本发明涉及一种红外无损检测设备，尤其是涉及一种工件自动化红外无损检测装置。
背景技术
红外无损检测技术是一门跨学科、跨应用领域的通用型实用技术，是一种创新性的无损检测技术。可实现对金属、非金属及复合材料中存在的裂纹、脱粘等缺陷进行检测，具有非接触、检测面积大、速度快、在线检测等优点。红外无损检测设备的工作原理为：通过使用不同种类的热激励源，如闪光灯、激光、超声、电磁、红外灯管、热风等，并对热激励源对被测物体表面进行主动式加热，产生的热波向物体内部传播。当热波在物体内部遇到缺陷或热阻抗发生变化的地方就会有一部分热能反射回到物体表面，产生温度梯度分布，利用高分辨率红外热像仪记录存储，通过红外热图序列分析来检测物体缺陷。
目前对体积或面积较大的工件表面的红外无损检测多依赖于人工进行现场操作，不仅整个过程十分繁琐，且工人的劳动强度很高，生产效率也因各种人为因素受到了极大的影响，企业的运营成本被提高。此外，由于工作人员的操作失当造成的检测误差也严重影响着生产的良品率，加之检测完毕后需要对合格与不合格产品进行人工分类，生产效率低，生产周期长。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工件自动化红外无损检测装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种工件自动化红外无损检测装置，用于对待测工件实现自动红外检测，该装置与自动化生产线连接，包括装置底座、装置外壳、待测工件输送机构、待测工件旋转机构、红外检测机构、检测机构移动平台、工件测量与视觉成像机构、主控计算机和图像显示机构，所述的装置外壳固定在装置底座上，所述的装置外壳与装置底座之间形成用于放置待测工件、待测工件旋转机构、红外检测机构、检测机构移动平台、工件测量与视觉成像机构的装载空间，所述的待测工件输送机构设于装置外壳外部，所述的待测工件旋转机构设于装置底座上，所述的红外检测机构与检测机构移动平台连接，所述的红外检测机构与主控计算机连接，所述的主控计算机与图像显示机构连接。
优选地，所述的装置外壳包括铝合金框架、固定在铝合金框架顶部的吸收式激光防护板、设于铝合金框架上的装置前门、装置后门及装置侧门。
优选地，装置前门、装置后门为水平滑动门，装置侧门为垂直升降门，所述的铝合金框架顶部设有用于驱动装置前门、装置后门、装置侧门开合的第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构。
优选地，所述的待测工件输送机构包括第一输送轨道、第二输送轨道、第三输送轨道和运输小车，所述的第一输送轨道与装置前门连接，用于输送待测工件至装置内部进行红外检测，所述的第二输送轨道与装置后门连接，用于将合格工件从装置内运出，所述的第三输送轨道与装置侧门连接，用于将不合格工件从装置内运出。
优选地，装置前门为开启状态时，运输小车夹持待测工件后通过第一输送轨道输送至装置内，待测工件进入装置内通过红外检测机构进行检测，检测后的工件若为合格工件，则通过装置后门输出；若为不合格工件，则通过装置侧门输出。
优选地，所述的待测工件旋转机构包括自动旋转盘，该自动旋转盘的表面设有用于固定待测工件的工件夹具，该自动旋转盘的底部设有步进电机。
优选地，所述的检测机构移动平台包括支撑台、垂直丝杠、水平丝杠、丝杠滑块、垂直方向驱动电机、水平方向驱动电机、垂直导轨、水平导轨和两根垂直固定柱，两根垂直固定柱固定在装置底座上，各垂直固定柱的上方和下方分别设有突起端与l型连接件，突起端与l型连接件之间设有垂直丝杠和垂直导轨，垂直方向驱动电机固定在装置底座上，垂直丝杠穿过l型连接件的水平板后与垂直方向驱动电机的电机轴连接，水平导轨穿过丝杠滑块后固定在两个l型连接件的垂直板之间，水平方向驱动电机固定在l型连接件的垂直板的侧壁，水平丝杠穿过丝杠滑块、l型连接件的垂直板后与水平方向驱动电机的电机轴连接，支撑台固定在丝杠滑块的端部。
优选地，所述的红外检测机构包括激光发射模块和红外热成像仪，所述的激光发射模块与红外热成像仪并行放置在支撑台上，所述的激光发射模块由激光源调制单元和激光束整形单元组成，激光源调制单元、激光束整形单元、主控计算机依次连接，所述的红外热像仪通过图像采集器与主控计算机连接。
优选地，所述的工件测量与视觉成像机构包括图像采集镜头和距离传感器，所述的图像采集镜头设于激光发射模块顶部，所述的距离传感器设于图像采集镜头顶部，图像采集镜头、距离传感器分别与主控计算机连接。
优选地，所述的铝合金框架的内部安装有多个温度传感器，所述的铝合金框架的顶部设有温度调节机构，该温度调节机构与温度传感器连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明装置与自动化生产线连接，可将生产线的待测工件依次输送至装置内实现自动红外检测，无需手动操作，避免了因人为操作带来的影响，提高了生产效率高；
