本发明涉及缺陷检测技术领域，特别是涉及一种工件缺陷检测系统。
背景技术
近年来，激光焊接在工业生产中占据越来越重要的地位，焊接质量的高低直接决定产品的质量水平。由于受焊接现场多种干扰因素的影响，焊接过程经常会出现不稳定状况，进而导致产生裂纹、未熔化、未焊透、凹陷、夹渣或者气孔等焊接缺陷，这些缺陷会减少焊缝截面积，降低承载能力，产生应力集中，降低疲劳强度，并易引起焊件破裂导致脆断，其中危害最大的是焊接裂纹和未熔合。因此，为保障焊接质量，在焊接过程中检测焊接缺陷状况变得尤为重要。
综合国内外研究现状，无损检测方法主要包括目视检测法、射线检测法、超声波检测法、渗透检测法和磁粉检测法这五种方法，上述各种检测方法的主要原理如下：
(1)目视检测法需结合丰富的相关专业基础知识和经验分析，借助于人工进行缺陷的检测和识别，对检测人员的技术要求比较高。
(2)射线检测法是利用射线(x射线或γ射线)穿透工件，以胶片各处灰度差作为记录信息从而判别缺陷。该方法要求被检测材料的形状简单，并且射线对人体有伤害，需要考虑人体的安全防护问题，总体成本较高。
(3)超声波检测方法是基于超声波的固体传播特性，即在被检测材料内缺陷处声波不同，通过对声波能量的记录及处理，显示出不同高度和间距的波形，进而来确定材料内部缺陷的大小和位置。该方法对缺陷的显示结果不太直观以及不便于永久保存，难以对焊接缺陷的形貌、位置等信息做精确的定量分析。
(4)渗透检测法是一种比较老的方法，渗透检测法包括渗透剂、清洗剂和显像剂三部分。通过在被检测工件表面施加含有色泽或者荧光物质的渗透剂，基于毛细管原理使渗透剂渗入并留在缺陷内，洗去表面多余的渗透剂，再涂上一层显影剂，借毛细管吸附作用使缺陷中的渗透剂吸出。通过色泽对比或者紫外线照射激发荧光物质发光，从而将缺陷的图像显现出来。该方法主要应用于检测非吸收性材料(比如钢铁、有色金属等)的表面开口缺陷，不能显示缺陷的深度以及缺陷内部的形状和尺寸。
(5)磁粉检测法是将铁磁性材料直接通电流或者置于磁场中，使其磁化。磁化后的被检测材料分布的磁力线遇到缺陷时，由于缺陷处的不连续，会绕过缺陷使被检测材料表面的磁力线分布产生局部畸变的漏磁，漏磁场将吸引磁粉，通过一定的光照条件显现出磁粉痕迹，利用磁粉痕迹的不连续性而间接地检测出缺陷的大小、位置等信息。该方法不能检测工件的内部缺陷，难以确定缺陷的深度。
以上各种检测方法中，目视检测法、渗透检测法和磁粉检测法不适用于在线检测焊接工件的缺陷状况，而射线检测法和超声波检测法虽能够用于在线检测，但各自存在一定弊端，且都不能实现在获得工件缺陷形貌信息的同时，能相对精确地获得缺陷的深度及位置信息。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种工件缺陷检测系统，能够应用于焊接过程中在线检测工件的缺陷状况，能够检测工件的表面缺陷、近表面缺陷以及内部缺陷，能够获得缺陷的形貌信息，并相对精确地获得缺陷的深度以及位置信息。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种工件缺陷检测系统，包括：
磁场产生装置，用于向被检测工件产生磁矢量在空间旋转的磁场；
第一传感器，用于以偏振光感应所述被检测工件上磁场分布，并将磁场强度分布对应记录为光强分布图像；
第二传感器，用于测量所述被检测工件上分别在三个正交方向上的磁场强度并对应记录为电信号；
处理装置，用于将测量的所述光强分布图像输出显示，并根据所述第二传感器记录的电信号波形计算所述被检测工件上缺陷的位置及深度信息。
