鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置及方法，該裝置包括磁懸液、磁化裝置、高速數(shù)碼攝像機(jī)、圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、輸入按鈕、液晶顯示屏及電源與數(shù)據(jù)輸出接口；磁懸液包括磁性氧化鐵粉、納米Fe3O4顆粒與油性基液。該方法是在檢測過程中，高速數(shù)碼攝像機(jī)拍攝照片并利用圖像處理模塊根據(jù)顏色找出漏磁場強(qiáng)度最大的時(shí)刻，記錄并計(jì)算出裂紋位置和擴(kuò)展方向。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)判斷并記錄裂紋圖像及位置、方向等參數(shù)，并可以排除偽顯示干擾。
【專利說明】
鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種疲勞裂紋無損檢測裝置與方法，具體涉及一種鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變 色檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁粉檢測技術(shù)是一種通過磁粉在缺陷附近漏磁場中的堆積以檢測鐵磁性材料表 面或近表面處缺陷的無損檢測方法。將待測物體置于強(qiáng)磁場中或通以大電流使之磁化，若 物體表面或表面附近有缺陷（裂紋、折疊、夾雜物等)存在，由于它們是非鐵磁性的，對磁力 線通過的阻力很大，磁力線在這些缺陷附近會(huì)產(chǎn)生漏磁。當(dāng)將導(dǎo)磁性良好的磁粉(通常為磁 性氧化鐵粉)施加在物體上時(shí)，缺陷附近的漏磁場就會(huì)吸住磁粉，堆集形成可見的磁粉跡 痕，從而把缺陷顯示出來。
[0003] 在鋼結(jié)構(gòu)磁粉檢測中，由于鋼結(jié)構(gòu)焊縫表面的特征，往往會(huì)形成相關(guān)顯示和偽顯 示。由缺陷產(chǎn)生的漏磁場形成的磁痕顯示稱為相關(guān)顯示；不是由漏磁場形成的磁痕顯示稱 為偽顯示，焊縫兩側(cè)的凹陷、粗糙的表面等往往會(huì)滯留磁粉而導(dǎo)致偽顯示。
[0004] 工件磁化時(shí)，當(dāng)磁場方向與缺陷延伸方向垂直時(shí)，缺陷處的漏磁場最大，檢測靈敏 度最高。由于交叉磁輒法采用旋轉(zhuǎn)磁場磁化工件，一次磁化就可檢測出附近鋼板表面上所 有方向的缺陷。
[0005] 現(xiàn)有磁粉檢測技術(shù)存在以下幾點(diǎn)不足:對裂紋的判斷完全依靠人眼，檢測人員長 時(shí)間觀察后容易因視覺疲勞造成漏檢或誤判;檢測人員的經(jīng)驗(yàn)和主觀因素對判斷結(jié)果影響 很大;不利于信息采集與管理。
[0006] 水溶膠中的納米Fe3〇4顆粒具有磁致變色的性質(zhì)，當(dāng)磁場增大的時(shí)候，納米Fe3〇4顆 粒的有序結(jié)構(gòu)所衍射的光的波長會(huì)隨之減小，即逐漸發(fā)生藍(lán)移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有磁粉檢測技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種可自動(dòng)判 斷并記錄裂紋信息的鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋磁粉檢測裝置及方法。
[0008] 技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置及 方法，包括磁化裝置和磁懸液，所述磁化裝置具有磁化線圈、磁極、行走滾輪、橫梁與把手， 所述把手上集成有高速數(shù)碼攝像機(jī)、圖像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、輸入按鈕、液晶顯示屏 及電源與數(shù)據(jù)輸出接口，其中高速數(shù)碼攝像機(jī)安裝在把手下方，圖像處理模塊與數(shù)據(jù)處理 模塊安裝在把手內(nèi)部，輸入按鈕與液晶顯示屏安裝在把手上方。各部件之間通過把手內(nèi)部 的線纜連接。電源與數(shù)據(jù)輸出接口用于提供電源輸入與數(shù)據(jù)輸出
[0009 ]具體地，所述磁懸液包括磁性氧化鐵粉、納米Fe304顆粒與油性基液，所述磁性氧化 鐵粉與納米Fe304顆粒均勻地分散在基液中。磁性氧化鐵粉與納米Fe30 4顆粒的濃度分別為 20mg/ml與8mg/ml，形成的磁懸液具有一定的流動(dòng)性與黏性。
