一种金属焊件探伤检测的方法及传感器与流程

本发明涉及金属探伤检测领域，特别涉及一种金属焊件探伤的方法及传感器。

背景技术：

焊接技术是制造业领域重要的加工技术，具有工作条件恶劣、工作量大以及质量要求高等特点，由于在焊接过程中各种随机干扰因素的影响，工件会产生裂纹、气孔、夹渣等焊接缺陷。裂纹在金属材料中是最常见的，也是对零件破坏性最强的缺陷，为了保证金属焊件产品质量，就需要及时有效监测出焊接缺陷。

近年来，常用的检测金属焊件缺陷的方法，如磁粉检测方法，会在被测工件的缺陷处产生不规则的磁力线，从而展现出缺陷，但这种检测方式只能用于检测工件表面附近的缺陷，另一种通过磁场检测工件的方式是将工件置于磁场中通过检测磁场的变化判断是工件是否存在缺陷，但这种检测方式只有在磁场与裂纹垂直时，磁场变化最为明显，从而造成检测不准确的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种金属焊件探伤检测的方法，解决了金属焊件探伤检测结果不准确的问题，提高了检测结果的准确性和可用性。本发明的另一目的是提供一种金属焊件探伤检测的传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属焊件探伤检测的方法，该方法包括：

位于外加磁场内的磁致旋光介质接收入射的偏振光，其中，待检测的金属焊件位于所述外加磁场中，所述外加磁场的磁场方向在所述金属焊件的待测截面内随时间变化；所述磁致旋光介质将入射的所述偏振光反射到成像设备；所述成像设备对反射后的偏振光处理，获得所述外加磁场的磁场方向为各个不同的方向时，所述偏振光的磁光图像，以便根据磁光图像判断所述金属焊件是否存在缺陷。

