一種磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)及檢測方法。所述系統(tǒng)包括熱源、紅外熱像傳感器、數(shù)字圖像采卡、計算機；熱源用于加熱磁瓦；紅外熱像傳感器用于對采集加熱后的磁瓦的紅外熱像圖像；計算機用于對磁瓦的紅外熱像圖像進行處理，并對磁瓦缺陷進行分析。本發(fā)明解決了人工檢測存在的效率低、勞動強度大、易漏檢等問題，易于實現(xiàn)磁瓦缺陷檢測自動化，且易于在線應用；適當?shù)耐獠考訜?，利用磁瓦缺陷對熱流傳導阻力和比表面積的不同從而最終導致磁瓦表面溫度分布的異常與否進行缺陷檢測與識別，既能檢測磁瓦的表面缺陷又能檢測磁瓦的內(nèi)部缺陷；采用了基本不受光照條件限制的紅外熱像技術，抗環(huán)境干擾能力更強。
【專利說明】一種磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)及檢測方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于紅外【技術領域】，尤其涉及一種磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)及檢測方法。

【背景技術】
[0002]磁性材料主要是指由過渡元素鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)及其合金等組成的能夠直接或間接產(chǎn)生磁性的物質(zhì)。磁瓦是永磁體中一種主要用于永磁電機定子上的瓦狀磁鐵。根據(jù)原材料主要分為鐵氧體磁瓦、釹鐵硼磁瓦、鋁鎳鈷磁瓦。
[0003]電機磁瓦作為一種主要的新型功能材料，隨著電子工業(yè)和汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，磁瓦的需求量快速增長，我國因此成為了磁性材料的第一生產(chǎn)大國，而相關產(chǎn)品性能要求的不斷提高對磁瓦性能的要求也越來越高。磁瓦的主要生產(chǎn)工序包括原料制備、球磨、成型、燒結(jié)、磨加工、清洗、質(zhì)檢和包裝等。在磁瓦的生產(chǎn)過程中，受加工技術、材料、控制技術和不確定性等因素的制約，磁瓦內(nèi)外表面或內(nèi)部不可避免地易產(chǎn)生裂紋、起級、夾層、崩裂、潰爛或孔洞等缺陷，磁瓦生產(chǎn)的成品率一般在95% - 97%。
[0004]缺陷檢測是磁瓦生產(chǎn)過程中品質(zhì)檢驗的主要內(nèi)容,直接影響到磁瓦的內(nèi)在和外在品質(zhì)，決定著電機及相關產(chǎn)品的使用性能。然而，在目前磁瓦生產(chǎn)工藝流程中，磁瓦缺陷檢測均為人工目視檢驗，存在勞動強度大，檢測效率低，容易漏檢，影響身體健康；特別是微小裂紋與淺表劃痕難于區(qū)別，誤檢率高，質(zhì)量控制受到人為影響因素較大等缺點，這在一定程度上制約了磁瓦性能的提高。隨著市場對高性能電機磁瓦需求的快速增長，急需加強對缺陷的在線快速檢測與動態(tài)分析進行研究。
[0005]文獻研究表明，國內(nèi)外學者已在磁瓦生產(chǎn)工藝及配方和成型方面取得了大量的研究成果，無損檢測檢測與診斷技術在人體、金屬材料、機器設備、集成電路等領域已有廣泛的發(fā)展，主要的無損檢測技術包括超聲檢測、X射線檢測、激光全息檢測、機器視覺等方法，部分應用領域甚至實現(xiàn)了在線自動檢測。然而，由于磁瓦種類及缺陷的多樣性和復雜性、磁瓦生產(chǎn)過程的動態(tài)特性、環(huán)境安全要求以及價格等因素影響，超聲、射線等常用于金屬材料產(chǎn)品的無損檢測方法并不適合于電機磁瓦的缺陷檢測，相關研究也較少，磁瓦缺陷自動檢測技術的發(fā)展緩慢。