[0010]本發(fā)明同時(shí)提出上述檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟1，采用交叉磁輒法磁化待測構(gòu)件，在磁懸液中加入具有磁致變色性質(zhì)的納米 Fe304顆粒，使磁懸液隨著磁場強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)出不同的顏色；
[0012] 步驟2,拍攝照片并利用圖像處理模塊根據(jù)顏色找出漏磁場強(qiáng)度最大的時(shí)刻，記錄 關(guān)鍵相位及裂紋位置坐標(biāo)；
[0013] 步驟3,數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)關(guān)鍵相位及裂紋位置坐標(biāo)計(jì)算出裂紋位置的磁場方向， 從而得到疲勞裂紋擴(kuò)展方向；
[0014] 步驟4,將關(guān)鍵相位照片與疲勞裂紋位置方向編號存儲(chǔ)并輸出到液晶顯示屏，方便 檢測人員核對。
[0015] 具體地，所述步驟2中使用高速數(shù)碼攝像機(jī)不斷拍攝磁化區(qū)域照片，并傳輸至圖像 處理模塊進(jìn)行分析，不同的磁場強(qiáng)度下，磁懸液會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。具體表現(xiàn)為磁場強(qiáng)度 越高，磁懸液顏色越偏向于藍(lán)色。圖像處理模塊選取磁場旋轉(zhuǎn)的一個(gè)周期中藍(lán)色信號強(qiáng)度 最高的照片，根據(jù)藍(lán)色信號最強(qiáng)位置(即漏磁場位置)獲取裂紋位置坐標(biāo)。
[0016] 具體地，檢測前可以制作帶人工預(yù)制裂紋的試件，裂紋的長度和寬度可取人眼能 觀察到的最小值;用所述磁化裝置檢測預(yù)制裂紋試件，將得到的照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度作 為裂紋判斷的閾值，照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度低于該閾值時(shí)判斷為無裂紋。閾值可通過輸入 按鈕輸入到圖像處理模塊，由于偽顯示不是由漏磁場形成的，該閾值可過濾掉偽顯示。
[0017] 具體地，所述磁化裝置是交叉磁輒的磁化裝置。
[0018] 發(fā)明原理：
[0019] 1、采用交叉磁輒法磁化待測構(gòu)件，，兩相磁輒的激磁電流相位差9>=2t/3，兩相磁場 分別為
[0021] 構(gòu)件表面的最大磁場強(qiáng)度出現(xiàn)在疲勞裂紋附近漏磁場處。隨著施加磁場的周期性 旋轉(zhuǎn)，漏磁場的強(qiáng)度不斷變化，當(dāng)磁場方向旋轉(zhuǎn)到與裂紋延伸方向垂直時(shí)，漏磁場強(qiáng)度達(dá)到 最高。
[0022] 2、在磁懸液中加入具有磁致變色性質(zhì)的納米Fe3〇4顆粒，不同的磁場強(qiáng)度下，磁懸 液會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。具體表現(xiàn)為磁場強(qiáng)度越高，磁懸液顏色越偏向于藍(lán)色。因此，磁懸 液顏色中藍(lán)色成分最高的時(shí)刻即為磁場方向與裂紋延伸方向垂直的時(shí)刻。
[0023] 3、檢測時(shí)，使用高速數(shù)碼攝像機(jī)不斷拍攝磁化區(qū)域照片，并傳輸至圖像處理模塊 進(jìn)行分析。圖像處理模塊選取磁場旋轉(zhuǎn)的一個(gè)周期中藍(lán)色信號強(qiáng)度最高的照片，根據(jù)藍(lán)色 信號最強(qiáng)位置(即漏磁場位置)獲取裂紋位置坐標(biāo)，并記錄該時(shí)刻的關(guān)鍵相位。
[0024] 4、制作帶人工預(yù)制裂紋的試件，裂紋的長度和寬度可取人眼能觀察到的最小值。 用本磁粉檢測裝置檢測預(yù)制裂紋試件，將得到的照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度作為裂紋判斷的閾 值。閾值可通過輸入按鈕輸入到圖像處理模塊。日常檢測中，照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度低于該 閾值時(shí)判斷為無裂紋。由于偽顯示不是由漏磁場形成的，該閾值亦可過濾掉偽顯示。
[0025] 5、對于判斷為有裂紋的照片，圖像處理模塊將其發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理 模塊根據(jù)關(guān)鍵相位及裂紋位置坐標(biāo)計(jì)算出裂紋位置的磁場方向，從而得到疲勞裂紋擴(kuò)展方 向；將關(guān)鍵相位照片與疲勞裂紋位置方向編號存儲(chǔ)并輸出到液晶顯示屏，方便檢測人員核 對。檢測結(jié)束后，相關(guān)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸出接口導(dǎo)出。
