一种热波检测的自适应均匀化感应加热系统及方法与流程

1.本发明属于无损检测领域，具体涉及一种热波检测的自适应均匀化感应加热系统及方法。


背景技术：

2.浅表层无损探伤是小方坯生产过程中一道重要的质量检验工序。现有的检验方法，在特定的工位暗室中，对小方坯表面施加磁场，再喷淋磁悬液，如果小方坯浅表面有缺陷如：裂纹、气孔、非金属夹杂物等内含有空气或非金属材料，其磁导率远小于工件，导致磁阻变化，在小方坯表面或近表面相应缺陷部位产生漏磁场，形成小磁极，荧光磁粉会在此会堆积较多，然后用紫外灯进行照射，就会激发磁粉发出荧光。再通过操作人员肉眼可能看到的缺陷图像，人工检测出微小的浅表面缺陷。这种方法灵敏度极高，但人工观察识别小方坯四个面与四个角，操作的过程中工作量大、效率低、专业的检验人员在黑暗环境中长时间保持专注，精神很容易疲劳，检验效果会失真，人工准确性会不断降低，同时紫外线长期照射对人健康有一定的危害等问题。特别是检验过程中没有科学的数据与原始的磁粉缺陷图像保留下来，无法完成事后的质量分析跟踪与责任认定，也无法实现高效自动化检测与现代智能制造生产的迫切需求。
3.新型的小方坯热波在线缺陷检测技术含喷淋预处理、感应加热、红外成像、计算机检测系统等主要设备与附件。针对小方坯相关的浅表层缺陷，通过感应加热后在降温过程中使被测材料浅表面缺陷位置与浅表面无缺陷的材料周围产生一定温差，通过探测的红外温度图像，捕获到被测材料浅表面缺陷，实现探伤的信息化、定量化、远程操作等一系列自动化智能化技术。整个探伤过程对浅表缺陷灵敏度高、效率高、人工干预少、无污染、实现了智能探伤全过程管理。但是感应加热决定了红外热波检测的效果，在生产环境下，半成品方坯产线头尾部轧制生产中或多或少存在整体弯曲、鼓肚、脱方、氧化铁皮等缺陷，这些方坯在进入热波检测系统感应加热时头部与方坯中间部位的磁场分布不同，均可能造成感应加热效果变差，无法在有限的降温时间窗口期产生微小的温差效果，后续智能探伤会产生漏检。对于圆角方形坯感应加热线圈，坯角部磁场强度比较高，加热后圆角部位温度比较高，方坯如果方坯偏心，一边距离线圈过近，另外一边距离过远，易使方坯两边温度严重不均匀，甚至无法进行感应加热，这些问题严重影响热波检测全过程连续性生产的应用效果。
4.综上，如何能够对小方坯的各面进行均匀地加热是目前小方坯无损检测存在的一个问题，这个问题主要体现在两方面：一、小方坯因为本身质量缺陷而使得形状变形严重，导致无法均匀加热，二、小方坯在感应加热线圈内加热时因为位置偏差而导致小方坯的各面所处的磁场分布不同。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种能够对小方坯进行均匀加热的均匀加热的热波检测的自适应均匀化感应加热系统及方法。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案为：
7.一方面，一种热波检测的自适应均匀化感应加热系统，用于对小方坯进行均匀加热，包括：
8.辊道，用于沿水平方向输送所述小方坯，所述辊道包括多根输送辊；
9.液压限位组件，包括液压限位油缸和活塞推杆，所述活塞推杆竖直设置在所述输送辊的上方，所述活塞推杆的上端安装在液压限位油缸内；
10.液压控制单元，用于对所述液压限位组件进行控制；
11.加热单元，包括感应加热线圈，该感应加热线圈竖直设置在所述输送辊上，
12.加热控制器，用于根据所述小方坯的位置对所述感应加热线圈的功率进行控制；
13.其中，所述输送辊具有沿自身周向封闭且连续设置的输送侧导向槽，该输送侧导向槽为尖底槽且横截面为等腰直角三角形，
14.所述液压限位组件还包括压靠辊，所述压靠辊安装在所述活塞推杆的下端，具有沿自身周向封闭连续设置的压靠侧导向槽，该压靠侧导向槽与所述输送侧导向槽相同且对应设置。
15.优选地，所述感应加热线圈设置为四角形成有圆角的正方形，所述感应加热线圈的4个圆角均为相同的凸出圆弧，
16.所述感应加热线圈的对角线竖直设置。
17.优选地，所述加热单元还包括加热驱动电源，
18.所述加热驱动电源与所述感应加热线圈信号连接，
19.所述加热驱动电源与所述加热控制器信号连接。
20.优选地，在所述加热单元前还设置有喷淋系统，用于对小方坯进行喷淋，在小方坯上形成均匀的水膜。
21.另一方面，一种用于所述的热波检测的自适应均匀化感应加热系统的小方坯自适应均匀加热方法，包括以下步骤：
22.步骤s1：所述伺服控制器根据所述液压限位油缸根据小方坯抵靠所述压靠辊的程度变化控制所述活塞推杆相对所述液压限位油缸的伸出长度进行自适应变化，从而对所述小方坯进行限位导向；
23.步骤s2：所述加热控制器根据所述感应加热线圈上的负载变化，控制所述加热驱动电源加载在所述感应加热线圈上的加热功率进行自适应变化，从而对所述小方坯进行均匀加热。
24.优选地，步骤s1包括以下子步骤：
25.步骤s1-1：当所述小方坯与所述压靠辊不抵接时，所述活塞推杆相对所述液压限位油缸具有最长伸出距离，所述液压限位油缸内具有最小油压，
