[发明专利]一种增材制造孔边裂纹电磁热双光谱成像检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种增材制造孔边裂纹电磁热双光谱成像检测装置及方法，装置包括信号发生器、功率放大装置、激励线圈、适形磁芯、红外热像模块、可见光模块和监测计算机；信号发生器通过功率放大装置驱动激励线圈；激励线圈缠绕在适形磁芯上，激励线圈平面与适形磁芯轴向垂直；适形磁芯为柱状工字形磁轭结构，适形磁芯周向轮廓形状与增材制造拓扑优化结构件的开孔边缘形状一致；适形磁芯放置于开孔的中心位置，适形磁芯轴向与开孔平面垂直；红外热像模块放置于开孔平面中心位置的正上方，拍摄方向与开孔平面垂直并正对开孔边缘。本发明通过在增材制造金属构件不规则形状开孔边缘引起的温度分布信息，采用红外和可见光的双光谱成像检测孔边裂纹。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种增材制造孔边裂纹电磁热双光谱成像检测装置及方法。

背景技术

增材制造与拓扑优化设计相结合能够有效发挥各自的优势和潜力，为飞机结构减重和复杂构件制造提供了可能性，在航空航天等高端装备制造领域展现出广阔应用前景。随着面向增材制造的拓扑优化设计技术的深入发展，材料结构工艺的一体化融合，越来越多新构型的出现使得结构件的复杂程度越来越高，这给复杂结构件的产品质量控制和使用安全性等带来挑战。特别是，为了优化材料的合理分布、实现结构的轻量化以及获得最佳传力路径，通过在一个确定的连续区域内寻求结构内部非实体区域位置和数量的最佳配置，往往会在连续体结构内进行多种形状和尺寸的开孔从而形成带孔的连续体拓扑优化结构。然而，连续体结构拓扑优化后的开孔边缘是应力集中区域，其在构件的制造和服役使用中容易出现裂纹，从而会降低增材制造结构件的力学性能并严重影响其安全性。

为了保障飞机增材制造金属结构件的安全使用，采用可靠的无损检测技术及时检出拓扑优化结构的孔边裂纹是十分必要的。现有渗透检测技术仅能检测出表面开口缺陷，渗透显示易受成形态增材制造构件表面粗糙度的影响产生背景噪声而影响结果评判。现有射线检测技术能检测出内部缺陷，但是受射线束的透照方向和缺陷取向影响其对裂纹类缺陷容易漏检，实施检测时也易受结构件复杂形状影响。现有超声检测技术能检测出简单形状结构的内部缺陷，难以对复杂形状增材制造拓扑优化结构实施检测。现有涡流检测技术是检测紧固件孔边裂纹的有效手段，但是对增材制造拓扑优化结构开孔边缘实施检测时在扫查路径、检测效率和探头提离影响等方面局限性较大。现有技术在增材制造拓扑优化结构开孔边缘全面、可靠和高精度检测的实际需求上存在不足。为了有效地提高连续体结构拓扑优化后增材制造孔边裂纹的缺陷检测效率和检测精度，直观地给出不规则形状开孔边缘的缺陷信息，研发一种用于增材制造拓扑优化结构件的新型可视化成像无损检测装置及方法已成为迫切需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种增材制造孔边裂纹电磁热双光谱成像检测装置及方法。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

一种增材制造孔边裂纹电磁热双光谱成像检测装置，所述装置包括信号发生器、功率放大装置、激励线圈、适形磁芯、红外热像模块、可见光模块和监测计算机；

所述信号发生器输出端与功率放大装置输入端电连接；

所述功率放大装置输出端与激励线圈输入端电连接；

所述激励线圈缠绕在适形磁芯上，激励线圈平面与适形磁芯轴向垂直；

所述适形磁芯为柱状工字形磁轭结构，适形磁芯周向轮廓形状与增材制造拓扑优化结构件的开孔边缘形状一致；

所述适形磁芯放置于开孔的中心位置，适形磁芯轴向与开孔平面垂直；

所述适形磁芯与开孔边缘通过电磁场耦合；

所述红外热像模块放置于开孔平面中心位置的正上方，拍摄方向与开孔平面垂直并正对开孔边缘；

所述可见光模块放置位置与红外热像模块相邻，可见光模块拍摄方向及拍摄区域与红外热像模块相同。