[0026] 有益效果:本發(fā)明利用磁致變色檢測鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋。檢測人員可以使用該裝置 自動(dòng)判斷并記錄裂紋圖像及位置、方向等參數(shù)，且通過預(yù)制裂紋試件，獲取閾值的方法避免 了偽顯示的干擾
[0027] 除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技 術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置及方法所能解 決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié) 合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明磁粉探傷儀的主視圖；
[0029]圖2為圖1的左視圖；
[0030]圖3為圖1的俯視圖；
[0031]圖4為圖1的A-A首I』面不意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明磁懸液示意圖；
[0033]圖中：1磁化線圈；2磁極;3行走滾輪;4橫梁;5把手;6高速數(shù)碼攝像機(jī);7圖 像處理模塊;8數(shù)據(jù)處理模塊;9輸入按鈕；10液晶顯示屏；11電源與數(shù)據(jù)輸出接口；12 油性基液;13磁性氧化鐵粉;14納米Fe 3〇4顆粒。
【具體實(shí)施方式】 [0034] 實(shí)施例：
[0035]如圖1至圖4所示，磁粉探傷儀為交叉磁輒磁粉探傷儀，包括磁化裝置、高速數(shù)碼攝 像機(jī)6、圖像處理模塊7、數(shù)據(jù)處理模塊8、輸入按鈕9、液晶顯示屏10及電源與數(shù)據(jù)輸出接口 11。其中磁化裝置與現(xiàn)有便攜式交叉磁輒磁粉探傷儀類似，包括磁化線圈1、磁極2、行走滾 輪3、橫梁4與把手5。
[0036]高速數(shù)碼攝像機(jī)6、圖像處理模塊7、數(shù)據(jù)處理模塊8、輸入按鈕9、液晶顯示屏10及 電源與數(shù)據(jù)輸出接口 11均集成于磁化裝置的把手5上，其中高速數(shù)碼攝像機(jī)安裝在把手5的 下方，圖像處理模塊7與數(shù)據(jù)處理模塊8安裝在把手5的內(nèi)部，輸入按鈕9與液晶顯示屏10安 裝在把手5的上方。各部件之間通過把手5內(nèi)部的線纜連接。電源與數(shù)據(jù)輸出接口 11用于提 供電源輸入與數(shù)據(jù)輸出。
[0037]如圖5所示，磁懸液包括磁性氧化鐵粉13、納米Fe3〇4顆粒14與油性基液12。磁性氧 化鐵粉13與納米Fe3〇4顆粒14的濃度分別為20mg/ml與8mg/ml，磁性氧化鐵粉13與納米Fe3〇4 顆粒14均勻地分散在油性基液12中，形成的磁懸液具有一定的流動(dòng)性與黏性。
[0038] 使用時(shí)，采用交叉磁輒法磁化待測構(gòu)件，構(gòu)件表面的最大磁場強(qiáng)度出現(xiàn)在疲勞裂 紋附近漏磁場處。隨著施加磁場的周期性旋轉(zhuǎn)，漏磁場的強(qiáng)度不斷變化，當(dāng)磁場方向旋轉(zhuǎn)到 與裂紋延伸方向垂直時(shí)，漏磁場強(qiáng)度達(dá)到最高。磁懸液中具有磁致變色性質(zhì)的納米Fe 3〇4顆 粒13,在不同的磁場強(qiáng)度下，使磁懸液會(huì)呈現(xiàn)出不同的顏色。具體表現(xiàn)為磁場強(qiáng)度越高，磁 懸液顏色越偏向于藍(lán)色。
[0039] 檢測過程中，使用高速數(shù)碼攝像機(jī)6不斷拍攝磁化區(qū)域照片，并傳輸至圖像處理模 塊7進(jìn)行分析。圖像處理模塊7選取磁場旋轉(zhuǎn)的一個(gè)周期中藍(lán)色信號強(qiáng)度最高的照片，根據(jù) 藍(lán)色信號最強(qiáng)位置即漏磁場位置獲取裂紋位置坐標(biāo)，并記錄該時(shí)刻的關(guān)鍵相位。
[0040] 制作帶人工預(yù)制裂紋的試件，裂紋的長度和寬度可取人眼能觀察到的最小值。用 本磁粉檢測裝置檢測預(yù)制裂紋試件，將得到的照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度作為裂紋判斷的閾 值。閾值可通過輸入按鈕9輸入到圖像處理模塊。日常檢測中，照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度低于 該閾值時(shí)判斷為無裂紋。由于偽顯示不是由漏磁場形成的，該閾值亦可過濾掉偽顯示。
