檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭及系統(tǒng)，檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，由多個渦流探頭組成，所述的多個渦流探頭按橫向和縱向排列成網(wǎng)格狀；相鄰的兩個渦流探頭之間設(shè)有機械彈性結(jié)構(gòu)；在每一個渦流探頭的底端朝向被檢測物表面的一面安裝有激勵線圈及感測器，在激勵線圈及感測器周圍非發(fā)射或接收方向都設(shè)置有屏蔽層；本發(fā)明可以檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的存在，并可根據(jù)信號特征判斷其數(shù)量、方向及長、寬、深度等形狀信息。
【專利說明】檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測的渦流探頭及其檢測系統(tǒng)，特別是涉及檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]一些關(guān)鍵且形狀復(fù)雜的金屬部件，如發(fā)動機葉片、飛機機身等表面或亞表面出現(xiàn)的裂紋或缺陷，可能導(dǎo)致引擎失效或飛機失事。磁粉檢測、滲透檢測、漏磁檢測等各種檢測方法已經(jīng)廣泛用于裂紋與缺陷的檢測并取得較好的效果。為了評估設(shè)備結(jié)構(gòu)安全，要求獲得復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)表面裂紋等缺陷的數(shù)量、位置和形狀等信息。但是滲透檢測等方法對缺陷的識別能力不高，不能獲得用來評估缺陷嚴重程度的裂紋深度等信息。
[0003]渦流檢測是一種使用很廣泛的無損檢測技術(shù)，工作機理遵循電磁感應(yīng)原理，當(dāng)通有交變電流的激勵線圈靠近導(dǎo)體材料時，將在導(dǎo)體材料中產(chǎn)生交變磁場，稱為一次磁場，同時該交變磁場在導(dǎo)體表面感應(yīng)出渦電流。導(dǎo)體中的渦電流也會產(chǎn)生磁場，稱為二次磁場。導(dǎo)體結(jié)構(gòu)表面如果存在裂紋等缺陷，將會引起渦電流的變化，從而使渦電流所產(chǎn)生的二次磁場也發(fā)生變化，導(dǎo)致檢測線圈所感測電信號發(fā)生變化。據(jù)此就可以判斷導(dǎo)體材料表面缺陷的存在及嚴重程度。渦電流檢測具有速度快、對表面缺陷反應(yīng)靈敏等優(yōu)異性能。傳統(tǒng)單線圈探頭只能單點掃查，對較大面積進行全覆蓋的檢測非常費時費力，而且容易漏檢嚴重缺陷。目前要求渦流檢測能夠覆蓋并快速檢測各種形狀復(fù)雜的部件表面，如飛機發(fā)動機的葉片、飛機機身鉚接結(jié)構(gòu)、汽輪機、核電站熱交換管道、汽車發(fā)動機、轉(zhuǎn)子的燕尾槽、齒輪等各種形狀復(fù)雜的機械部件。并且在檢測時，要求探頭與被檢測部件緊密接觸，避免提離變化造成的影響，快速高效完成檢測任務(wù)，因此需要改進渦流檢測技術(shù)來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為了克服上述技術(shù)的不足，提供一種檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭及系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，由多個渦流探頭組成，所述的多個渦流探頭按橫向和縱向排列成網(wǎng)格狀；相鄰的兩個渦流探頭之間設(shè)有機械彈性結(jié)構(gòu)；在每一個渦流探頭的底端朝向被檢測物表面的一面安裝有激勵線圈及感測器，在激勵線圈及感測器周圍非發(fā)射或接收方向都設(shè)置有屏蔽層；
更進一步，所述渦流探頭為長方體形狀；
更進一步，在每個渦流探頭與待檢測物表面平行方向至少設(shè)有橫向及縱向兩個通孔，由機械彈性結(jié)構(gòu)穿過，連接并拉緊或放松所說的多個探頭組件；
更進一步，所述機械彈性結(jié)構(gòu)可以采用金屬或橡膠等材料制成的彈簧狀或線狀彈性
物；
更進一步，所述的機械彈性結(jié)構(gòu)有柔性，在放置到一定形狀待檢測物表面時，渦流探頭間的機械彈性結(jié)構(gòu)能夠在探頭組件重力或囊腔施壓作用下伸縮以適應(yīng)并覆蓋相應(yīng)的形狀待檢測物表面；
更進一步，所述的機械彈性結(jié)構(gòu)也有一定剛性，在放置時，渦流探頭整體能保持自身形狀及完整性；
更進一步，所述的渦流探頭的每一行與列的兩個端頭，各有一個通過吸附到被檢測物表面而固定渦流探頭的裝置；
