渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的製作方法

2023-06-14 05:13:42

本發明涉一種渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置。

背景技術：

渦流脈衝紅外熱成像技術是一種綜合渦流和紅外熱像檢測兩種手段優勢的無損檢測技術，其基本原理是通過主動式受控交流電脈衝來激發被測對象內部產生電渦流，由於焦耳效應，得到被測對象溫度場分布，然後利用熱成像技術檢測被測對象表面或內部缺陷的無損檢測技術，該技術對金屬材料疲勞裂紋、複合材料脫粘等接觸界面類型缺陷效果顯著。渦流脈衝紅外熱像檢測系統主要由紅外熱像儀、控制採集終端、渦流脈衝激勵裝置和其他輔助設備構成。渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置通常包含電氣控制裝置和激勵線圈兩部分，電氣控制裝置將AC 220V 50Hz的低頻交流電調製成高頻交流電，激勵線圈將高頻交流電導出並構成閉合迴路。在對被測對象施加交流電脈衝過程中，激勵時間、激勵強度、激勵線圈與被測對象之間的距離(提離)都會對渦流脈衝紅外熱像檢測效果有很大影響。

現有的通過渦流脈衝紅外熱成像對工件進行無損檢測的渦流脈衝激勵裝置，由於設備的激勵線圈在工作一定時間後會處於過熱狀態，導致其無法長時間連續工作，由此造成現有的渦流脈衝激勵裝置的工作效率較低，使用壽命短，故障率高。此外，現有的渦流脈衝激勵裝置也不適合用於檢測結構較複雜的工件表面或內部缺陷。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種可連續、快速檢測結構較複雜的工件表面或內部缺陷，無損檢測精度高，操作方便、靈活，工作效率高，使用壽命長，故障率低的渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置。

本發明的渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置，包括激勵線圈、激勵線圈支座和電氣控制裝置，所述激勵線圈包括採用導電材料製成的前支撐杆和後支撐杆，前支撐杆和後支撐杆沿左右方向並列設置，前支撐杆和後支撐杆的右側設有導電材料製成的環形的電磁激勵環，電磁激勵環的環形的左端設有開口，前支撐杆的右端與電磁激勵環開口處的前端側壁相連為一體，後支撐杆的右端與電磁激勵環開口處的後端側壁相連為一體，電磁激勵環、前支撐杆和後支撐杆的外表面包覆有電絕緣層，前支撐杆的左端端面上設有前換水口，後支撐杆的左端端面上設有後換水口，後換水口與前換水口通過位於後支撐杆、電磁激勵環和前支撐杆內部的冷卻水通道相通，後支撐杆左端端面上的後換水口通過軟管與水箱壁上的進水口相通，水箱的壁上設有出水口，水箱的出水口通過管路與循環水泵的進水口相通，循環水泵的出水口通過管路與過濾器的進水口相通，過濾器的出水口通過管路與散熱器的進水口相通，散熱器附近設有冷卻風扇，散熱器的出水口通過管路與電氣元件冷卻水箱的進水口相通，電氣元件冷卻水箱的出水口通過軟管與所述前支撐杆左端端面上的前換水口相通；

所述水箱上設有用於測量水箱內水溫的溫度傳感器，溫度傳感器、冷卻風扇和循環水泵分別與電氣控制裝置相連；

所述激勵線圈支座包括激勵線圈底座，激勵線圈底座右側的頂部沿前後水平方向設有前後位移導軌，前後位移導軌上設有前後位移滑板，前後位移滑板的中部安裝固定有前後位移絲槓螺母，前後位移絲槓螺母旋裝在前後位移絲槓上，前後位移絲槓的軸線位於前後水平方向，前後位移絲槓可轉動地安裝在激勵線圈底座上，前後位移絲槓採用步進電機或手動驅動其轉動；

所述前後位移滑板的頂部沿左右水平方向設有左右位移導軌，左右位移導軌上設有左右位移滑板，左右位移滑板的中部安裝固定有左右位移絲槓螺母，左右位移絲槓螺母旋裝在左右位移絲槓上，左右位移絲槓的軸線位於前後水平方向，左右位移絲槓可轉動地安裝在前後位移滑板上，左右位移絲槓採用步進電機或手動驅動其轉動；

所述左右位移滑板頂部的前部設有豎直導向支架，豎直導向支架上沿豎直方向設有豎直導向滑道，豎直導向滑道上設有豎直位移滑塊，豎直位移滑塊的中部安裝固定有豎直位移絲槓螺母，豎直位移絲槓螺母旋裝在豎直位移絲槓上，豎直位移絲槓的軸線位於豎直方向，豎直位移絲槓的上部可轉動地安裝在豎直導向支架的上部，豎直位移絲槓採用步進電機或手動驅動其轉動；

