非金属材料缺陷检测装置及检测方法与流程

本发明涉及无损检测
技术领域：
，尤其涉及一种非金属材料缺陷检测装置及检测方法。
背景技术：
：随着科学技术的飞速发展，无损检测是现代工业保证产品质量与安全性能、稳定生产工艺的重要手段。常用的无损检测方法有涡流检测、射线照相检验、超声检测、磁粉检测和液体渗透检测五种。现有技术中红外热波检测技术因具有快速实时、无损、非接触、无需耦合、大面积、远距离检测等优点而得到迅速发展。其适用面更广，可用于金属和非金属检测，可实现非接触检测以及运转设备的在线、在役监测等，已广泛应用于航空、航天、机械、医疗、石化、电力等领域。但是，红外热波检测过程中受多方面的干扰，如环境因素、材料的表面状况、电源电压波动、外界噪声干扰及热像仪检测误差等，导致采集到的红外热像图存在“非均匀、高噪声、大数据量、低对比度”等问题，从而影响检测效果。技术实现要素：本发明提供一种非金属材料缺陷检测装置及检测方法，以提升激励源对被测试样辐射的均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。第一方面，本发明实施例提供一种非金属材料缺陷检测装置，包括：激励源和红外热像仪，所述激励源与所述红外热像仪的镜头呈预设的夹角；其中：所述激励源用于提供照射到非金属试样表面的红外光；所述红外热像仪用于获取所述非金属试样表面的红外热像图。在一种可能的设计中，所述激励源包括：多根碳纤维灯；所述碳纤维灯位于同一水平面内，且所述碳纤维灯之间平行设置。在一种可能的设计中，还包括：灯罩，所述灯罩位于所述碳纤维灯的上方，以使所述碳纤维灯发出的灯光被所述灯罩反射至所述非金属试样表面。在一种可能的设计中，所述红外热像仪的镜头与所述碳纤维灯之间所呈的夹角范围包括：80度～90度。在一种可能的设计中，所述碳纤维灯还设置有功率调节器，用于调节所述碳纤维灯的输出功率。第二方面，本发明实施例提供一种非金属材料缺陷的检测方法，包括：将非金属试样放置在预设的检测区域；将所述激励源与红外热像仪的镜头之间的夹角调节到预设的夹角范围内；根据所述非金属试样的材料类别，调节所述激励源的输出功率；通过所述红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图。在一种可能的设计中，在将非金属试样放置在预设的检测区域之前，还包括：选取n根碳纤维灯作为所述激励源；n为大于1的自然数；将n根碳纤维灯固定设置在同一水平面内，且n根碳纤维灯之间平行设置；在任意两根碳纤维灯之间设置预设距离的间隔空间；将所述红外热像仪设置在所述间隔空间对应的位置。在一种可能的设计中，所述将非金属试样放置在预设的检测区域，包括：将所述非金属试样放置在所述红外热像仪的检测箱底部。在一种可能的设计中，所述通过所述红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图，包括：通过所述红外热像仪，按照预设时间间隔采集所述非金属试样表面的红外热像图，得到包含时间序列信息的红外热像图。在一种可能的设计中，在通过所述红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图之后，包括：对采集到的红外热像图进行分析处理，得到所述非金属试样的缺陷检测结果。本发明提供一种非金属材料缺陷检测装置及检测方法，该装置包括激励源和红外热像仪，所述激励源与所述红外热像仪的镜头呈预设的夹角；其中：所述激励源用于提供照射到非金属试样表面的红外光；所述红外热像仪用于获取所述非金属试样表面的红外热像图。通过本发明进行非金属材料缺陷检测减少了激励源对被测试样辐射的不均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明一应用场景的示意图；图2为本发明实施例一提供的非金属材料缺陷检测装置的结构示意图；图3为本发明实施例二提供的非金属材料缺陷检测装置的结构示意图；图4为本发明实施例三提供的非金属材料缺陷的检测方法的流程图；图5为本发明实施例四提供的非金属材料缺陷的检测方法的流程图；图6(a)为本发明提供的非金属材料缺陷检测的红外热像效果图一；图6(b)为本发明提供的非金属材料缺陷检测的红外热像效果图二。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。图1为本发明一应用场景的示意图，红外热波检测装置包括激励源11、红外热像仪12和灯罩13，在一些可选的实施例中，灯罩13安装于位于激励源11的正上方。