优选的，所述第一传感器包括光源、第一偏振元件、反光元件、介质膜、反射面、第二偏振元件和成像器件；
所述第一偏振元件用于将所述光源发出的光转换为偏振光；
所述反光元件用于将由所述第一偏振元件出射的光反射至所述介质膜，光经过所述介质膜后入射到所述反射面；
所述成像器件用于接收由所述反射面反射回的光依次经过所述介质膜、所述第二偏振元件后的光，记录形成光强分布图像。
优选的，所述第一偏振元件与所述介质膜、所述反射面位于相互垂直的方向，所述反光元件以反射面与所述第一偏振元件出射光的方向的夹角为45度设置。
优选的，所述磁场产生装置位于被检测工件一侧，所述第一传感器和所述第二传感器位于所述被检测工件另一侧，所述第一传感器的所述介质膜、所述反射面朝向所述被检测工件。
优选的，所述第一传感器、所述第二传感器并排设置在同一盒体内。
优选的，与所述第一传感器连接的电压传感数据线、磁光传感数据线和交流电源接线向盒体外引出；
在所述盒体外侧对应所述第一传感器的位置设置有电源开关、暂停按钮以及电流调节按钮；
在所述盒体外侧对应所述第二传感器的位置设置有连接板，通过螺钉穿过所述连接板、所述盒体板以及穿入所述第二传感器将所述第二传感器安装。
优选的，所述磁场产生装置包括两对磁轭，其中一对磁轭间的连线与另一对磁轭间的连线交叉；
所述工件缺陷检测系统还包括与两对磁轭分别相连的、用于分别向两对磁轭通入具有预设相位差的正弦交流电的交流电源。
所述工件缺陷检测系统还包括与两对磁轭分别相连的、用于分别向两对磁轭通入具有预设相位差的正弦交流电的交流电源。
优选的，还包括：用于放置所述被检测工件的运动平台，以及用于驱动所述运动平台移动的微型工业控制机，所述运动平台为可在三维方向移动的三轴运动平台。
优选的，所述处理装置还用于对所述光强分布图像进行提取特征处理以及模型识别处理，而确定所述被检测工件上缺陷的种类。
由上述技术方案可知，本发明所提供的工件缺陷检测系统，包括磁场产生装置、第一传感器、第二传感器和处理装置。其中，磁场产生装置向工件产生磁矢量在空间旋转的磁场。第一传感器以偏振光感应工件上磁场分布，并将磁场分布对应记录为光强分布图像，第二传感器测量工件上分别在三个正交方向上的磁场强度并对应记录为电信号，处理装置将测量的光强分布图像输出显示，根据显示的光强分布图像能够观察工件缺陷的形貌，并根据第二传感器记录的电信号波形计算工件上缺陷的位置及深度信息。
本发明提供的工件缺陷检测系统，能够应用于焊接过程中在线检测工件的缺陷状况，能够检测工件的表面缺陷、近表面缺陷以及内部缺陷，通过获得的光强分布图像能够获得工件缺陷的形貌信息，并能够相对精确地获得工件缺陷的深度以及位置信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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为本发明实施例提供的一种工件缺陷检测系统的示意图；
图2为本发明实施例中磁场产生装置内两对磁轭的示意图；
图3为本发明实施例中第一传感器的示意图；
图4(a)为磁场方向与焊缝平行时的磁场分布示意图；
图4(b)为磁场方向与焊缝垂直时的磁场分布示意图；
图5为本发明实施例中在被检测工件缺陷处的磁场分布示意图；
图6为本发明实施例中第一传感器和第二传感器并排设置在同一盒体内的示意图。
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中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种工件缺陷检测系统，包括：
