一种检测导电结构缺陷的柔性阵列涡流探头及检测方法_2

文档序号:8471741阅读:来源:国知局
圈101被分组形成多个线圈组件(图1示例中有四个线圈组件),使每个线圈组件包含一个或多个线圈101。
[0020]数量众多的线圈101以平面阵列的形式分布在该探头上,用来进行导电结构复杂表面形状缺陷检测。优选地,希望线圈的阵列能够将探头表面尽可能多地覆盖,然而本发明并未排除线圈阵列仅覆盖探头一部分表面的实施结构。
[0021]在一些不同的示例中,一个探头上的线圈101可以按径向排列(如图8),使该探头上的线圈组件从探头上的某个设定点(如圆心、重心或其他位置)向外延伸(呈X型、*型或其他类似的发散形状),即每个线圈组件的若干个线圈排成一列(直线或非直线),一个线圈组件中的各个线圈到设定点的距离一般各不相同。不同线圈组件中线圈的数量、间隔距离等可以相同或不相同。
[0022]或者,在另一些不同的示例中,一个探头上的线圈101可以按圆周向排列(如图1),使该探头上任意一个线圈组件的多个线圈环绕某个设定点形成环状结构(如圆形或非圆形、封闭的或不完全封闭的环状结构)。一个构成圆形环的线圈组件中,各个线圈到设定点的距离均相同;一个构成非圆形环的线圈组件中,各个线圈到设定点的距离可以相同或不相同。不同线圈组件中线圈的数量、间隔距离等可以相同或不相同。
[0023]如图1所示的一个优选实施例中,探头表面为圆形,X-X为探头所在圆上某一条直径的两端,探头的圆形外边界为103。该示例中线圈101按圆周向排列形成阵列,其中有一个线圈组件包含位于探头圆心处的一个线圈101,其他线圈组件则以其各自包含的多个线圈101构成为与探头圆面同心的三个圆环(相邻圆环之间的径向间距可以相同或不相同)。而在其他图中未示出的实施例中,还可以将探头表面制成矩形、三角形等其他任意形状,并使线圈101按径向或圆周向或者按照其他方式排列形成阵列,在此不一一赘述。
[0024]图2是本发明所述柔性涡流阵列探头100自图1中X-X方向所示的剖面图,数量众多的线圈101以平面阵列的形式,被嵌入在柔性结构内部得以固定。该柔性结构由具有伸缩性的弹性绝缘材料制成,具有良好的柔韧性。例如,可以使用柔性PCB (印制电路板)材料,弹性橡胶或其他绝缘材料,来制作所述的柔性结构。又例如,该柔性结构可以是一种柔性薄膜的形式,以有效地包裹线圈101,并实现绝缘、防水功能。
[0025]在实际检测时,使探头上的线圈组件与被检测物的表面紧密接触,以减少提离干扰。优选地,在与被检测物相接触的探头表面还设有一层耐磨层201,可起到保护探头作用。
[0026]图3是本发明所述柔性涡流阵列探头100中任意一个线圈101的结构图,图1的探头示例中所有的线圈101都具有相同的结构及参数。为保持扁平与柔性,线圈由铜导线在一个平面上绕制而成,或采用PCB技术制作在薄膜上。线圈及其连接导线(图中未示出)都经过防水绝缘处理。
[0027]图4是本发明柔性涡流阵列探头100的两个线圈101在某种控制逻辑下所具有的激励与检测功能示意图。箭头的起始端所在的线圈称为激励线圈,箭头指向的线圈称为信号采集线圈。每个线圈可以在控制逻辑的不同时刻,分别作为激励线圈或作为信号采集线圈。即线圈阵列中不同的线圈在不同的时刻被激励,所有的线圈都得到激励,但不同时激励两个相邻的线圈,目的是减少不需要的互感效应,降低干扰信号对探头的影响。
[0028]下文以图1所述柔性涡流阵列探头100为例,对线圈101的多种激励与检测控制方法进行说明。在图1示例中,第一线圈组件的一个线圈位于探头圆心;第一线圈组件外层环绕有第二线圈组件的八个线圈;第二线圈组件外层环绕有第三线圈组件的十六个线圈;第三线圈组件外层环绕有第四线圈组件的二十四个线圈。
[0029]图5是对图1示例中线圈的第一种激励与检测控制方式:柔性探头位于待检测导电结构301上方,探头的圆心位置用来定位当前扫描位置。假设该导电结构301具有三个不同的径向缺陷311、312、313。