热像仪12位于灯罩13的正上方，且放置于激励源11中间的空隙上方。将激励源11发射的红外光投射到被测试样上，对被检测区域进行加热，使其温度明显高于环境温度，引起热传导，使热能从被测试样表面向内部传导。如果被测试样内部的热学特性具有非均匀性，比如断裂或空隙等缺陷，将会影响到热传播，则被测试样的表面温度分布便会受到相应的影响。利用红外摄像仪接收来自被加热区域的热辐射，通过分析被测试样红外热像图随时间的变化可以得知被测试样的内部结构及缺陷。红外热波检测按其检测方式可分为两大类：主动式和被动式。其中主动式检测是在人工加热被测试样的同时或在加热后，经过一段时间延迟后扫描记录或者观察被测试样表面的温度分布，从而获得被测试样内部的缺陷。被动式检测则是利用试样自身的温度不同于周围环境的温度，在被测试样和周围环境热交互过程中，可显示试样内部的缺陷。主动式检测可分为单面法和双面法，单面法是指激励源和红外热像仪在被测试样同一侧进行，并扫描记录加热后的试样表面温度分布。双面法是指在试样的一个表面进行加热，而在其背面进行观察和记录其温度分布。下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。图2为本发明实施例一提供的非金属材料缺陷检测装置的结构示意图，如图2所示，本实施例中的装置可以包括：激励源11和热像仪12，激励源11与红外热像仪12的镜头呈预设的夹角θ，其中：激励源用于提供照射到非金属试样表面的红外光；红外热像仪用于获取非金属试样表面的红外热像图。具体的，通过激励源为检测提供红外辐射，加热非金属试样，使被测试样温度明显高于环境温度，这个温度差会引起热传导，使热能从表面向被测试样传导。红外热像仪可以将被测试样发出的不可见红外能量转变为可见的热图像。热图像上面的不同颜色代表被测试样的不同温度。通过查看热图像，可以观察到被测试样的整体温度分布状况，从而进行下一步检测的判断。红外热像仪利用所有高于绝对零度(-273℃)的物体都会发出红外辐射这一原理。利用红外探测器和光学成像物镜接受被测试样的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，这种热像图与被测试样表面的热分布场相对应。激励源的工作物质可分为气体、液体、固体和半导体，通常采用的激励热源有氙灯、闪光灯、激光、流体、超声波等。在一种可选的实施例中，激励源可以选择多根碳纤维灯；且将碳纤维灯位于同一水平面内，平行设置。通过将碳纤维灯并列平行固定放置，均匀的辐射非金属试样，可降低激励源对试样辐射不均匀所带来的噪声干扰。本实施例，通过设置激励源和红外热像仪的镜头呈预设的夹角；其中：激励源用于提供照射到非金属试样表面的红外光；红外热像仪用于获取非金属试样表面的红外热像图。通过本实施例中的装置进行非金属材料缺陷检测，可以提升激励源对被测试样辐射的均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。图3为本发明实施例二提供的非金属材料缺陷检测装置的结构示意图，如图3所示，本实施例中该装置可以包括：激励源11，红外热像仪12和灯罩13。本实施例中激励源11与红外热像仪12的具体实现过程和技术原理请参见如图1、2所示装置的相关描述，此处不再赘述。在一种可选的实施例中，灯罩13安装于位于激励源11的正上方。热像仪12位于灯罩13的正上方，且放置于激励源11中间的空隙上方。其中，激励源为碳纤维灯。灯罩13使碳纤维灯发出的红外光被几乎全部反射至非金属试样表面。在每根碳纤维灯上安装灯罩，将红外光反射到被检测试样表面，提高碳纤维灯的使用效率，提升检测效果。具体的，将碳纤维灯作为激励源使用时配用铝反射罩或不锈钢反射罩，灯罩采用平面或抛物面反射罩，其中采用抛物面反射罩效果更佳。碳纤维灯加装不锈钢反射罩或铝制反射罩后，由于受反射罩的角度和形体的影响，使碳纤维灯产生的红外热能实现集中定向反射，从而增强碳纤维灯的红外热能辐射效果强，减少耗能。金属反射罩能够有效的增加红外线的反射效率。提高碳纤维灯辐射的利用率。需要说明的是，本实施例不限定灯罩的种类，本领域的技术人员可以根据实际情况增加或者减少灯罩的种类以获得更好的效果。本实施例，通过设置激励源和红外热像仪的镜头呈预设的夹角；其中：激励源用于提供照射到非金属试样表面的红外光；红外热像仪用于获取非金属试样表面的红外热像图。