[0006]借助于人工目測缺陷檢測原理，鄭曉曦、殷國富等人提出采用白光光源，結(jié)合普通數(shù)字成像的機器視覺技術進行磁瓦缺陷檢測，機器視覺技術與人工檢測相比，不會產(chǎn)生人眼視覺疲勞，有著比人眼更高的精度和速度，是缺陷和質(zhì)量在線快速自動檢測的發(fā)展方向。然而，現(xiàn)有技術的缺陷檢測和識別效果易受光照條件的影響，且只能檢測材料的表面缺陷，而內(nèi)部缺陷檢測還是一個盲區(qū)?；跈C器視覺技術的磁瓦缺陷檢測存在的局限性，是阻礙磁瓦制造企業(yè)品質(zhì)檢驗真正實現(xiàn)自動化的一大障礙。
[0007]根據(jù)熱輻射理論，絕對溫度零度以上的物體，是有能量輻射的。也即，對于常溫下的任何物體，不論其溫度高低都會發(fā)射或吸收熱輻射，其大小除與物體材料種類、形貌特征、物理化學結(jié)構(gòu)特征等因素有關外，還與波長、溫度有關。利用物體的這種輻射特性可直接測量物體表面溫度場，它能直接觀察到人眼在可見光范圍內(nèi)無法觀察到的物體外形輪廓或表面熱分布。在一定的條件下，物體表面的溫度場分布情況可以反映出物體表面及內(nèi)部狀態(tài)。與傳統(tǒng)檢測方法相比，它具有非接觸測量、靈敏度高、反應速度快、使用安全、信號處理速度快、環(huán)境抗干擾能力強、易實現(xiàn)自動檢測等優(yōu)點。要實現(xiàn)磁瓦缺陷的無損檢測，關鍵是使磁瓦表面及內(nèi)部缺陷通過一定的方式轉(zhuǎn)換成磁瓦表面溫度場的局部不均勻分布，尚未有相關研究報道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)，包括熱源、紅外熱像傳感器、數(shù)字圖像采卡、計算機；
熱源用于加熱磁瓦；
紅外熱像傳感器用于對采集加熱后的磁瓦的紅外熱像圖像；
計算機用于對磁瓦的紅外熱像圖像進行處理，并對磁瓦缺陷進行分析。
[0009]進一步的，所述熱源為熱風機。
[0010]進一步的，所述熱源對磁瓦的加熱溫度高于環(huán)境溫度30°C以上。
[0011]上述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，包含下列步驟: 步驟一:熱源加熱磁瓦，加熱溫度高于環(huán)境溫度30°C以上；
步驟二:紅外熱像傳感器采集磁瓦表面紅外熱像圖像，并傳輸給計算機；
步驟三:計算機分析磁瓦缺陷。
[0012]進一步的，，步驟一中磁瓦被加熱面及其背面溫度相差至少在10°C以上。
[0013]進一步的，步驟二中，磁瓦加熱后，在常溫下保持約5~20秒鐘后紅外熱像傳感器再采集磁瓦表面紅外熱像圖像。
[0014]進一步的，步驟二中，磁瓦加熱后，在常溫下保持約5~10秒鐘后紅外熱像傳感器再采集磁瓦表面紅外熱像圖像。
[0015]進一步的，步驟三中，計算機利用數(shù)字圖像技術，通過對紅外熱像圖像進行濾波增強、二值化及邊緣提取、缺陷識別對磁瓦缺陷進行分析。
[0016]進一步的，在步驟一之前對磁瓦進行預處理，所述預處理包括清潔待檢測磁瓦表面，并進行溫度平衡，待磁瓦表面溫度均勻穩(wěn)定后再加熱。
[0017]本發(fā)明取得的有益效果是:
(I)解決了人工檢測存在的效率低、勞動強度大、易漏檢等問題，易于實現(xiàn)磁瓦缺陷檢測自動化，且易于在線應用。
[0018](2)適當?shù)耐獠考訜幔么磐呷毕輰崃鱾鲗ё枇捅缺砻娣e的不同從而最終導致磁瓦表面溫度分布的異常與否進行缺陷檢測與識別，既能檢測磁瓦的表面缺陷又能檢測磁瓦的內(nèi)部缺陷。
[0019]( 3 )采用了基本不受光照條件限制的紅外熱像技術，抗環(huán)境干擾能力更強。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述系統(tǒng)的原理圖。
