使用染料进行表面无损检测的方法和装置

摘要

本发明涉及可能有裂纹的表面状态的无损检测方法,该方法基于对涂在表面上和裂纹中的染料在入射激励光束的作用下发出的光波的观测,所述入射激励光束的波长适于所述染料。本发明的特征在于,利用染料随厚度不同而发出的直线偏振光波相对入射偏振光波的旋转,来从观察结果中消掉表面残留染料导致的光斑。在附图中,标号(1)是一个激光器,标号(2)是一个观察摄像机,标号(3)是一个偏振光检偏器。本发明应用于染料渗透探测和磁粉探测。

说明书

本发明涉及用渗透的染料对一个表面的状态进行无损检测的技术，例如尤其是染料渗透技术和磁粉探伤技术。

染料渗透无损检测法尤其应用于对表面上可能存在的裂纹的检测，它包括在允许染料渗入到要检测的缺陷中的条件下将染料涂于要检测的表面上，然后用入射光线照射所述表面，观察存在于所述裂纹中和残留于所述表面上的染料发出的光线。

例如，用水银灯或者氖管发出的光束照射所述表面，它们发出的光线能够激励所述染料，使其发出可见光波段的单色光。所述单色光例如可用光敏装置观察到。在所述光敏装置上可连接有形成数字图像的装置。一个图像处理装置再对所述数字图像进行处理。

所述可见光的颜色取决于所用的染料。例如，如果染料是盐基桃红6G，就是桔黄色可见光。

在例如文献FR2711426中，就公开了这样的技术。

问题在于对观测的优化，尤其是要优化对裂纹的观测。由于可以同时观察到留在表面上的染料残余痕迹的图像，对裂纹的观测会受到干扰。

人们已提出通过对所述数字图像进行处理而实现所述优化，例如象前文所引用的公开文献中描述的那样。

另一个问题是裂纹深度的测定。

公开文献FR2736152描述了一种用染料渗透法确定缺陷尺寸的方法和装置。

事实上，这两个公开文献可以让人了解到为优化图像、判定裂纹尺度而研究的方法和装置的难度，以及因此而导致的复杂性。

本发明的目的是提出一种非常简单的方法和装置，可以优化所述图像，判定所述裂纹的深度。

本发明基于这样的事实：当染料受一种直线偏振光波激励时，在表面区或者在裂纹中的染料发出的直线偏振光波与所述入射直线偏振光波形成一个角度，该角度是该区域或者相关裂纹中的染料厚度的函数。

本发明利用入射直线偏振光波和染料发出的直线偏振光波之间的角偏移，从观测结果中消除了表面残留染料的区域，而只留下染料渗入裂纹中的区域。这利用了下述事实：与表面残留染料的光波相对应的角偏移以及与裂纹中的染料相对应的角偏移是不同的，并且，表面残留染料的厚度总是小于裂纹中染料的厚度。

根据本发明的另一方面，还利用对应于不同裂纹的角偏移来确定裂纹的深度。

因此，实现本发明的一种装置主要包括：产生直线偏振入射光波的装置，其光波波长的选择可激励所述染料；将所述入射光波向待检测表面引导的传导装置；观测表面和裂纹的染料发出的直线偏振光波的观测装置；以及置于所述发出光波的光路上、介于所述表面和所述观测装置之间的装置，用来根据所述直线偏振入射光波和所述染料发出的直线偏振光波之间的角偏移，来选择所述发出的光波。