其中，所述成像设备对反射后的偏振光处理，获得所述外加磁场的磁场方向为各个不同的方向时，所述偏振光的磁光图像包括：

当所述外加磁场的磁场方向为第一预设磁场方向时，所述成像设备获得第一磁光图像；

当所述外加磁场的磁场方向为第二预设磁场方向时，所述成像设备获得第二磁光图像；

其中，所述第一预设磁场方向和第二预设磁场方向不相互平行。

其中，所述外加磁场为磁场方向在预设周期内旋转180度的磁场；

所述成像设备对反射后的偏振光处理，获得所述外加磁场的磁场方向为各个不同的方向时，所述偏振光的磁光图像包括：

在所述预设周期内，所述成像设备实时获得所述偏振光的磁光图像。

本发明还提供一种金属焊件探伤检测的传感器，包括：

磁场发生装置、偏振光源、磁致旋光介质以及成像设备，所述磁致旋光介质位于外加磁场内；

所述磁场发生装置用于产生外加磁场，待检测的金属焊件位于所述外加磁场中，所述外加磁场的磁场方向在金属焊件的待测截面内随时间变化；

所述偏振光源，用于发出偏振光，并将所述偏振光入射到位于所述外加磁场内的所述磁致旋光介质；

所述磁致旋光介质，用于将入射的所述偏振光反射到所述成像设备；

所述成像设备，用于对反射后的偏振光处理，获得在所述外加磁场各个不同磁场方向时，所述偏振光的磁光图像，以便根据磁光图像判断所述金属焊件是否存在缺陷。

其中，所述磁场发生装置为两组饶有励磁线圈的磁极；

当第一组磁极的励磁线圈接通电流时，所述外加磁场方向为第一预设磁场方向；

当第二组磁极的励磁线圈接通电流时，所述外加磁场方向为第二预设磁场方向。

其中，所述外加磁场为磁场方向在预设周期内旋转180度的磁场；

所述成像设备具体用于在所述预设周期内，所述成像设备实时获得所述偏振光的磁光图像。

其中，所述外加磁场为多个磁场方向不同，磁场大小在所述预设周期内随时间按正弦函数变化的磁场叠加的磁场。

其中，所述磁场发生装置为两组相互垂直饶有励磁线圈的磁极，其中，所述励磁线圈接通正弦交流电，两组磁极的励磁线圈接通的正弦交流电的相位差为90度。

其中，所述磁致旋光介质为磁光薄膜，且所述磁光薄膜与金属焊件待测截面垂直。

其中，所述成像设备包括检偏器和coms相机，所述检偏器用于接收所述磁光薄膜反射的偏振光，并将偏振光发送至所述coms相机；

所述coms相机用于对所述偏振光处理并生成磁光图像，以便根据磁光图像判断所述金属焊件是否存在缺陷。

本发明所提供的一种金属焊件探伤检测的方法，通过将金属焊件至于外加磁场中，因为当金属焊件的裂缝和外加磁场方向垂直时，对外加磁场的影响最大，所以为了能够获得更为准确的金属焊件的缺陷信息，本发明中的外加磁场方向随着时间发生变化，以便在各个不同的方向对金属焊件的裂缝进行检测，在通过偏振光入射位于磁场中的磁致旋光介质并反射至成像设备，获得外加磁场变化的磁光图像，从而将结果图像化、清晰化，有利于更为准确的了解金属焊件的裂缝信息，提高了金属焊件探伤检测的准确性和探伤结果的清晰化，为后续根据检测结果分析产生裂缝原因的工作提供了更为清晰准确的信息基础，提高了检测结果的可用性。

本发明还提供一种金属焊件探伤检测的传感器，具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的金属焊件探伤检测一种具体实施方式的流程图；

图2(a)为裂缝方向和磁场方向平行时外加磁场的磁场线示意图；

图2(b)为裂缝方向和磁场方向垂直时外加磁场的磁场线示意图；

图3为本发明实施例提供的一种金属焊件探伤检测的传感器的结构框图；

图4为本发明提供的磁场发生装置一种具体实施方式的原理示意图；

图5为本发明提供的两组磁极产生过程的一种具体实施方式示意图；

图6为本发明提供的两组磁极产生的磁场在不同时刻叠加效果一种具体实施方式的示意图；

附图3中，1为磁场发生装置、2为外加磁场、3为偏振光源、4为磁致旋光介质、5为金属焊件、6为检偏器、7为coms相机。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的金属焊件探伤检测一种具体实施方式的流程图如图1所示，该方法可以包括：

步骤s101：将待检测的金属焊件置于外加磁场中。

具体的，可以是外加磁场在平行于金属焊件待测截面上的磁场分量的磁场方向随着时间而变化，更为优选的方案是将外加磁场的磁场方向只设置在和待测截面平行的平面上，且磁场方向随时间变化。

本发明中金属焊件的待测截面可以为在金属焊件上任意一个需要检测的截面，也即是说，可以采用本发明的技术方案探测金属任意截面的裂缝情况，只要金属焊件需要检测的截面恰好位于外加磁场方向变化的平面内即可。

步骤s102：磁致旋光介质接收入射的偏振光。

具体的，磁致旋光现象，是指面偏振光沿磁场线方向通过磁场中的介质时，偏振面发生旋转的现象。将磁致旋光介质置于外加磁场中，偏振光入射到磁致旋光介质，受到外加磁场的磁力线影响，发生偏转。如果外加磁场中的金属焊件中不存在裂缝，偏振光经过磁致旋光介质后偏转的角度是一定的，如果外加磁场中的金属焊件中存在裂缝，则会使外加磁场的磁力线产生影响，进而影响偏振光的偏转方向。