[0041] 對于判斷為有裂紋的照片，圖像處理模塊將其發(fā)送到數(shù)據(jù)處理模塊8。數(shù)據(jù)處理模 塊8根據(jù)關(guān)鍵相位及裂紋位置坐標(biāo)計(jì)算出裂紋位置的磁場方向，從而得到疲勞裂紋擴(kuò)展方 向；將關(guān)鍵相位照片與疲勞裂紋位置方向編號存儲(chǔ)并輸出到液晶顯示屏10,方便檢測人員 當(dāng)場核對。檢測結(jié)束后，相關(guān)數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)輸出接口 11導(dǎo)出。
[0042]以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí) 施方式。對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對這些實(shí)施 方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置，包括磁化裝置和磁懸液，所述磁化裝置具有磁 化線圈、磁極、行走滾輪、橫梁與把手，其特征在于:所述把手上集成有高速數(shù)碼攝像機(jī)、圖 像處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、輸入按鈕、液晶顯示屏及電源與數(shù)據(jù)輸出接口，其中高速數(shù)碼 攝像機(jī)安裝在把手下方，圖像處理模塊與數(shù)據(jù)處理模塊安裝在把手內(nèi)部，輸入按鈕與液晶 顯示屏安裝在把手上方。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置，其特征在于:所述磁懸液包括 磁性氧化鐵粉、Fe30 4顆粒與油性基液，所述磁性氧化鐵粉與納米Fe304顆粒均勻地分散在基 液中。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置，其特征在于:所述磁性氧化鐵 粉的濃度為20mg/ml，所述納米Fe3〇4顆粒的濃度為8mg/ml。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置，其特征在于:所述磁化裝置是 交叉磁輒的磁化裝置。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼結(jié)構(gòu)裂紋磁致變色檢測裝置的檢測方法，其特征在于包括 以下步驟： 步驟1，采用交叉磁輒法磁化待測構(gòu)件，在磁懸液中加入具有磁致變色性質(zhì)的納米Fe3〇4 顆粒，使磁懸液隨著磁場強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)出不同的顏色； 步驟2,拍攝照片并利用圖像處理模塊根據(jù)顏色找出漏磁場強(qiáng)度最大的時(shí)刻，記錄關(guān)鍵 相位及裂紋位置坐標(biāo)； 步驟3，數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)關(guān)鍵相位及裂紋位置坐標(biāo)計(jì)算出裂紋位置的磁場方向，從而 得到疲勞裂紋擴(kuò)展方向； 步驟4,將關(guān)鍵相位照片與疲勞裂紋位置方向編號存儲(chǔ)并輸出到液晶顯示屏，供檢測人 員核對。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測方法，其特征在于:所述步驟2中使用高速數(shù)碼攝像機(jī)不 斷拍攝磁化區(qū)域照片，并傳輸至圖像處理模塊進(jìn)行分析，圖像處理模塊選取磁場旋轉(zhuǎn)的一 個(gè)周期中藍(lán)色信號強(qiáng)度最高的照片，根據(jù)藍(lán)色信號最強(qiáng)位置獲取裂紋位置坐標(biāo)。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測方法，其特征在于：制作帶人工預(yù)制裂紋的試件，裂紋的 長度和寬度取人眼能觀察到的最小值；用所述磁化裝置檢測預(yù)制裂紋試件，將得到的照片 最高藍(lán)色信號強(qiáng)度作為裂紋判斷的閾值，照片最高藍(lán)色信號強(qiáng)度低于該閾值時(shí)判斷為無裂 紋。
【文檔編號】G01N27/84GK106053594SQ201610465116
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月23日
【發(fā)明人】吉伯海, 傅中秋, 袁周致遠(yuǎn), 劉天笳
【申請人】河海大學(xué)