所述豎直位移滑塊的中部沿前後水平方向可轉動地套裝在轉軸的中部或後部，轉軸的後端與激勵線圈夾塊底座安裝相連，轉軸向前延伸穿過豎直導向支架，轉軸的前端設有激勵線圈俯仰轉動手柄，激勵線圈夾塊底座上安裝有激勵線圈夾塊；

所述電磁激勵環的下方設有臺面可做三維空間運動的三維運動平臺，三維運動平臺的周邊附近設有熱像儀。

優選地，所述電磁激勵環為矩形或圓形或橢圓形或三角形或六邊形。

優選地，所述前後位移絲槓的後端套裝有前後位移絲旋鈕,左右位移絲槓的右端套裝有左右位移旋鈕,豎直位移絲槓頂端套裝有豎直位移旋鈕。

優選地，所述電氣控制裝置包括電源變壓器，電源變壓器的二次繞組與整流濾波電路的輸入端相連，整流濾波電路的輸出端與BTL功率放大器的輸入端相連，BTL功率放大器的一個輸出端與所述前支撐杆相連，BTL功率放大器的另一個輸出端與所述後支撐杆相連，BTL功率放大器輸出電壓為45V、頻率為300kHz—700kHz的高頻交流電。

優選地，BTL功率放大器安裝在電氣元件冷卻水箱的外壁上。

優選地，所述循環水泵為變量泵。

本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置在使用時，啟動循環水泵，水箱中的水就會由水箱的出水口通過管路流出，並經由循環水泵進入過濾器對水進行過濾，然後水會流過散熱器進行散熱，再由散熱器流過電氣元件冷卻水箱，由電氣元件冷卻水箱出來後，再流過後支撐杆、電磁激勵環和前支撐杆內部的冷卻水通道，然後再回到水箱中。因此，本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的激勵線圈等部件可藉助循環水的冷卻而實現連續長時間工作，並且可令設備的使用壽命長，故障率低。此外，在使用的過程中，如果需要沿前後方向調整電磁激勵環的位置，可通過步進電機或手動驅動前後位移絲槓轉動，電磁激勵環即可沿前後方向運動。如果需要沿左右方向調整電磁激勵環的位置，可通過步進電機或手動驅動左右位移絲槓轉動，電磁激勵環3即可沿左右方向運動。如果需要沿豎直方向調整電磁激勵環的位置，可通過步進電機或手動驅動豎直位移絲槓轉動，電磁激勵環即可沿豎直方向運動。如果需要調整電磁激勵環所在平面與水平面之間的角度，可通過激勵線圈俯仰轉動手柄轉動轉軸、激勵線圈夾塊底座和激勵線圈夾塊，電磁激勵環所在平面與水平面之間的角度就會發生變化。如果需要調整被測工件的三維空間位置，可通過三維運動平臺讓被測工件做三維空間運動。因此，本發明的渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置還具有可連續、快速檢測結構較複雜的工件表面或內部缺陷，無損檢測精度高，操作方便、靈活，工作效率高的特點，其可迅速、高效地檢測出工件表面或內部裂紋長度大於0.2mm的裂紋，並對裂紋的位置、形狀予以清晰定位。