通过本实施例中的装置进行非金属材料缺陷检测，可以提升激励源对被测试样辐射的均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。在一种可选的实施例中，红外热像仪的镜头与碳纤维灯之间所呈的夹角θ(参考图3)范围包括：80度～90度。在一种可选的实施例中，使用碳纤维灯作为激励源，且该碳纤维灯与红外热像仪呈85度夹角可完全消除被检测试样表面的红反射光。在一些可选的实施例中，根据多次试验的检测数据，获得红外热像仪的镜头与碳纤维灯之间所呈的夹角范围为80度～90度，可到达较佳的检测效果。在一种可选的实施例中，碳纤维灯由电源控制，还设置有功率调节器，用于调节碳纤维灯的输出功率。在一种可选的实施例中，本发明设计的多根碳纤维灯的最大功率为5000w，采用功率调节器可调节碳纤维灯的功率，例如将额定功率1000w可以调节为500w、800w等等，可满足不同非金属材料缺陷检测对激励源的需求。在一种可选的实施例中，碳纤维灯与非金属检测试样间的加热距离控制为15cm-45cm之间。本实施例，通过设置激励源和红外热像仪的镜头呈预设的夹角；其中：激励源用于提供照射到非金属试样表面的红外光；红外热像仪用于获取非金属试样表面的红外热像图。通过本实施例中的装置进行非金属材料缺陷检测，可以提升激励源对被测试样辐射的均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。图4为本发明实施例三提供的非金属材料缺陷检测的方法的流程图，如图4所示，本实施例中的方法包括：s101、将非金属试样放置在预设的检测区域。在一种可选的实施例中，将非金属试样放置在红外热像仪的检测箱底部。具体的，在单面法主动式红外非金属材料缺陷检测中，激励源与红外热像仪位于被测试样的同一侧，如图1所示，将被测的非金属试样放置在红外热像仪的检测箱底部。s102、将激励源与红外热像仪的镜头之间的夹角调节到预设的夹角范围内。具体的，红外热像仪的镜头与碳纤维灯之间所呈的夹角范围80度～90度。其中在一些可选的实施例中，85度作为标准夹角，可完全消除被检测试样表面的红外反射光。参考图6，图6(a)为本发明提供的非金属材料缺陷检测的红外热像效果图一，在图6(a)中，显示了未调节红外热像仪的镜头与碳纤维灯夹角θ的非金属材料检测红外热像效果。图6(b)为本发明提供的非金属材料缺陷检测的红外热像效果图二，在图6(b)中，显示了未调节红外热像仪的镜头与碳纤维灯夹角θ的非金属材料检测红外热像效果。从图6(a)、图6(b)可知，消除反射光后的试样检测效果更佳。s103、根据非金属试样的材料类别，调节激励源的输出功率。在一种可选的实施例中，碳纤维灯提供的红外线可分为四部分，参见表1，包括近红外线，波长为0.75～3.0um之间；中红外线，波长为3.0～6.0um之间，远红外线，波长为6.0～15.0um之间；极远红外线，波长为15.0～1000um。表1序号分类波长1近红外线0.75～3.0um2中红外线3.0～6.0um3远红外线6.0～15.0um4极远红外线15.0～1000um根据被测非金属材料的不同，例如多种金属和/或非金属材料混合，使其吸收红外光的波长不同，进而对碳纤维灯采用功率调节器调节适合不同非金属材料的红外光，以满足不同的非金属材料进行缺陷检测时对激励源的需求。在一种可选的实施例中，本发明设计的多根碳纤维灯的最大功率为5000w。s104、通过红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图。在一种可选的实施例中，通过红外热像仪，按照预设时间间隔采集非金属试样表面的红外热像图，得到包含时间序列信息的红外热像图。具体的，采用红外热像仪得到试样表面温度分布的时间序列热图，通过对缺陷处温度随时间变化情况进行分析，获得缺陷的各种信息。在一种可选的实施例中，在通过红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图之后，包括：对采集到的红外热像图进行分析处理，得到非金属试样的缺陷检测结果。将红外热像仪获取的时间图像序列作一定的算法处理后可获得比常规的卤素灯更好的缺陷检测效果。例如，对被测试样采用激励源加载热波。热波在被测试样进行传递，最终会在试样的前表面返回一个热波信号，被检测热波信号对表面的温度分布产生周期性的影响，加载热波信号与被检测热波信号存在相位差。由于试样内部存在缺陷，所以在有缺陷部位和无缺陷部位，以及缺陷性质不同的部位，该相位差不同。