步骤s103：磁致旋光介质将入射的所述偏振光反射到成像设备。

步骤s104：所述成像设备对反射后的偏振光处理，获得所述偏振光的磁光图像。

成像设备通过检测偏振光的偏转方向判断外加磁场磁力线的变化，并生成磁光图像，从而清晰形象的显示出金属焊件的缺陷信息。

请参考图2(a)，图2(a)为裂缝方向和磁场线方向平行时外加磁场的磁场线的示意图，图2(b)为裂缝方向和磁场方向垂直时外加磁场的磁场线的示意图。

需要说明的是，金属焊件中裂缝的方向是不可预测的，但是只有裂缝方向和磁场方向恰好垂直时，如图2(b)所示，对外加磁场的磁力线影响最为明显，当裂缝延伸方向和磁场方向平行时，对外加磁场的磁力线的影响可以忽略，如图2(a)所示。为此，本发明中外加磁场的磁场方向在平行于金焊件待测截面的方向上随时间变化，成像设备获取的磁光图像是该外加磁场的磁场方向在各个不同的方向时的偏振光的磁光图像，以便达到从多个磁场方向检测金属焊件缺陷的情况，提高检测的准确性。

另外，成像设备处理偏振光得到的磁光图像，能够在一定程度上反映金属焊件的裂缝的方向及大小，有利于后续对裂缝产生的原因进行分析和研究，提高了检测结构的可用性。

基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，所述成像设备对反射后的偏振光处理，获得所述外加磁场的磁场方向为各个不同的方向时，所述偏振光的磁光图像包括：

当所述外加磁场的磁场方向为第一预设磁场方向时，所述成像设备获得第一磁光图像；

当所述外加磁场的磁场方向为第二预设磁场方向时，所述成像设备获得第二磁光图像；

其中，所述第一预设磁场方向和第二预设磁场方向之间的夹角不相互平行。

需要说明的是，这仅仅是本发明的一种具体实施例，本发明中外加磁场的方向不仅限于第一预设磁场方向和第二预设磁场方向，还可以有第三、第四甚至更多的预设磁场方向，磁场方向越多，对应记录的偏振光的磁光图像就会越多，检测的结果也会越准确，各个预设磁场方向需要遵循的一个最基本的原则是任意两个预设磁场方向不相互平行。

另外，本发明中对各个磁场方向上的外加磁场的大小未做限定，一般来说磁场强度越大，金属焊件的缺陷信息在磁光图像上就会越明显，但是同样会给金属焊件带来一定的损伤，因此一般选择适当的磁场强度，且外加磁场的大小在每个磁场方向上应尽可能的相同，避免磁场大小不同给磁光图像带来影响，但这只是本发明比较优选的实施方式，并不是本发明必要的技术方案。

如前所述，考虑到磁场方向越多，对金属焊件检测的缺陷信息就越为准确，对于上述实施例，尽管可以尽可能多的增加外加磁场的磁场方向，但是也并不能清晰检测到所有方向上金属焊件的裂缝信息，为此本发明的另一具体实施中，所述外加磁场为磁场方向在预设周期内旋转180度的磁场；

所述成像设备对反射后的偏振光处理，获得所述外加磁场的磁场方向为各个不同的方向时，所述偏振光的磁光图像包括：

在所述预设周期内，所述成像设备实时获得所述偏振光的磁光图像。

具体的，可以以外加磁场旋转180度所需要的时间作为预设周期，在预设周期时间内实时获取偏振光的磁光图像，从每个角度都对金属焊件的缺陷信息做检测，获得更为全面的检测结果，同时如果金属焊件内存在裂缝，还可以根据实时获取的磁光图像的变化，判断出裂缝准确的方向，便于掌握更多的关于裂纹的信息，这对后续对产生裂缝的原因的研究和分析都有十分重要的作用。