磁场产生装置，用于向被检测工件产生磁矢量在空间旋转的磁场；
第一传感器，用于以偏振光感应所述被检测工件上磁场分布，并将磁场强度分布对应记录为光强分布图像；
第二传感器，用于测量所述被检测工件上分别在三个正交方向上的磁场强度并对应记录为电信号；
处理装置，用于将测量的所述光强分布图像输出显示，并根据所述第二传感器记录的电信号波形计算所述被检测工件上缺陷的位置及深度信息。
其中，第一传感器基于磁-光效应测量被检测工件上磁场强度分布，将磁场强度分布对应记录为光强度分布图像。第二传感器测量被检测工件上分别在三个正交方向上的磁场强度，随工件所处空间磁场的旋转变化，能够测量得到波动变化的电信号波形。
处理装置将第一传感器测量到的光强度分布图像输出显示，根据图像能够直观地观察工件上缺陷的大小、形状等形貌信息。并且，处理装置能够根据第二传感器记录的电信号波形计算被检测工件上缺陷的位置及深度信息。
由上述可见，本实施例提供的工件缺陷检测系统，能够应用于焊接过程中在线检测工件的缺陷状况，能够检测工件的表面缺陷、近表面缺陷以及内部缺陷，能够获得工件缺陷的形貌信息，并能够相对精确地获得工件缺陷的深度以及位置信息。
下面结合附图和具体实施方式对本实施例工件缺陷检测系统进行详细说明。
请参考图1，本实施例提供的一种工件缺陷检测系统包括磁场产生装置1、第一传感器、第二传感器和处理装置5。
磁场产生装置1用于向被检测工件8产生磁矢量在空间旋转的磁场。在具体实施时，磁场产生装置1可包括两对磁轭，请参考图2，其中一对磁轭(包括磁轭10和磁轭11)间的连线与另一对磁轭(包括磁轭12和磁轭13)间的连线交叉。本工件缺陷检测系统还包括与两对磁轭分别相连的交流电源4，所述交流电源4用于分别向两对磁轭通入具有预设相位差的正弦交流电。两对磁轭在交流电作用下产生两个磁场方向和磁场强度大小都变化的磁场，一对磁轭产生磁场的方向沿着对应两个磁轭之间的连线周期性地变化。旋转磁场则由这两个沿直线不断变化的磁场相加形成，即通过两个交变磁场叠加产生旋转磁场，两个交变磁场具有一定相位差。
第一传感器用于以偏振光感应所述被检测工件8上磁场分布，并将磁场强度分布对应记录为光强分布图像。
在一种具体实施方式中，请参考图3，所述第一传感器包括光源20、第一偏振元件21、反光元件22、介质膜23、反射面24、第二偏振元件25和成像器件26；所述第一偏振元件21用于将所述光源20发出的光转换为偏振光；所述反光元件22用于将由所述第一偏振元件21出射的光反射至所述介质膜23，光经过所述介质膜23后入射到所述反射面24；所述成像器件26用于接收由所述反射面24反射回的光依次经过所述介质膜23、所述第二偏振元件25后的光，记录形成光强分布图像。
所述第一传感器基于法拉第磁-光效应实现以偏振光感应被检测工件上磁场分布变化，将磁场分布变化对应记录为光强分布图像。法拉第磁-光效应具体为：当一束偏振光在磁光介质中传播时，若沿着光传播的方向施加一外磁场，则偏振光通过介质后，光的振动面会发生旋转。
基于此本实施方式中第一传感器的工作原理为：磁场产生装置向被检测工件产生磁场，在缺陷处磁场分布会发生畸变，引起该位置处的磁场垂直分量发生改变，影响偏振光经过介质膜后振动面的旋转角度。返回的偏振光具有不同的振动面旋转角度将导致不同的光强，形成图像中不同的灰度值，根据光强分布图像能够获得工件缺陷的形貌信息，包括缺陷大小、形状信息。