为了用直线偏振光波照射待检测表面，可以使用连接有一个偏振器的非偏振光源，或者最好使用本身就发偏振光的光源。

这种情况尤其是使用激光器，激光器发射的是边缘平行的直线偏振光波。

激光器另外的优点是发出的光完全是单色光，非常细的光束具有很大的相干长度。

为了选择通过染料发出的直线偏振光波，在所述光波的光路上放置一个或多个偏振光检偏器。

下面参照附图描述本发明的实施例，附图中：

-图1是根据本发明的用于观测表面裂纹的染料渗透技术的一种装置的第一种实施例的示意图；

-图2是一种同时观测一个能够转动并沿X、Y、Z轴平动的工件的两个相对表面的染料渗透技术的第二种实施例的示意图；

-图3是一种同时观测一个板的两个相对表面的染料渗透技术的第三种实施例的示意图，该实施例包括一组受控摆动反射镜，用以实现用入射光束对所述两个表面的扫描；

-图4是用来检查孔或穴的染料渗透技术的第四种实施例的示意图；

-图5是用于棒材磁粉探伤的第五种实施例的示意图。

附图中所示的实现本发明的装置主要包括：

-一个激光器1，

-将所述激光器的光束传导到待检测表面或者校准表面S的装置T，

-一个具有摄远镜头的观测摄像机2，其镜头上装有一个检偏器3。

所述激光器1最好是发射偏振紫外光线的激光器，光线集中于适合所用染料的波长，例如330纳米。

所述传导装置T可以是各种各样的：

-在图1的实施例中，激光器1的光束由光纤4传导到待检测表面5，

-在图2的实施例中，在激光器1的出光口放置一个分光板5，用来将激光束分割为两个分光束6、9，其中一个分光束6由光纤或其它装置传导到待检测工件8的一个表面7上，另一个分光束9由光纤或其它装置传导到所述工件8的与上述表面7相对的表面10上，

-在图3所示的实施例中，和在图2中一样，在激光器1的出光口放置了一个分光板5，用来将激光束分割为两个分光束6、9，以便分别照射一块板8的两个表面7、10。在本实施例中，该装置具有两组反射镜M和MM，用来将两个分光束传导到所述表面7、10，

-在图4所示的实施例中，激光器1的光束由光纤4传导到一个内窥镜11，以允许光束进入难以到达的地方，例如用来照射孔或穴的内表面，

-在图5所示的实施例中，在棒材的情况下，激光器1的光束穿过一个板12，由光纤14传导到待检测表面。

这些实施例不排除其它的传导装置。

由于入射激光束比水银灯或者氖管的光束窄得多，本发明提供了一些装置，或者通过移动光束，或者通过移动待检测长面，使所述光束扫描所述表面。

在图2所示的实施例中，待检测工件8放置在一个可自转的工作台15上，该工作台还可以沿一个轴X平动，并可以沿着一个平行于工件旋转轴的轴Z上升及下降。

在图3所示的实施例中，激光的两个分光束的反射镜包括固定反射镜M1、M2，和可在计算机控制下摆动、以使所述光束扫描待检测表面的反射镜MM1、MM2、MM3、MM4。

在图4所示的实施例中，所述内窥镜包括一个能够进行自转R的支承件16，一个沿旋转轴Z的可伸缩波导管17以及一个能够沿X、Y轴运动的端部棱镜18，而具有待检测的孔19的工件P放置在一个旋转工作台20上。图中的虚线21表示所述端部棱镜18能够降入所述孔19中。

在图5所示的实施例中，被观测的工件13是一个可以自转的棒材、光纤导管14的端部装在一个滑架22上，该滑架可以平行于所述棒材移动。

如果要同时观测两个表面，就需要两套观测摄像机2及其偏振光检偏器3，如同在图2和图3中所示的那样。

由于需要使入射光通过同时使出射光偏转，使用了分光板(图3和图5)。

在图4所示的实施例中，由于使用了光纤耦合器23，激光器1的入射光束向工件P的传导及受激染料发出的光线向摄像机2的传导利用了同一束光纤4。

上述情况之所以成为可能，是因为所使用的摄像机对紫外光不敏感。

为了校准所述装置，众所周知，可以使用已经用染料渗透法或者磁粉探伤法检测过的具有已知深度裂纹的标准块。

没有检偏器3时，或者在根据激光器1的极性调节检偏器时，所观测到的图像显示出由于标准块表面残留染料造成的同一个波长的光斑中淹没的标准块裂纹的存在。

根据本发明，通过旋转所述检偏器，可以看到，所述干扰光斑逐渐消失，使得对于检偏器的一定的旋转，只透过标定裂纹的图像。

继续旋转检偏器，裂纹图像将按照深度递增的顺序依次消失，这样就可以形成一条检偏器旋转角度与裂纹深度的标定曲线，然后就可以利用该曲线测定待检测表面的裂纹深度。

最好使用双检偏器，也就是说检偏器包括两个相继的检偏器3a、3b，其中一个3a在前，用来消除干扰光斑，另一个3b在后，用来测定裂纹深度。

这两个检偏器例如安装在同一个台架上，一起旋转，直到消掉干扰光斑，然后，其中一个旋转，来测定裂纹的深度。

每个检偏器本身是公知的，例如由一个薄片构成，在其一个表面上设置了许多相同的平行棱线。

本发明不局限于上述的实施例。