亞表面缺陷的磁光渦流成像檢測技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著冶金、材料、加工制造及裝配等行業(yè)技術(shù)的飛速發(fā)展，對檢測精細表面和表層質(zhì)量的要求越來越高，并希望能夠?qū)Ρ砻嫦录毿∪毕葑鞒鰷?zhǔn)確、可靠、實時的自動化檢測，這為傳統(tǒng)的無損檢測帶來了新的挑戰(zhàn)。 光電技術(shù)在非接觸無損中的應(yīng)用為檢測亞表面缺陷提供了一個有效的解決途徑。本文就對一種新的渦流無損檢測技術(shù)——磁光渦流成像檢測技術(shù)(MIO)進行了研究，這種方法既能保留傳統(tǒng)渦流探傷的優(yōu)點，又可實現(xiàn)對亞表面細小缺陷的可視化無損檢測，檢測結(jié)果實

2、時成像，靈敏度高。 磁光渦流成像檢測是電渦流效應(yīng)和法拉第磁光效應(yīng)的綜合應(yīng)用，其基本原理是：以脈沖信號激勵線圈使其在受檢金屬試件中感生出渦流，若試件表層存在缺陷則會改變該渦流的分布，并引起該處的垂直磁場分量發(fā)生變化，相應(yīng)地改變渦流激發(fā)的磁場；磁光傳感器在該磁場的作用下會產(chǎn)生磁光效應(yīng)，使經(jīng)過的激光的偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；包含了缺陷信息的光線經(jīng)偏振分光鏡反射后被CCD接收，就可以對所檢出的缺陷進行實時成像。 文章從深入分析檢測的原

3、理及理論上的可行性入手，著重對光路、磁光傳感器、圖像傳感器、激勵線圈和激勵頻率等各種影響磁光渦流成像的因素進行了系統(tǒng)的研究，并在多次實驗的基礎(chǔ)上合理選擇最佳參數(shù)，對磁光渦流檢測系統(tǒng)進行逐步改進、完善。 系統(tǒng)中采用半導(dǎo)體激光為光源，以激光對被檢測物體的照射取代了傳統(tǒng)的線圈探頭，提高了檢測速度和效率，使檢測結(jié)果可視化。 相對于常規(guī)的渦流檢測采用正弦電流的激勵方式，本檢測裝置采用間歇式脈沖激勵方法，可以顯著提高檢測的深度，并可

4、以提高檢測的分辨率和可靠性，且能有效地避免激勵線圈的過熱現(xiàn)象。 渦流傳感器采用U型放置式激勵線圈，以錳鋅鐵氧體為磁芯，其自身的渦流損耗小，具有增強磁場和聚焦磁場的特性，易于發(fā)現(xiàn)試件表面和表層的裂紋缺陷，利于在較高的頻激勵下充分發(fā)揮激勵線圈的磁光效應(yīng)和電渦流效應(yīng)，保證檢測系統(tǒng)的精度和靈敏度。 在MIO檢測系統(tǒng)中，法拉第磁光晶體是非常關(guān)鍵的一個元件，其磁光性能對于整個系統(tǒng)性能有重要的影響。本文對磁光玻璃與磁光薄膜兩種常用磁光

5、傳感器件的性能、特點進行了綜合分析、比較，根據(jù)試驗本身探測靈敏度高的實際需要，最終選定Bi：YIG石榴石磁光薄膜材料作為磁光傳感器，相對于常見的磁光玻璃，更能有效提高系統(tǒng)的檢測靈敏度。 MIO檢測系統(tǒng)獲得的包含有缺陷信息的光強信號采用圖像傳感器進行接收。本文對CCD與CMOS兩種常用的圖像傳感器了分析、比較，因CCD靈敏度、分辨率較高，噪聲較低等方面的優(yōu)勢，選擇了以CCD為感光芯片的攝像頭拾取來自亞表面缺陷所產(chǎn)生的磁光渦流圖像，

6、以獲得較高的圖像質(zhì)量。 為了充分發(fā)揮傳感器的電渦流效應(yīng)，在利用檢測系統(tǒng)進行檢測時必須合理設(shè)置有關(guān)參數(shù)，即確定傳感器與被測零件的相對大小、間距、線圈匝數(shù)及粗細、以及合理的激勵信號頻率等。由于這些參數(shù)的設(shè)置是與渦流場的分布規(guī)律密切相關(guān)，因此在具體的設(shè)計中，影響傳感器的各種因素包括激勵頻率、被測試件的性質(zhì)(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、缺陷)、激勵線圈的幾何參數(shù)及檢測距離等都是關(guān)鍵的因素。因此我們在實驗中根據(jù)測試的實際情況進行了反復(fù)驗證，力求獲得最

7、佳的檢測結(jié)果。 實驗中，我們通過對各種材料(銅、鋁、鐵)的不同缺陷(表面孔、槽；亞表面孔、槽)進行檢測，驗證了磁光渦流成像檢測系統(tǒng)的可行性。由于獲得的磁光圖像中存在大量的干擾因素，因此，我們采用軟件圖像處理技術(shù)，有效的增強了磁光成像的效果，提高了圖像檢測分辨率和檢測的可靠性。 總之，磁光渦流成像檢測系統(tǒng)是集磁光成像、電路、數(shù)據(jù)采集處理、圖像顯示等為一體的檢測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對亞表面細小缺陷的可視化實時檢測。該技術(shù)具有如下優(yōu)