本传感器中，光源20可以是led光源，或者也可以是其它种类的光源。所述成像器件26可以是coms成像器件，或者也可以是其它类型的光电成像器件，均在本发明保护范围内。反光元件22可以是反射镜，具体可以是直角面为反射面的直角棱镜。
进一步具体的，本传感器中可以将所述第一偏振元件21与所述介质膜23、所述反射面24位于相互垂直的方向，所述反光元件22以反射面与所述第一偏振元件21出射光的方向的夹角为45度设置，可参考图3所示。
在实际应用中，请结合图3和图1所示，可以将磁场产生装置1位于被检测工件8一侧，所述第一传感器和所述第二传感器位于被检测工件另一侧，所述第一传感器的介质膜23、反射面24朝向被检测工件8，可参考图3所示。将第一传感器的介质膜23、反射面24与被检测工件8保持平面平行，可以更为准确地感应工件区域的磁场分布变化，获取被检测工件的磁光图像。
请参考图4(a)和图4(b)，图4(a)为磁场方向与焊缝平行时的磁场分布示意图，图4(b)为磁场方向与焊缝垂直时的磁场分布示意图，对比两图可知，使磁场方向尽量与焊缝方向垂直，磁场发生的畸变越明显，产生的漏磁场越大，得到的磁光图像包含焊缝信息越清晰，检测的焊缝位置越准确。而直流恒定磁场的方向单一，只适用于直线焊缝跟踪，难以满足焊缝的多方向性。因此，本系统中磁场产生装置产生磁矢量在空间旋转的磁场，使得能够获得清晰的光强分布图像，能反映清晰的缺陷形貌。
所述第二传感器用于测量所述被检测工件上分别在三个正交方向上的磁场强度并对应记录为电信号。第二传感器的测量原理为：带有缺陷的工件处于旋转的磁场中，由于缺陷处空气磁阻变大，磁场将会出现畸变，在材料表面产生一个漏磁场，漏磁场强度与缺陷深度和大小有关。即第二传感器基于霍尔效应，将缺陷处磁场在三个正交方向上的磁场变化分别转换为电信号(电压)变化。结合图5所示，垂直方向by磁场变化产生电压峰值与峰谷距离是表征缺陷宽度变化，水平方向bx磁场变化产生的峰值是表征缺陷深度变化。
基于此，处理装置7将测量的光强分布图像输出显示，并根据第二传感器记录的电信号波形计算被检测工件上缺陷的位置及深度信息。
由上述可知，本实施例提供的工件缺陷检测系统，能够应用于焊接过程中在线检测工件的缺陷状况，能够检测工件的表面缺陷、近表面缺陷以及内部缺陷，能够获得工件缺陷的形貌信息，并能够相对精确地获得工件缺陷的深度以及位置信息。
进一步的，请参考图6，第一传感器2、第二传感器3并排设置在同一盒体内，这样将第一传感器和第二传感器集成化安装，在实际应用中更方便。具体的，与所述第一传感器2连接的电压传感数据线30、磁光传感数据线31和交流电源接线32向盒体外引出；在所述盒体外侧对应所述第一传感器2的位置设置有电源开关33、暂停按钮34以及电流调节按钮35；在所述盒体外侧对应所述第二传感器3的位置设置有连接板36，通过螺钉37穿过所述连接板36、所述盒体板以及穿入所述第二传感器3将所述第二传感器安装。
进一步优选的，所述处理装置5还用于对光强分布图像进行提取特征处理以及模型识别处理，而确定所述被检测工件上缺陷的种类。对于获得的光强分布图像，对图像提取特征并进行模型识别，可以确定被检测工件上存在缺陷的种类，比如是裂纹、未焊透、未熔合、凹陷等缺陷种类。
在具体实施时，处理装置5可以是计算机。
进一步的，本实施例工件缺陷检测系统还包括用于放置所述被检测工件8的运动平台6，以及用于驱动所述运动平台6移动的微型工业控制机7，所述运动平台6为可在三维方向移动的三轴运动平台。
以上对本发明所提供的一种工件缺陷检测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。