更進一步，所述的渦流探頭上方設(shè)有一個囊腔裝置，囊腔裝置上方有管道；
更進一步，所述柔性囊腔裝置下表面與每一個渦流探頭上表面連接；
更進一步，所述感測器可以是線圈、漏磁傳感器、霍爾傳感器、巨磁阻傳感器；
更進一步，所述每個渦流探頭朝向被檢測物的表面有一層耐磨層起到保護探頭作用；更進一步，檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的系統(tǒng)，包括一個能夠適應(yīng)于被檢測部件表面三維形狀的柔性渦流探頭陣列、一個控制渦流探頭掃描運動并采集感測器的檢測數(shù)據(jù)并送入信號處理器的控制器、一個分析缺陷信號并以圖形或圖像的形式顯示的處理器。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可以檢測各種大小不一、形狀復(fù)雜的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面是否有缺陷，渦流探頭通過一次移動掃查可以檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面一定區(qū)域內(nèi)多個缺陷的存在，并可根據(jù)信號特征判斷其數(shù)量、方向及長、寬、深度等形狀信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的仰視圖；
圖3為從圖2所標(biāo)示1B-1B方向看過去的本發(fā)明剖面圖；
圖4為渦流探頭之間通過機械彈性結(jié)構(gòu)相互連接的示意圖；
圖5為本發(fā)明應(yīng)用于圓柱面缺陷檢測的示意圖；
圖6為本發(fā)明應(yīng)用于凸面缺陷檢測的剖面圖；
圖7為本發(fā)明應(yīng)用于凹面缺陷檢測的剖面示意圖；
圖8為本發(fā)明應(yīng)用于凹槽缺陷檢測的剖面示意圖；
圖9為本發(fā)明應(yīng)用于球形部件外表面缺陷檢測的示意圖；
圖10為本發(fā)明應(yīng)用于圓錐形物體外表面缺陷檢測的示意圖；
圖11為本發(fā)明應(yīng)用于棱錐形物體外表面缺陷檢測的示意圖；
圖12為本發(fā)明的檢測系統(tǒng)示意圖。
【具體實施方式】
[0008]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
[0009]如圖1所示，檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，由多個渦流探頭(101)組成，渦流探頭(101)為長方體形狀，渦流探頭(101)按橫向與縱向排列組成渦流探頭陣列
(100)，每個渦流探頭(101)的橫向和縱向設(shè)有通孔(102)，渦流探頭(101)的橫向與縱向之間由機械彈性結(jié)構(gòu)(103)通過通孔(102)將各個渦流探頭(101)相互連接，在檢測不同形狀部件時可以根據(jù)需要在機械彈性結(jié)構(gòu)(103)端頭通過收縮裝置(110)使其收緊或放松，機械彈性結(jié)構(gòu)(103)可以采用彈性線或圖4所示的彈簧組件(109)等具有伸縮性的彈性元件連接，在渦流探頭(101)與機械彈性結(jié)構(gòu)(103)固定連接部位，有可以容納機械彈性結(jié)構(gòu)(103)收縮存放的通孔(102)，渦流探頭(101)之間可以采用不同機械彈性結(jié)構(gòu)(103)進行連接，其目的都是為了在實際檢測時，使渦流探頭(101)四周相互之間減少間隙，降低未被渦流探頭(101)覆蓋的區(qū)域面積，且使每個渦流探頭(101)與被檢測物的結(jié)構(gòu)表面相垂直。每個渦流探頭(101)下方設(shè)有激勵線圈(104)與感測器(105)，感測器(105)可采用線圈、漏磁傳感器、霍爾傳感器、巨磁阻傳感器，除了發(fā)射面或接收面，其他各面都被屏蔽結(jié)構(gòu)(108)所屏蔽，以降低干擾信號對渦流探頭(101)的影響。渦流探頭陣列(100)上方設(shè)有柔性囊腔(106)與渦流探頭(101)連接，柔性囊腔(106)可以通過管道(107)注入液體或氣體達到增加壓力，使渦流探頭陣列(100)與被檢測結(jié)構(gòu)表面相垂直且緊密接觸、減少提離的效果。渦流探頭陣列(100)每行或每列的兩端都有固定與運動裝置(111)，可固定渦流探頭(101)并在掃查時移動渦流探頭陣列(100)。