(2)本发明装置内的红外检测机构由主控计算机控制，红外检测机构通过检测机构移动平台可进行水平和垂直位置的调整，待测工件通过待测工件旋转机构调整待测表面，以实现对体积或面积较大的工件表面进行不同位置的红外检测，操作简便；
(3)本发明装置的待测工件输送机构的第一输送轨道与装置前门连接，用于输送待测工件至装置内部进行红外检测，第二输送轨道与装置后门连接，用于将合格工件从装置内运出，第三输送轨道与装置侧门连接，用于将不合格工件从装置内运出，可将合格与不合格工件实现自动分类，相比于手动分类，大大缩短了生产周期。
附图说明
图1为本发明装置的主视结构示意图；
图2为本发明装置用于自动化生产线的俯视结构示意图；
图3为本发明装置中装置前门的结构示意图；
图4为本发明装置中装置侧门的结构示意图；
图5为本发明装置中检测机构移动平台的结构示意图；
图中标号所示：
1、吸收式激光防护板，2、温度传感器，3、装置侧门，4、石棉隔离板，5、工件夹具，6、第一输送轨道，7、装置底座，8、底座地脚，9、待测工件，10、垂直方向驱动电机，11、水平方向驱动电机，12、红外热成像仪，13、激光发射模块，14、图像采集镜头，15、距离传感器，16、支撑台，17、自动旋转盘，18、工作状态指示灯，19、温度调节机构，20、第二输送轨道，21、第三输送轨道，22、铝合金框架，23、装置前门，24、第一滑动导轨，25、第一气动推杆，26、第三滑动导轨，27、第三气动推杆，28、垂直丝杠，29、水平丝杠，30、丝杠滑块，31、垂直导轨，32、水平导轨，33、水平固定柱，34、垂直固定柱，35、突起端，36、l型连接件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1～图2所示，本发明涉及一种工件自动化红外无损检测装置，该装置与自动化生产线连接，包括待测工件旋转机构、红外检测机构、检测机构移动平台、工件测量与视觉成像机构、主控计算机、图像显示机构、装置底座7以及铝合金框架22。
铝合金框架22固定在装置底座7上，铝合金框架22与装置底座7之间形成用于放置待测工件旋转机构、红外检测机构、工件测量与视觉成像机构、待测工件的装载空间。铝合金框架22的顶部固定有吸收式激光防护板1。装置底座7的底部设有装置底座地脚8。铝合金框架22内部安装有若干个温度传感器2，用于实时监控装置内部的环境温度。铝合金框架22的顶部设有温度调节机构19，该温度调节机构19与各温度传感器2连接。
装置底座7与铝合金框架22之间分别设有装置前门24、装置后门以及装置侧门3。装置前门23与第一输送轨道6衔接。装置前门23为开启状态时，待测工件9通过第一输送轨道6输送至装置内。装置前门23、装置后门为水平滑动门，二者的结构相同。如图3所示，铝合金框架22的顶部设有第一滑动导轨24、第一气动推杆25和第一驱动机构，第一气动推杆25设于第一滑动导轨24上，并与第一驱动机构连接。装置前门23与第一气动推杆25连接。装置前门23、装置后门的底部分别与第一输送轨道6、第二输送轨道20的上表面之间分别留有空隙，用于保证门在开启和关闭过程中与轨道不发生碰撞。装置侧门3与第三输送轨道21衔接，用于输送不合格工件。如图4所示，装置侧门3为垂直升降门。铝合金框架22的侧壁对称设有第三滑动导轨26、第三气动推杆27和第三驱动机构，第三气动推杆27设于第三滑动导轨26上，并与第三驱动机构连接，装置侧门3设于两个第三气动推杆27之间。待测工件9进入装置内通过红外检测机构进行检测。检测后的工件若为合格工件，则通过装置后门输出；若为不合格工件，则通过装置侧门3输出。
待测工件旋转机构包括自动旋转盘17，自动旋转盘17的表面设有用于固定待测工件的工件夹具5，该自动旋转盘17的底部设有用于自动旋转盘17旋转的步进电机。
如图5所示，检测机构移动平台包括支撑台16、垂直丝杠28、水平丝杠29、丝杠滑块30、垂直方向驱动电机10、水平方向驱动电机11、垂直导轨31、水平导轨32、两根水平固定柱33、两根垂直固定柱34。两根垂直固定柱34固定在装置底座7上，水平固定柱33固定在两根垂直固定柱34的之间。垂直固定柱34的上方和下方分别设有突起端35与l型连接件36，突起端35与l型连接件36之间设有垂直丝杠28和垂直导轨31。垂直方向驱动电机10固定在装置底座7上，垂直丝杠28穿过l型连接件36的水平板后与垂直方向驱动电机10的电机轴连接。两个l型连接件36的垂直板之间设有水平导轨32和水平丝杠29，水平导轨32穿过丝杠滑块30后固定在两个l型连接件36的垂直板之间。l型连接件36的垂直板的侧壁固定有水平方向驱动电机11，水平丝杠29穿过丝杠滑块30、垂直板后与水平方向驱动电机11的电机轴连接。丝杠滑块30的端部设有用于放置红外检测机构的支撑台。