下面結合附圖對本發明的渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置作進一步詳細說明。

附圖說明

圖1為本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的激勵線圈支座部分的立體圖；

圖2為本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的電磁激勵環和電氣控制裝置冷卻系統的原理圖；

圖3為本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的電氣控制裝置的原理圖；

圖4為本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的電磁激勵環的剖視立體圖；

圖5為本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的激勵線圈支座部分的主視圖；

圖6為圖5的俯視圖；

圖7為圖5的側視剖面圖；

圖8為圖7中的C—C截面的剖視圖；

圖9為圖5中的B—B截面的剖視圖；

圖10為圖5中的A—A截面的剖視圖。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖4所示，本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置，包括激勵線圈、激勵線圈支座和電氣控制裝置，激勵線圈包括採用導電材料製成的前支撐杆1和後支撐杆2，前支撐杆1和後支撐杆2沿左右方向並列設置，前支撐杆1和後支撐杆2的右側設有導電材料製成的環形的電磁激勵環3，電磁激勵環3的環形的左端設有開口，前支撐杆1的右端與電磁激勵環3開口處的前端側壁相連為一體，後支撐杆2的右端與電磁激勵環3開口處的後端側壁相連為一體，電磁激勵環3、前支撐杆1和後支撐杆2的外表面包覆有電絕緣層4，前支撐杆1的左端端面上設有前換水口，後支撐杆2的左端端面上設有後換水口，後換水口與前換水口通過位於後支撐杆2、電磁激勵環3和前支撐杆1內部的冷卻水通道5相通，後支撐杆2左端端面上的後換水口通過軟管與水箱6壁上的進水口相通，水箱6的壁上設有出水口，水箱6的出水口通過管路與循環水泵7的進水口相通，循環水泵7的出水口通過管路與過濾器8的進水口相通，過濾器8的出水口通過管路與散熱器9的進水口相通，散熱器9附近設有冷卻風扇，冷卻風扇得電後，會對著散熱器9吹風，令散熱器9和附近的部件以更快的速度散熱，散熱器9的出水口通過管路與電氣元件冷卻水箱10的進水口相通，電氣元件冷卻水箱10的出水口通過軟管與所述前支撐杆1左端端面上的前換水口相通；

在使用時，啟動循環水泵7，水箱6中的水就會由水箱6的出水口通過管路流出，並經由循環水泵7進入過濾器8對水進行過濾，然後水會流過散熱器9進行散熱，再由散熱器9流過電氣元件冷卻水箱10，由電氣元件冷卻水箱10出來後，再流過後支撐杆2、電磁激勵環3和前支撐杆1內部的冷卻水通道5，然後再回到水箱6中。

所述水箱6上設有用於測量水箱6內水溫的溫度傳感器，溫度傳感器、冷卻風扇和循環水泵7分別與電氣控制裝置相連；在使用時，溫度傳感器可用於測量水箱6內的水溫，循環水泵7可以是變量泵，當水溫較高時，可通過循環水泵7加快水的循環流動。

圖5、圖6、圖7和圖8所示，所述激勵線圈支座包括激勵線圈底座11，激勵線圈底座11右側的頂部沿前後水平方向設有前後位移導軌16，前後位移導軌16上設有前後位移滑板12，前後位移滑板12的中部安裝固定有前後位移絲槓螺母13，前後位移絲槓螺母13旋裝在前後位移絲槓14上，前後位移絲槓14的軸線位於前後水平方向，前後位移絲槓14可轉動地安裝在激勵線圈底座11上，前後位移絲槓14採用步進電機或手動驅動其轉動；在使用時，如果需要沿前後方向調整電磁激勵環3的位置，可通過步進電機或手動驅動前後位移絲槓14轉動，電磁激勵環3即可沿前後方向運動。

如圖5、圖6和圖9所示，所述前後位移滑板12的頂部沿左右水平方向設有左右位移導軌17，左右位移導軌17上設有左右位移滑板18，左右位移滑板18的中部安裝固定有左右位移絲槓螺母19，左右位移絲槓螺母19旋裝在左右位移絲槓20上，左右位移絲槓20的軸線位於前後水平方向，左右位移絲槓20可轉動地安裝在前後位移滑板12上，左右位移絲槓20採用步進電機或手動驅動其轉動；在使用時，如果需要沿左右方向調整電磁激勵環3的位置，可通過步進電機或手動驅動左右位移絲槓20轉動，電磁激勵環3即可沿左右方向運動。

如圖5、圖6、圖7和圖10所示，所述左右位移滑板18頂部的前部設有豎直導向支架22，豎直導向支架22上沿豎直方向設有豎直導向滑道，豎直導向滑道上設有豎直位移滑塊24，豎直位移滑塊24的中部安裝固定有豎直位移絲槓螺母25，豎直位移絲槓螺母25旋裝在豎直位移絲槓26上，豎直位移絲槓26的軸線位於豎直方向，豎直位移絲槓26的上部可轉動地安裝在豎直導向支架22的上部，豎直位移絲槓26採用步進電機或手動驅動其轉動；在使用時，如果需要沿豎直方向調整電磁激勵環3的位置，可通過步進電機或手動驅動豎直位移絲槓26轉動，電磁激勵環3即可沿豎直方向運動。

如圖5、圖6、圖7和圖10所示，所述豎直位移滑塊24的中部沿前後水平方向可轉動地套裝在轉軸29的中部或後部，轉軸29的後端與激勵線圈夾塊底座30安裝相連，轉軸29向前延伸穿過豎直導向支架22，轉軸29的前端設有激勵線圈俯仰轉動手柄31，激勵線圈夾塊底座30上安裝有激勵線圈夾塊32；在使用時，如果需要調整電磁激勵環3所在平面與水平面之間的角度，可通過激勵線圈俯仰轉動手柄31轉動轉軸29、激勵線圈夾塊底座30和激勵線圈夾塊32，電磁激勵環3所在平面與水平面之間的角度就會發生變化。