[0010]如圖5、6所示，為本發(fā)明對凸面結(jié)構(gòu)缺陷檢測的示意圖和剖面圖，圖5是渦流探頭陣列(100)檢測一個1/4圓柱體工件(202)表面，圖6是渦流探頭陣列(100)檢測一個半圓柱工件(203)表面的剖面圖。圖5中渦流探頭(101)放置于1/4圓柱工件(202)表面，渦流探頭(101)按橫向、縱向分別沿圓柱(202)的圓周向和軸向放置，通過收縮裝置(110)收緊穿過通孔(102)的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)，可以使每個渦流探頭(101)與圓柱(202)表面相垂直，使渦流探頭(101)下端緊密接觸被測工件(202)，而渦流探頭(101)上方由于圓柱體工件(202)的彎曲度而相互之間呈現(xiàn)一定的角度。在上方柔性囊腔(圖中未畫出)與固定和運動裝置(111)施壓作用下，可以使每個渦流探頭(101)與圓柱體工件(202)表面緊密接觸，減少提離干擾。
[0011]圖7是本發(fā)明對橫截面為半圓形的凹面工件(302)進行缺陷檢測的示意圖，渦流探頭(101)放置于凹面工件(302)內(nèi)表面，渦流探頭(101)按橫向、縱向分別沿凹面工件(302)圓周向和軸向放置，通過收縮裝置(110)收緊穿過通孔(102)的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)，可以使每個渦流探頭(101)與凹面工件(302)相垂直，渦流探頭(101)上端緊密接觸，而渦流探頭(101)下方由于凹面工件(302)的彎曲度而呈現(xiàn)一定的分離。進一步減小渦流探頭
(101)的尺寸，可以使渦流探頭(101)下端的間隙降低。在上方柔性囊腔(圖中未畫出)與固定和運動裝置(111)所施加壓力作用下，可以使渦流探頭(101)與凹面工件(302)緊密接觸，減少提離干擾。
[0012]圖8是本發(fā)明對凹槽型工件(401)進行缺陷檢測的示意圖；該凹槽型工件(401)內(nèi)部呈圓柱形，有一個較小的開口，一般的探頭難以深入其內(nèi)部進行檢測。應(yīng)用本發(fā)明，利用渦流探頭(101)之間的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)可伸縮的特性，將渦流探頭(101)從凹槽型工件(401)開口放入，放置于凹槽型工件(401)內(nèi)表面，渦流探頭陣列(100)按橫向、縱向分別沿凹槽型工件(401)圓周向和軸向放置，通過收縮裝置(110)收緊穿過通孔(102)的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)，可以使每個渦流探頭(101)與凹槽型工件(401)內(nèi)表面相垂直，渦流探頭(101)上端與凹槽型工件(401)內(nèi)表面緊密接觸，而渦流探頭(101)下方由于凹槽型工件(401)的彎曲度而呈現(xiàn)一定的分離。如進一步減小渦流探頭(101)的尺寸，可以使渦流探頭(101)間與被檢測凹槽型工件(401)表面接觸端的間距降低。在上方柔性囊腔(403)與固定和運動裝置(111)作用下，可以使渦流探頭(101)與凹槽型工件(401)緊密接觸，減少提離干擾。[0013]圖9是本發(fā)明對球形工件(502 )外表面進行缺陷檢測的示意圖；該球形工件(502 )呈圓球形，其特點是表面沒有平面存在。傳統(tǒng)陣列探頭較難檢測這種球形工件，只能在一個位置點單獨檢測，費時費力，且容易造成漏檢。本發(fā)明可以對球面進行較大面積覆蓋檢測，渦流探頭(101)放置在球形工件(502 )表面，通過收縮裝置(110)收緊穿過通孔(102 )的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)，可以使每個渦流探頭(101)與球形工件(502)相垂直，渦流探頭(101)上端雖然間距較大，但渦流探頭(101)下方相互緊密排列且各自始終垂直球形工件(502)。在上方柔性囊腔(圖中未畫出)與固定和運動裝置(111)作用下，可以進一步減少提離干擾，使渦流探頭(101)與球形工件(502)緊密接觸。
[0014]圖10是本發(fā)明對圓錐型物體(602)外表面進行缺陷檢測的示意圖；該圓錐型物體(602)呈圓錐形，其特點是橫截面積是圓且大小是變化的。傳統(tǒng)陣列探頭較難檢測這種變截面的工件表面，只能單點檢測，費時費力，容易造成漏檢。本發(fā)明渦流探頭(601)可以對圓錐型物體(602 )進行較大面積覆蓋檢測，渦流探頭(101)縱向沿圓錐型物體(602 )母線方向放置，通過收縮裝置(110)收緊穿過通孔(102)的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)，可以使每個渦流探頭(101)與圓錐型物體(602)相垂直，往圓錐橫截面積增大方向，渦流探頭(101)上端間距加大，但渦流探頭(101)下方始終緊密排列且垂直圓錐型物體(602)。在上方柔性囊腔(圖中未畫出)與固定和運動裝置(111)作用下也可以使渦流探頭(101)與圓錐型物體(602)緊密接觸，減少提離干擾。