[0030]该控制方式沿探头圆心起始的8个径向401~408分时进行。先从包含四个线圈Al、B1、Cl、Dl的径向401开始,控制逻辑先通电激励Al线圈,同时采集该径向401上外层相邻的BI线圈上的缺陷信号并送回存储器;再通电激励BI线圈,同时采集外层相邻的Cl线圈上的缺陷信号并送回存储器;随后通电激励Cl线圈,同时采集外层相邻的Dl线圈上的缺陷信号并送回存储器,这样就完成了其中一个径向401上所有线圈的激励与信号采集的轮循。
[0031]然后,按顺时针方向(其他示例中也可以是按逆时针方向或其他顺序),开始另一径向402上所有线圈(对应线圈Al、B2、C3、D4)的激励与信号采集轮循;以此类推,直至完成一次所有径向的线圈激励与信号采集轮循。这样就获得了对应圆形探头的线圈下方24个径向的信号(即含本例的8个径向,及每个径向的3次激励与检测),根据获得的信号可以判断沿各径向是否存在缺陷以及缺陷所在的位置。如激励Al线圈采集BI线圈时获得的信号,与激励Cl线圈采集Dl线圈(有径向缺陷)时获得的信号不同。
[0032]图6是对图1示例中线圈的第二种激励与检测控制方式:柔性探头位于待检测导电结构301上方,探头圆心用来定位扫描位置。假设该导电结构301具有三个不同方向的非径向缺陷321、322、323。该控制方式首先通电激励圆心处的线圈Al,然后在线圈Al外层同一圆周B上的线圈BI?B8同时采集下方导体涡电流信号并送回存储器。
[0033]之后,通电激励BI线圈,同时采集BI线圈外层相邻的三个线圈C16、Cl、C2上的缺陷信号并送回存储器;再通电激励B2线圈,同时采集外层相邻三个线圈C2、C3、C4上的缺陷信号并送回存储器;依照此规律,按顺时针方向(其他示例中也可以是按逆时针方向或其他顺序),转换到圆周B上下一个被激励的线圈,并采集与激励线圈外层相邻的三个线圈的信号;直到该圆周B上最后一个B8线圈被通电激励,此时采集的是C14、C15、C16线圈信号,这样就完成了圆周C上所有线圈信号采集的轮循。
[0034]然后,通电激励Cl线圈,同时采集其外层相邻的三个线圈D24、D1、D2上的缺陷信号并送回存储器;再通电激励C3线圈,同时采集外层相邻的三个线圈D3、D4、D5上的缺陷信号并送回存储器;依照此规律,按顺时针方向(其他示例中也可以是按逆时针方向或其他顺序),对C圆周的线圈间隔一个进行激励,同时采集与被激励线圈相邻的D圆周上三个线圈的信号,直到完成D圆周上所有线圈的信号采集轮循。这样就获得了圆形探头的线圈下方所有圆周向的信号,根据信号可以相应确定线圈下方与圆周相切缺陷的存在及缺陷所在的位置。
[0035]图7是对图1示例中线圈的第三种激励与检测控制方式:与前述两种方式的目的类似,都是为了在实际检测时,使检测探头线圈阵列四周相互之间减少间隙,降低未被探头线圈覆盖的区域面积。假设被检测的导电结构301具有三个不同方向的且与圆周相切的微小缺陷 331,332,333ο
[0036]首先通电激励圆周B上的BI线圈,同时采集顺时针方向(其他示例中也可以是按逆时针方向或其他顺序)在同一圆周上与BI线圈相邻的Β2线圈上的缺陷信号并送回存储器;然后通电激励Β2线圈,同时采集相邻Β3线圈上的缺陷信号并送回存储器;按照此规律,完成B圆周上所有线圈的激励与信号采集的轮循。
[0037]然后,对圆周B外层的C圆周上的所有线圈(线圈C1-C16),按此规律执行激励与信号采集的轮循。C圆周上线圈的激励与采集轮循完成后,对C线圈外层的D线圈(线圈D1-D24)亦按此规律进行激励与采集的轮循。这样就获得了圆形探头的线圈下方所有圆周向的信号,根据信号可以相应确定线圈下方任意与圆周相切的微小缺陷的存在及缺陷所在的位置。
[0038]对于某个待检测的导电结构来说,可以分别运用上述第一种到第三种激励与检测控制方式中的任意一种或几种来进行检测。并且,可以使探头在导电结构表面移动后,在新的位置重复进行该第一种到第三种中任意一种或几种检测,以覆盖全部检测范围。
[0039]图8是本发明所述柔性涡流阵列探头100应用于圆柱形工件701进行缺陷检测的示意图。探头放置于圆柱工件701的外表面702,该外表面含有缺陷703。由于本发明中的探头具有柔性,可以使探头的线
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