列的两端都有固定与运动装置(111),可固定涡流探头(101)并在扫查时移动涡流探头阵列(100)。
[0010]如图5、6所示,为本发明对凸面结构缺陷检测的示意图和剖面图,图5是涡流探头阵列(100)检测一个1/4圆柱体工件(202)表面,图6是涡流探头阵列(100)检测一个半圆柱工件(203)表面的剖面图。图5中涡流探头(101)放置于1/4圆柱工件(202)表面,涡流探头(101)按横向、纵向分别沿圆柱(202)的圆周向和轴向放置,通过收缩装置(110)收紧穿过通孔(102)的机械弹性结构(103),可以使每个涡流探头(101)与圆柱(202)表面相垂直,使涡流探头(101)下端紧密接触被测工件(202),而涡流探头(101)上方由于圆柱体工件(202)的弯曲度而相互之间呈现一定的角度。在上方柔性囊腔(图中未画出)与固定和运动装置(111)施压作用下,可以使每个涡流探头(101)与圆柱体工件(202)表面紧密接触,减少提离干扰。
[0011]图7是本发明对横截面为半圆形的凹面工件(302)进行缺陷检测的示意图,涡流探头(101)放置于凹面工件(302)内表面,涡流探头(101)按横向、纵向分别沿凹面工件(302)圆周向和轴向放置,通过收缩装置(110)收紧穿过通孔(102)的机械弹性结构(103),可以使每个涡流探头(101)与凹面工件(302)相垂直,涡流探头(101)上端紧密接触,而涡流探头(101)下方由于凹面工件(302)的弯曲度而呈现一定的分离。进一步减小涡流探头
(101)的尺寸,可以使涡流探头(101)下端的间隙降低。在上方柔性囊腔(图中未画出)与固定和运动装置(111)所施加压力作用下,可以使涡流探头(101)与凹面工件(302)紧密接触,减少提离干扰。
[0012]图8是本发明对凹槽型工件(401)进行缺陷检测的示意图;该凹槽型工件(401)内部呈圆柱形,有一个较小的开口,一般的探头难以深入其内部进行检测。应用本发明,利用涡流探头(101)之间的机械弹性结构(103)可伸缩的特性,将涡流探头(101)从凹槽型工件(401)开口放入,放置于凹槽型工件(401)内表面,涡流探头阵列(100)按横向、纵向分别沿凹槽型工件(401)圆周向和轴向放置,通过收缩装置(110)收紧穿过通孔(102)的机械弹性结构(103),可以使每个涡流探头(101)与凹槽型工件(401)内表面相垂直,涡流探头(101)上端与凹槽型工件(401)内表面紧密接触,而涡流探头(101)下方由于凹槽型工件(401)的弯曲度而呈现一定的分离。如进一步减小涡流探头(101)的尺寸,可以使涡流探头(101)间与被检测凹槽型工件(401)表面接触端的间距降低。在上方柔性囊腔(403)与固定和运动装置(111)作用下,可以使涡流探头(101)与凹槽型工件(401)紧密接触,减少提离干扰。[0013]图9是本发明对球形工件(502 )外表面进行缺陷检测的示意图;该球形工件(502 )呈圆球形,其特点是表面没有平面存在。传统阵列探头较难检测这种球形工件,只能在一个位置点单独检测,费时费力,且容易造成漏检。本发明可以对球面进行较大面积覆盖检测,涡流探头(101)放置在球形工件(502 )表面,通过收缩装置(110)收紧穿过通孔(102 )的机械弹性结构(103),可以使每个涡流探头(101)与球形工件(502)相垂直,涡流探头(101)上端虽然间距较大,但涡流探头(101)下方相互紧密排列且各自始终垂直球形工件(502)。在上方柔性囊腔(图中未画出)与固定和运动装置(111)作用下,可以进一步减少提离干扰,使涡流探头(101)与球形工件(502)紧密接触。
[0014]图10是本发明对圆锥型物体(602)外表面进行缺陷检测的示意图;该圆锥型物体(602)呈圆锥形,其特点是横截面积是圆且大小是变化的。传统阵列探头较难检测这种变截面的工件表面,只能单点检测,费时费力,容易造成漏检。本发明涡流探头(601)可以对圆锥型物体(602 )进行较大面积覆盖检测,涡流探头(101)纵向沿圆锥型物体(602 )母线方向放置,通过收缩装置(110)收紧穿过通孔(102)的机械弹性结构(103),可以使每个涡流探头(101)与圆锥型物体(602)相垂直,往圆锥横截面积增大方向,涡流探头(101)上端间距加大,但涡流探头(101)下方始终紧密排列且垂直圆锥型物体(602)。在上方柔性囊腔(图中未画出)与固定和运动装置(111)作用下也可以使涡流探头(101)与圆锥型物体(602)紧密接触,减少提离干扰。