[0015]圖11是本發(fā)明對棱錐型物體(702)外表面缺陷檢測的示意圖；該棱錐型物體(702)呈棱錐形，其特點是橫截面積是四邊形且大小是變化的。傳統(tǒng)陣列探頭較難檢測這種形狀的工件，只能每個面分別檢測，費時費力，且容易對棱邊缺陷漏檢。本發(fā)明可以對棱錐型物體(702)任一棱邊的相鄰兩個面同時進行檢測，渦流探頭陣列(100)縱向沿棱柱棱邊放置，棱邊兩邊各留取相同數(shù)量的渦流探頭(101)，通過收縮裝置(110)收緊穿過通孔
(102)的機械彈性結(jié)構(gòu)(103)，可以使每個渦流探頭(101)與棱錐型物體(702)相垂直，隨著棱錐型物體(702)橫截面增大，棱邊兩側(cè)相鄰渦流探頭(101)上端間距加大，但渦流探頭
(101)下方始終緊貼棱邊，且與棱錐型物體(702)相垂直。在上方柔性囊腔(圖中未畫出)與固定和運動裝置(111)作用下，還可以進一步使渦流探頭(101)與棱錐型物體(702 )緊密接觸，減少提離干擾。
[0016]如圖12所示，本發(fā)明中，渦流探頭陣列和一個控制渦流探頭掃描運動并采集感測器的檢測數(shù)據(jù)并送入信號處理器的控制器、一個分析缺陷信號并以圖形或圖像的形式顯示的處理器連接，渦流探頭通過一次移動掃查可以檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面一定區(qū)域內(nèi)多個缺陷的存在，并可根據(jù)信號特征判斷其數(shù)量、方向及長、寬、深度等形狀信息。
[0017]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【權(quán)利要求】
1.檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，由多個渦流探頭組成，其特征在于:所述的多個渦流探頭按橫向和縱向排列成網(wǎng)格狀；相鄰的兩個渦流探頭之間設(shè)有機械彈性結(jié)構(gòu)；在每一個渦流探頭的底端朝向被檢測物表面的一面安裝有激勵線圈及感測器，在激勵線圈及感測器周圍非發(fā)射或接收方向都設(shè)置有屏蔽層。
2.如權(quán)利要求1所述的檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，其特征在于:在每個渦流探頭與待檢測物表面平行方向至少設(shè)有橫向及縱向兩個通孔，由機械彈性結(jié)構(gòu)穿過，連接并拉緊或放松所說的多個探頭組件。
3.如權(quán)利要求1或2所述的檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，其特征在于:所述的機械彈性結(jié)構(gòu)采用金屬或橡膠等材料制成的彈簧狀或線狀彈性物。
4.如權(quán)利要求1或2或3所述的檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，其特征在于:所述的機械彈性結(jié)構(gòu)有柔性，在放置到一定形狀待檢測物表面時，渦流探頭間的機械彈性結(jié)構(gòu)能夠在渦流探頭重力或囊腔施壓作用下伸縮以適應(yīng)并覆蓋相應(yīng)的形狀待檢測物表面；所述的機械彈性結(jié)構(gòu)也有一定剛性，在放置時，渦流探頭整體能保持自身形狀及完整性。
5.如權(quán)利要求1所述的檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，其特征在于:所述的渦流探頭的每一行與列的兩個端頭，各有一個通過吸附到被檢測物表面而固定渦流探頭的裝置。
6.如權(quán)利要求1或2或4所述的檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，其特征在于:所述的渦流探頭上方設(shè)有一個囊腔裝置，囊腔裝置上方有管道。
7.如權(quán)利要求1或2或4或6所述的檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的渦流陣列探頭，其特征在于:每個渦流探頭朝向被檢測物的表面有一層耐磨層起到保護探頭作用。
8.檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括:一個能夠適應(yīng)于被檢測部件表面三維形狀的柔性陣列渦流探頭；一個控制陣列渦流探頭掃描運動并采集感測器的檢測數(shù)據(jù)并送入信號處理器的控制器；一個分析缺陷信號并以圖形或圖像的形式顯示的處理器。
【文檔編號】G01N27/90GK103487502SQ201310446770
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】張思全, 劉雨, 尹暢, 齊川 申請人:上海海事大學(xué)