[0021]圖2為本發(fā)明所述檢測方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明的目的是利用紅外像原理、適當?shù)募虞d工藝、數(shù)字圖像技術，解決人工檢測存在的效率低、勞動強度大、易漏檢以及現(xiàn)有技術無法同時檢測表面及內(nèi)部缺陷、易受環(huán)境影響等問題。
[0023]本發(fā)明所述檢測系統(tǒng)包括熱源、紅外熱像傳感器、數(shù)字圖像采卡以及計算機，檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0024]所述熱源用于加熱磁瓦。
[0025]紅外熱像傳感器用于檢測加熱后的磁瓦的溫度場；
數(shù)字圖像采卡用于磁瓦的紅外圖像采集；
計算機用于進行紅外圖像處理及磁瓦缺陷分析。
[0026]本系統(tǒng)的工作原理為:
采用主動式紅外檢測，通過對被測磁瓦加熱注入熱量，使其失去熱平衡，停止外部熱源注入后，在導熱的過程中對磁瓦進行紅外熱像溫度場檢測，以采集磁瓦表面的溫度分布。若磁瓦表面及內(nèi)部存在缺陷，停止熱量注入后，熱流一方面通過環(huán)境空氣進行傳遞，另一方面由磁瓦表面通過磁瓦內(nèi)部進行傳遞，由于合格磁瓦表面光滑、內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密均勻，在外部注熱后熱量向外和向內(nèi)傳遞都是均勻的，因此磁瓦表面呈現(xiàn)出來的溫度場也是基本均勻的；如果磁瓦存在表面和/或內(nèi)部缺陷，由于缺陷處的散熱和導熱性能與非缺陷處不同，其中表面潰爛等缺陷由于散熱比表面積大會導致熱量耗散速度較快，裂紋等缺陷處的熱量耗散速度較慢，磁瓦內(nèi)部孔洞、裂縫等缺陷的存在會導致熱阻增大從而在一定時間會產(chǎn)生熱量堆積，綜合表明，停止外部熱流注入后，在磁瓦表面缺陷位置會產(chǎn)生熱分布的異常，而這種異常通過磁瓦表面溫度場反映出來，存在明顯的溫度分布異常的則表明該磁瓦存在缺陷，否則為無缺陷磁瓦，通過紅外熱像傳感器采集到該溫度場后利用數(shù)字圖像技術即可進行缺陷的自動分析。本系統(tǒng)不但可以檢測磁瓦表面缺陷而且可以檢測磁瓦的內(nèi)部缺陷。
[0027]下面對本系統(tǒng)的工作方法進行詳細說；實現(xiàn)步驟如下:
步驟一:磁瓦預處理。所述預處理包括清潔待檢測磁瓦表面，并進行溫度平衡，待表面溫度均勻穩(wěn)定后進入下一步。磁瓦生產(chǎn)過程本身就有清洗干燥過程，故預處理在磁瓦生產(chǎn)線上無需特殊設置。
[0028]步驟二:外部熱源加熱。優(yōu)選使用用均勻穩(wěn)定的熱風機作為熱源，熱風溫度控制在高于環(huán)境溫度30°C以上，以便于快速加熱并形成必要的溫差，然后對待檢測磁瓦表面進行快速加熱，加熱時間隨不同的加熱溫度不同，磁瓦被加熱面及其背面溫度相差至少在10°C以上。其原因在于，本發(fā)明是利用缺陷處與非缺陷處的散熱和導熱性能差異，引起磁瓦表面溫度場分布的差異，進而被紅外熱像傳感器采集到并送入計算機，而產(chǎn)生的溫度場分布差異的大小與磁瓦被加熱面及其背面的溫差有關，溫度差太小，則導熱效果和由此而引起的缺陷分辨效果均較差。
[0029]步驟三:磁瓦表面紅外熱像圖像采集。磁瓦加熱后，在常溫下保持約5~10秒鐘(不超過20秒鐘)目的是獲得磁瓦表面有明顯的溫度分布差異，時間太長則由于與環(huán)境之間的熱交換會導致磁瓦溫度分布達到平衡，從而檢測不出缺陷；若時間太短，因熱傳導需要時間，熱流向內(nèi)部傳遞還未進行，內(nèi)部缺陷對磁瓦溫度場的影響也未能明顯反映出來。利用計算機進行紅外圖像采集，將磁瓦表面的溫度場分布情況以紅外圖像的形式采集到計算機，供后續(xù)缺陷分析使用。