[0015]图11是本发明对棱锥型物体(702)外表面缺陷检测的示意图;该棱锥型物体(702)呈棱锥形,其特点是横截面积是四边形且大小是变化的。传统阵列探头较难检测这种形状的工件,只能每个面分别检测,费时费力,且容易对棱边缺陷漏检。本发明可以对棱锥型物体(702)任一棱边的相邻两个面同时进行检测,涡流探头阵列(100)纵向沿棱柱棱边放置,棱边两边各留取相同数量的涡流探头(101),通过收缩装置(110)收紧穿过通孔
(102)的机械弹性结构(103),可以使每个涡流探头(101)与棱锥型物体(702)相垂直,随着棱锥型物体(702)横截面增大,棱边两侧相邻涡流探头(101)上端间距加大,但涡流探头
(101)下方始终紧贴棱边,且与棱锥型物体(702)相垂直。在上方柔性囊腔(图中未画出)与固定和运动装置(111)作用下,还可以进一步使涡流探头(101)与棱锥型物体(702 )紧密接触,减少提离干扰。
[0016]如图12所示,本发明中,涡流探头阵列和一个控制涡流探头扫描运动并采集感测器的检测数据并送入信号处理器的控制器、一个分析缺陷信号并以图形或图像的形式显示的处理器连接,涡流探头通过一次移动扫查可以检测复杂导电结构表面一定区域内多个缺陷的存在,并可根据信号特征判断其数量、方向及长、宽、深度等形状信息。
[0017]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
【权利要求】
1.检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,由多个涡流探头组成,其特征在于:所述的多个涡流探头按横向和纵向排列成网格状;相邻的两个涡流探头之间设有机械弹性结构;在每一个涡流探头的底端朝向被检测物表面的一面安装有激励线圈及感测器,在激励线圈及感测器周围非发射或接收方向都设置有屏蔽层。
2.如权利要求1所述的检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,其特征在于:在每个涡流探头与待检测物表面平行方向至少设有横向及纵向两个通孔,由机械弹性结构穿过,连接并拉紧或放松所说的多个探头组件。
3.如权利要求1或2所述的检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,其特征在于:所述的机械弹性结构采用金属或橡胶等材料制成的弹簧状或线状弹性物。
4.如权利要求1或2或3所述的检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,其特征在于:所述的机械弹性结构有柔性,在放置到一定形状待检测物表面时,涡流探头间的机械弹性结构能够在涡流探头重力或囊腔施压作用下伸缩以适应并覆盖相应的形状待检测物表面;所述的机械弹性结构也有一定刚性,在放置时,涡流探头整体能保持自身形状及完整性。
5.如权利要求1所述的检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,其特征在于:所述的涡流探头的每一行与列的两个端头,各有一个通过吸附到被检测物表面而固定涡流探头的装置。
6.如权利要求1或2或4所述的检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,其特征在于:所述的涡流探头上方设有一个囊腔装置,囊腔装置上方有管道。
7.如权利要求1或2或4或6所述的检测复杂导电结构表面缺陷的涡流阵列探头,其特征在于:每个涡流探头朝向被检测物的表面有一层耐磨层起到保护探头作用。
8.检测复杂导电结构表面缺陷的检测系统,其特征在于,包括:一个能够适应于被检测部件表面三维形状的柔性阵列涡流探头;一个控制阵列涡流探头扫描运动并采集感测器的检测数据并送入信号处理器的控制器;一个分析缺陷信号并以图形或图像的形式显示的处理器。
【文档编号】G01N27/90GK103487502SQ201310446770
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】张思全, 刘雨, 尹畅, 齐川 申请人:上海海事大学
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