如圖1所示，所述電磁激勵環3的下方設有臺面可做三維空間運動的三維運動平臺23，三維運動平臺23的周邊附近設有熱像儀28。在使用時，如果需要調整被測工件的三維空間位置，可通過三維運動平臺23讓被測工件做三維空間運動。

作為本發明的進一步改進，上述電磁激勵環3為矩形或圓形或橢圓形或三角形或六邊形。

作為本發明的進一步改進，上述前後位移絲槓14的後端套裝有前後位移絲旋鈕15,左右位移絲槓20的右端套裝有左右位移旋鈕21,豎直位移絲槓26頂端套裝有豎直位移旋鈕27。

作為本發明的進一步改進，如圖3所示，上述電氣控制裝置包括電源變壓器20，電源變壓器20的二次繞組與整流濾波電路21的輸入端相連，整流濾波電路21的輸出端與BTL功率放大器22的輸入端相連，BTL功率放大器22的一個輸出端與所述前支撐杆1相連，BTL功率放大器22的另一個輸出端與所述後支撐杆2相連，BTL功率放大器22輸出電壓為45V、頻率為300kHz—700kHz的高頻交流電；BTL功率放大器22安裝在電氣元件冷卻水箱10的外壁上。

電氣控制裝置主要部分實際是AC-DC-AC功能變換器，主要由電源變壓器20、整流濾波器21、BTL功率放大器22部件組成，其原理如圖3所示。其中，電源變壓器20是將AC 220V 50Hz電源電壓隔離降壓後，形成兩組AC 65V 50Hz交流電；整流濾波器21是將AC 65V交流電壓通過整流及濾波後形成一組+65V直流電壓和一組-65V直流電壓；BTL功率放大器22為具有功率補償和頻率跟蹤功能的正弦波信號，經BTL功率放大器22放大後形成AC 45V 300kHz-700kHz高頻交流電輸出。

本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置在使用時，啟動循環水泵7，水箱6中的水就會由水箱6的出水口通過管路流出，並經由循環水泵7進入過濾器8對水進行過濾，然後水會流過散熱器9進行散熱，再由散熱器9流過電氣元件冷卻水箱10，由電氣元件冷卻水箱10出來後，再流過後支撐杆2、電磁激勵環3和前支撐杆1內部的冷卻水通道5，然後再回到水箱6中。因此，本發明渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置的激勵線圈等部件可藉助循環水的冷卻而實現連續長時間工作，並且可令設備的使用壽命長，故障率低。此外，在使用的過程中，如果需要沿前後方向調整電磁激勵環3的位置，可通過步進電機或手動驅動前後位移絲槓14轉動，電磁激勵環3即可沿前後方向運動。如果需要沿左右方向調整電磁激勵環3的位置，可通過步進電機或手動驅動左右位移絲槓20轉動，電磁激勵環3即可沿左右方向運動。如果需要沿豎直方向調整電磁激勵環3的位置，可通過步進電機或手動驅動豎直位移絲槓26轉動，電磁激勵環3即可沿豎直方向運動。如果需要調整電磁激勵環3所在平面與水平面之間的角度，可通過激勵線圈俯仰轉動手柄31轉動轉軸29、激勵線圈夾塊底座30和激勵線圈夾塊32，電磁激勵環3所在平面與水平面之間的角度就會發生變化。如果需要調整被測工件的三維空間位置，可通過三維運動平臺23讓被測工件做三維空間運動。通過上述對電磁激勵環3、被測工件的位置的調整，可令電磁激勵環3與被測工件之間的相對位置處於理想的狀態，即使被測工件的結構、形狀較為複雜，也可通過分別調整電磁激勵環3和被測工件待測部位的三維空間位置，令二者之間相對距離保持在5mm—15mm之間，進而實現迅速、高效地檢測出結構、形狀較為複雜的工件表面或內部裂紋長度大於0.2mm的裂紋，並對裂紋的位置、形狀予以清晰定位。因此，本發明的渦流脈衝紅外熱成像無損檢測激勵裝置還具有可連續、快速檢測結構較複雜的工件表面或內部缺陷，無損檢測精度高，操作方便、靈活，工作效率高的特點。