[0030]步驟四:磁瓦缺陷分析。計算機從兩方面對磁瓦進行缺陷分析:1.人工輔助分析。直接對磁瓦紅外熱像圖通過溫度場的分布情況即可得出結(jié)論，;2.利用數(shù)字圖像技術，通過對圖像進行濾波增強、二值化及邊緣提取、缺陷識別等步驟即可得出結(jié)論，二值化及邊緣提取后的圖像可以清楚的看到缺陷部分。
[0031]本發(fā)明取得的有益效果是:
(I)解決了人工檢測存在的效率低、勞動強度大、易漏檢等問題，易于實現(xiàn)磁瓦缺陷檢測自動化，且易于在線應用。
[0032](2)適當?shù)耐獠考訜?，利用磁瓦缺陷對熱流傳導阻力和比表面積的不同從而最終導致磁瓦表面溫度分布的異常與否進行缺陷檢測與識別，既能檢測磁瓦的表面缺陷又能檢測磁瓦的內(nèi)部缺陷。
[0033](3)采用了基本不受光照條件限制的紅外熱像技術，抗環(huán)境干擾能力更強。
【權利要求】
1.一種磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括熱源、紅外熱像傳感器、數(shù)字圖像采卡、計算機； 熱源用于加熱磁瓦； 紅外熱像傳感器用于對采集加熱后的磁瓦的紅外熱像圖像； 計算機用于對磁瓦的紅外熱像圖像進行處理，并對磁瓦缺陷進行分析。
2.如權利要求1所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源為熱風機。
3.如權利要求1所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源對磁瓦的加熱溫度高于環(huán)境溫度30°C以上。
4.如權利要求書1~3中任一項所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，包含下列步驟: 步驟一:熱源加熱磁瓦，加熱溫度高于環(huán)境溫度30°C以上； 步驟二:紅外熱像傳感器采集磁瓦表面紅外熱像圖像，并傳輸給計算機； 步驟三:計算機分析磁瓦缺陷。
5.如權利要求書4所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，步驟一中磁瓦被加熱面及其背面溫度相差至少在10°c以上。
6.如權利要求書4或5所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，步驟二中，磁瓦加熱后，在常溫下保持約5~20秒鐘后紅外熱像傳感器再采集磁瓦表面紅外熱像圖像。
7.如權利要求書6所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，步驟二中，磁瓦加熱后，在常溫下保持約5~10秒鐘后紅外熱像傳感器再采集磁瓦表面紅外熱像圖像。
8.如權利要求書4所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，步驟三中，計算機利用數(shù)字圖像技術，通過對紅外熱像圖像進行濾波增強、二值化及邊緣提取、缺陷識別對磁瓦缺陷進行分析。
9.如權利要求書4所述的磁瓦缺陷的紅外熱像檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，在步驟一之前對磁瓦進行預處理，所述預處理包括清潔待檢測磁瓦表面，并進行溫度平衡，待磁瓦表面溫度均勻穩(wěn)定后再加熱。
【文檔編號】G06T7/00GK104458765SQ201410800824
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權日:2014年12月22日
【發(fā)明者】李俊 申請人:四川理工學院