红外检测机构由一组激光发射模块13和一台红外热成像仪12组成，激光发射模块13与红外热成像仪12并行放置在支撑台上。激光发射模块13由激光源调制单元和激光束整形单元组成，激光源调制单元与主控计算机连接，根据主控计算机的控制信号投射出具有特定形状的激光束，大部分为方形激光束。经过调制、整形的激光束投射到待测工件9上，由红外热像仪12采集热像图。激光发射模块13通过usb数据线连接主控计算机，主控计算机发出信号控制激光的发射。红外热像仪12采集到的图像通过图像采集器传递给主控计算机。
工件测量与视觉成像机构包括图像采集镜头14和距离传感器15，图像采集镜头14设于激光发射模块13顶部，用以采集待测工件9的待测表面的形状。距离传感器15设于图像采集镜头14顶部，用以测量待测工件9与红外检测机构的距离。图像采集镜头14和距离传感器15由数据线连接主控计算机，主控计算机把接收到的信号处理计算出待测工件9的面积，并自动的把待测工件9的待测表面划分为若干个合适大小的方形网格。
吸收式激光防护板1对光源没有选择性，可以安全防护各种漫反射光；对光源的入射角度没有选择性，可全方位防护激光和强光，光反应较快、衰减率较高。表面不怕磨损，即使有擦划，也不影响光的安全防护。装置侧门3的材质同样为吸收式激光防护板。特别的，在激光发射装置的投射方向，铝合金框架22内部正对激光发射模块13的位置处安装有一层石棉隔离板4。
主控计算机与红外检测机构连接，用于对设备内部环境进行实时监视、激光发射装置的控制、红外热像仪采集图像的处理、待测工件的被测表面面积计算和方形网格的划分、检测装置可移动装载平台和待测工件装夹装置的运动控制。图像显示设备与主控计算机连接，用于将各种参数直观的显示出来，并显示整个待测工件的无损检测结果。
本发明的工作过程为：
1、装置自检。装置通电前：通过旋转装置底座的地脚螺丝，配合使用水平仪调平装置工作台，使其固定在工作台的水平位置处；装置通电后：装置内部的温度传感器检测装置内部的温度，当温度过高或过低时启动装置顶部的空调装置，将装置内部温度调节至合适的温度。
2、装载待测工件。装置自检完毕后，运输小车运送待测工件至装置内部，将待测工件放置在自动旋转盘上，运输小车释放工件，工件夹具夹紧待测工件，限制待测工件水平面上的自由度。
3、待测工件的测量和成像。当待测工件的位置被固定后，检测机构移动平台开始工作，运动至待测工件的大致中心位置，图像采集镜头首先拍摄一张待测工件待测表面的照片，并将照片信息传输至主控计算机，主控计算机进行图像处理获取待测工件待测表面的形状大小并识别待测工件的边缘位置。同时，超声波距离感应器测量得到检测机构移动平台与待测工件的垂直距离，并把这个距离数据传输主控给计算机。主控计算机通过对以上两个数据进行整合计算，计算出待测工件待测表面的面积。最后，主控计算机将待测工件待测表面自动划分为若干正方形网格，边缘部分允许方格面积溢出，方形网格的大小和经调制和整形后方形激光束相同。
4、逐个进行每一个网格区域的检测。上一步主控计算机自动划分方形网格后，红外检测机构随支撑台的垂直及水平运动而移动到待测工件的一个边缘角的对应位置，随后对该边缘角处的方格进行一次激光束发射和热像仪热图像采集。完成第一个方格的检测后，丝杠滑块水平移动一个方格的面积，带动支撑台上的红外检测机构移动一个方格的面积，并继续进行激光发射和热像采集动作。以此类推，直到完成这一水平方向所有方格的检测。随后，利用垂直丝杠和水平丝杠的作用，丝杠滑块移动至下一层方格，带动支撑台上的红外检测机构移动并重复进行激光发射和热像采集动作，直到完成整个平面的检测。每一次采集的方格热图像都通过数据线传输给主控计算机，并按顺序进行标记，最后由主控计算机进行图像处理和表面损伤检测。
5、自动转换待测工件待测表面。当待测工件的一个表面完成所有检测工作后，自动旋转盘底部的步进电机自动旋转一个合适的角度，带动待测工件呈现下一个被测表面。然后重复进行步骤3和4。完成检测工作后，再自动旋转到下一个被测表面进行检测，直到完成待测工件的所有表面的检测。
6、完成所有检测后，主控计算机对待测工件的所有被测方形网格热图像进行处理，并判断每一个的表面损伤。最后将所有的检测结果进行统计并显示在图像显示设备上。
7、损伤检测完毕后，检测合格的工件沿第二输送轨道运行方向，经运输小车从装置内运出，重新回到生产线流向下一道工序。检测不合格的工件沿装置侧门方向运出，通过第三输送轨道运送至工件复检区或损伤维修区。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。