另外，外加磁场的旋转频率不宜过快，因为外加磁场的旋转会对金属焊件产生影响，频率过高会给金属焊件带来一定的损伤。

下面对本发明实施例提供的一种金属焊件探伤检测的传感器进行介绍，下文描述的一种金属焊件探伤检测的传感器与上文描述的一种金属焊件探伤检测的方法可相互参照。

图3为本发明实施例提供的一种金属焊件探伤检测的传感器的结构框图，参照图3的金属焊件探伤检测的传感器可以包括：

磁场发生装置1、偏振光源3、磁致旋光介质4以及成像设备，所述磁致旋光介质4位于外加磁场2内；

所述磁场发生装置1用于产生外加磁场2，待检测的金属焊件5位于所述外加磁场2中，所述外加磁场2的磁场方向在金属焊件5的待测截面内随时间变化；

所述偏振光源3，用于发出偏振光，并将所述偏振光入射到位于所述外加磁场2内的所述磁致旋光介质4；

所述磁致旋光介质4，用于将入射的所述偏振光反射到所述成像设备；

所述成像设备，用于对反射后的偏振光处理，获得在所述外加磁场2各个不同磁场方向时，所述偏振光的磁光图像，以便根据磁光图像判断所述金属焊件5是否存在缺陷。

需要说明的是，本发明中外加磁场2之所以需要随时间发生变化，是为了存在多个不同方向的磁场对金属焊件5的裂缝进行检测，但是对于具备多个不同方向的磁场并不一定是磁场方向会发生变化的磁场，例如，如果磁场发生装置1为一块磁铁，产生的磁场以磁铁为中心向四周辐射，此时就需要设置多个偏振光源3、磁致旋光介质4以及成像设备，必然会造成传感器的成本增加。

另外，要获得金属焊件5待测截面上各个方向上的检测结果，也可以是只有一个磁场方向，使金属焊件5在磁场中以垂直于待测截面的轴线为中心旋转，但是金属焊件5在旋转过程中一旦发生横向或纵向偏移，都会对检测结果产生影响，因此这种方式在实际操作中实现的难度也会较大。

本发明中金属焊件的待测截面可以为在金属焊件上任意一个需要检测的截面，也即是说，可以采用本发明的技术方案探测金属任意截面的裂缝情况，只要金属焊件需要检测的截面恰好位于外加磁场方向变化的平面内即可。

综上所述，本发明的技术方案不仅能够获得比较准确的检测结果，而且简单易行，成本低。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的磁场发生装置1还可以进一步为两组饶有励磁线圈的磁极；

当第一组磁极的励磁线圈接通电流时，所述外加磁场2方向为第一预设磁场方向；

当第二组磁极的励磁线圈接通电流时，所述外加磁场2方向为第二预设磁场方向。

需要说明的是，因为磁场具有叠加效应，在本实施例中，设置两组磁极的作用主要是为了产生两个不同方向的磁场，所以两组磁极的励磁线圈接通电流是不同步的，当第一组磁极的励磁线圈接通电流时，外加磁场2由第一组磁极产生，而第二组磁极不产生磁场，反之，第二组磁极接通电流时，磁场有第二组磁极产生；考虑到磁场的叠加效应，也可以使第一组磁极的励磁线圈始终接通电流，而在接通和断开第二组励磁线圈时分别获的两个不通方向的磁场。

另外，采用两组磁极只是本发明中的一种具体实施方式，本发明中对磁极的组数并没有必然的限制，且在一定程度上，磁极的组数越多产生的外加磁场2的磁场方向也就越多，检测金属焊件5的缺陷信息也就越准确，例如，采用三组磁极，分别接通三组磁极的励磁线圈可以获得三个不同方向的外加磁场2，选取任意两组磁极的励磁线圈也可以获得三个不同方向的外加磁场2，同时接通三组磁极的励磁线圈也可以获得一个方向的外加磁场2。综上所述，采用四组、五组磁极也能够实现本发明的技术方案。

并且，两组磁极的励磁线圈可以是接通直流电也可以接通交流电，接通直流电时产生的是恒定磁场，接通交流电时产生的是变化的磁场，两个磁极产生磁场的大小发生变化时，叠加后产生磁场的方向也会不同。