根据缺陷和试样材料不同，通过检测加载的热波信号和被检热波信号的相位差，即可判断出缺陷的性质。可以对非金属材料裂痕、空隙及复杂结构的缺陷等进行检测，不仅可以给出缺陷的大小、形状还可以获得缺陷的深度等信息，对非金属材料缺陷的检测可以达到很好的效果。本实施例，通过将非金属试样放置在预设的检测区域；将激励源与红外热像仪的镜头之间的夹角调节到预设的夹角范围内；根据非金属试样的材料类别，调节激励源的输出功率；通过红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图。本发明减少了激励源对被测试样辐射的不均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。图5为本发明实施例四提供的非金属材料缺陷的检测方法的流程图，如图5所示，本实施例中的方法可以包括：s201、选取n根碳纤维灯作为激励源；n为大于1的自然数。本实施例中，选取一种纯黑体材料的碳纤维灯，该碳纤维灯具有升温迅速、热滞后小、发热均匀、热辐射传递距离远、热交换速度快等特点。碳纤维灯尤其以远红外辐射为主，红外辐射波长为1.5-14um，以高密度，高能量，高强辐射的方式对非金属材料试样进行加热。碳纤维灯可以包括单管、双管、三管规格，还可以包括螺旋状管体或者柱状管体，可以加热几秒内达到正常的工作温度。在一种可选的实施例中，选取多根碳纤维灯作为激励源，用来加热非金属检测试样，例如选取6根碳纤维灯作为激励源，其中，单根碳纤维灯的最大功率为800w，该碳纤维灯的部分参数详情请参见表2。表2电压(v)24,36,72,100,110,115,120,220功率(w)150～2000长度(mm)180～1800红外线波长(um)2.0～10s202、将n根碳纤维灯固定设置在同一水平面内，且n根碳纤维灯之间平行设置。s203、在任意两根碳纤维灯之间设置预设距离的间隔空间。本实施例中，可以将选取的6根碳纤维灯固定设置在同一水平面内，在一种可选的实施例中，采用不锈钢或铝制基体将碳纤维灯固定在同一水平面内，且6根碳纤维灯之间平行设置。需要说明的是，本实施例不限定碳纤维灯的数量，本领域的技术人员可以根据实际情况增加或者减少碳纤维灯以获得更好的效果。s204、将红外热像仪设置在间隔空间对应的位置。本实施例中，参考图3，在同一水平面内固定平行设置的6根碳纤维灯，在一种可选的实施例中，将6根碳纤维灯均匀分布即任意两根碳纤维灯之间设置适当的距离，例如设置3cm，在任意两根碳纤维灯之间设置预设距离的间隔空间使激励源均匀分布可降低激励源对试样辐射的不均匀带来的噪声干扰及对缺陷检测的干扰。例如将碳纤维灯均匀设置正对待检测的非金属试样，可以横向平行设置，还可以竖向平行设置等等。需要说明的是，本实施例不限定预设距离的内容，本领域的技术人员可以根据实际情况增加或者减少预设距离以获得更好的效果。本实施例中，将非金属试样放置在红外热像仪的检测箱底部，将选取的多根碳纤维灯平行设置在同一水平面内，且任意两根碳纤维灯之间设置预设距离的间隔空间，将红外热像仪设置在该间隔空间对应的位置。(参考图1)。s205、将非金属试样放置在预设的检测区域。s206、将激励源与红外热像仪的镜头之间的夹角调节到预设的夹角范围内。s207、根据非金属试样的材料类别，调节激励源的输出功率。s208、通过红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图。本实施例中，步骤s205～步骤s208的具体实现过程和技术原理请参见图4所示的方法中步骤s101～步骤s104中的相关描述，此处不再赘述。本实施例，通过将非金属试样放置在预设的检测区域；将激励源与红外热像仪的镜头之间的夹角调节到预设的夹角范围内；根据非金属试样的材料类别，调节激励源的输出功率；通过红外热像仪采集非金属试样表面的红外热像图。本发明减少了激励源对被测试样辐射的不均匀性；同时解决了激励源在被测试样表面产生的反射问题，提高了非金属材料缺陷检测的准确度和灵敏度，降低了误检率和漏检率。另外，非金属试样检测装置采用碳纤维灯作为主动式红外检测的激励源可提升红外光能量的使用效率，从而获得更好的检测效果，多根碳纤维灯并列固定可降低激励源对试样辐射不均匀所带来的噪声干扰，提高非金属材料的检测效果。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12