作为一种具体实施方式，本发明所提供的金属焊件5探伤检测的传感器还可以进一步包括：

所述外加磁场2为磁场方向在预设周期内旋转180度的磁场；

所述成像设备具体用于在所述预设周期内，所述成像设备实时获得所述偏振光的磁光图像。

具体的，为了避免金属焊件5的待测截面某一方向的裂缝恰好未被各个磁场方向的外加磁场2检测到，更为优选的一种实施方式是在金属待测截面上的每个方向都进行检测从而获得更为全面的检测结果，并通过实时获取磁光图像，得到金属焊件5待测截面各个方向的检测结果。

基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，可以包括：

所述磁场发生装置1为两组相互垂直饶有励磁线圈的磁极，其中，所述励磁线圈接通正弦交流电，两组磁极的励磁线圈接通的正弦交流电的相位差为90度。

请参考图4、图5、图6，图4为本发明提供的磁场发生装置一种具体实施方式的原理示意图，图5为本发明提供的两组磁极产生过程的一种具体实施方式示意图，图6为本发明提供的两组磁极产生的磁场在不同时刻叠加效果一种具体实施方式的示意图。

如图4和图5所示，两组磁极相互垂直，在接通正弦交流电后，随着电流大小的变化，两磁极的n极和s极交替变化，且两组磁极产生磁场的大小也发生变化，从而得到如图6所示的变化磁场，两组磁极产生的磁场分别为x1和x2，叠加后的磁场方向为x，其中x1和x2的大小以及方向的随着时间的变化而变化，叠加后的磁场方向逐渐旋转。

需要说明的是，两组磁极最终是为了产生上述实施例中在预设周期时间内磁场方向旋转180度的外加磁场2，但产生这一外加磁场2的磁场发生装置1可以有多种，不一定为两组磁极，可以是三组、四组甚至更多组磁极，且两组磁极的励磁线圈也不一定接通的是正弦交流电，但是为了两组磁极产生的磁场叠加后，磁场方向能够按照0到180度逐渐变化，而不会发生跳跃，就要求两组磁极的励磁线圈中接通的励磁电流为不发生突变的交流电流。

因为，本实施例中两组磁极的励磁线圈中接通的是正弦交流电，且两组磁极相互垂直，所以两组励磁线圈中接通的电流的相位差为90度，这可以保证两组线圈中接通同频率、同峰值的正弦交流电时，两组磁极产生的磁场叠加后，磁场方向随时间发生旋转，但是磁场大小可以保持为一个恒定值，对于不同组数的磁极，以及相邻磁极之间的夹角不同的磁极，相位差可以根据实际情况设定，例如两组磁极之间的夹角为60度，则相位差也为60度等。但是保持外加磁场2大小恒定并不是本发明的必要技术特征，而是本发明的一种比较优选的实施方案。

基于上述任意实施例，本发明的另一具体实施例中，可以包括：

所述磁致旋光介质4为磁光薄膜，且所述磁光薄膜与金属焊件5待测截面垂直。

具体的，由于外加磁场2的磁场方向平行于待测截面，磁场线对垂直于磁场方向的平面上的偏振光的作用最为明显，因此，一旦磁场发生变化，通过偏振光的偏转能够很灵敏的检测到。需要说明的是，这仅仅是本发明的一种具体实施方式，磁光薄膜在大体与金属焊件5相互垂直的位置也能够实现本发明的方案。

基于上述实施例，本发明的另一具体实施例中，可以包括：

所述成像设备包括检偏器6和coms相机7；

其中，所述检偏器6用于接收所述磁光薄膜反射的偏振光，并将偏振光发送至所述coms相机7；

所述coms相机7用于对所述偏振光处理并生成磁光图像，以便根据磁光图像判断所述金属焊件5是否存在缺陷。

具体的，检偏器6能够检测出偏振光的偏转角度，coms相机7根据偏振光生成磁光图像，能够清晰反映出金属焊件5的缺陷信息。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的自动提款机验证身份方法装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。