26.步骤s1-2：当所述小方坯与所述压靠辊处于开始抵接至稳定抵接的过程时，所述活塞推杆相对所述液压限位油缸自最长伸出距离至稳定伸出距离随时间变化呈线性变化，所述液压限位油缸内的油压自最小油压至稳定油压随时间变化呈线性变化，
27.步骤s1-3：当所述小方坯与所述压靠辊稳定抵接时，所述活塞推杆相对所述液压限位油缸具有稳定伸出距离，所述液压限位油缸内具有稳定油压，
28.步骤s1-4：当所述小方坯与所述压靠辊处于稳定抵接至不抵接的过程时，所述活
塞推杆相对所述液压限位油缸自稳定伸出距离至最长伸出随时间变化距离呈线性变化，所述液压限位油缸内的油压自稳定油压至最小油压随时间变化呈线性变化。
29.优选地，所述小方坯从所述感应加热线圈的正中穿过。
30.优选地，步骤s2包括以下子步骤：
31.步骤s2-1：当所述小方坯未进入所述感应加热线圈时，所述感应加热线圈具有最小负载，所述感应加热线圈具有最小加热功率，
32.步骤s2-2：当所述小方坯自开始进入至完全进入所述感应加热线圈的过程时，所述感应加热线圈的负载自最小负载至稳定负载随时间呈线性变化，所述感应加热线圈的功率自最小加热功率至稳定加热功率随时间变化呈线性变化，
33.步骤s2-3：当所述小方坯完全进入所述感应加热线圈时，所述感应加热线圈具有稳定负载，所述感应加热线圈具有稳定加热功率，
34.步骤s2-4：当所述小方坯自完全进入至退出所述感应加热线圈的过程时，所述感应加热线圈的负载自稳定负载至最小负载随时间呈线性变化，所述感应加热线圈的功率自稳定加热功率至最小加热功率随时间变化呈线性变化。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
36.1.因为本发明的热波检测的自适应均匀化感应加热系统的输送辊具有沿自身周向封闭且连续设置的输送侧导向槽，该输送侧导向槽为尖底槽且横截面为等腰直角三角形，液压限位组件还包含压靠辊，压靠辊安装在活塞推杆的下端，具有沿自身周向封闭连续设置的压靠侧导向槽，该压靠侧导向槽与输送侧导向槽相同且对应设置，从而对小方坯限位导向，使得小方坯保持预定位姿穿过感应加热线圈，处于预定位姿下的小方坯的六个面在感应加热线圈中的均具有相同的磁场分布,因此，本发明能够使得小方坯的六个面被感应加热线圈均匀的加热。
37.2.因为在本发明的均匀加热的方法中，首先，液压限位油缸根据小方坯抵接压靠辊的程度变化控制活塞推杆相对液压限位油缸的伸出长度进行自适应变化，从而对小方坯限位导向；然后，加热控制器根据感应加热线圈上的负载变化，控制加热驱动电源加载在感应加热线圈上的加热功率进行自适应变化，从而对小方坯进行均匀加热，因此，本发明的均匀加热方法配合热波检测的自适应均匀化感应加热系统使用，能够更好地实现对小方坯进行均匀加热，而且保证了小方坯的均匀加热的效果，使得非标准尺寸的小方坯能够得到比较均匀地加热，避免局部温度过高，影响缺陷探伤效果。可以稳定地对生产过程中产生的非标准方坯进行稳定有效有序加热，适应非标准被测对象带来的变化与影响，消除小方坯负载特性、位置、尺寸形状的各种变化，最终使得小方坯的表面温度始终处在均匀的状态，使后续的缺陷温度异常检测能够顺利进行，从而实现了稳定的智能热波探伤。
附图说明
38.图1为本发明的实施例的热波检测的自适应均匀化感应加热系统的示意图；
39.图2为本发明的实施例的液压限位组件的示意图；
40.图3为本发明的实施例的感应加热线圈对小方坯进行加热时两者的位置关系图；
41.图4为本发明的实施例的均匀加热的方法的步骤示意图；
42.图5为本发明的实施例的液压限位油缸的工作过程图；以及
43.图6为本发明的实施例的感应加热控制曲线图。
44.图中：100、热波检测的自适应均匀化感应加热系统，1a、液压控制单元，1、伺服控制器，2、控制阀，3、液压限位组件，4、喷头阵列，5、输送辊，6a、加热单元，6、加热控制器，7、加热驱动电源，8a、热波检测处理单元，8、红外相机控制系统，9、线圈适配器，10、感应加热线圈，11、红外相机阵列，12、计算机系统，13、液压限位油缸，14、活塞推杆，15、压靠辊，a、小方坯。
具体实施方式
45.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的均匀加热的方法作具体阐述，需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
46.如图1-2所示，本实施例中的热波检测的自适应均匀化感应加热系统100包括辊道、液压控制单元1a、喷头阵列4、加热单元6a以及热波检测处理单元8a。
47.辊道用于将小方坯a从来料位置沿预定水平方向d进行运送，包含多根输送辊5。
48.输送辊5具有沿自身周向封闭且连续设置的输送侧导向槽，该输送侧导向槽为尖底槽且横截面为等腰直角三角形。
49.液压控制单元1a包含伺服控制器1、控制阀2以及液压限位组件3。
50.液压限位组件3包含液压限位油缸13、活塞推杆14以及压靠辊15。
51.活塞推杆14竖直设置在输送辊5的上方，的上端安装在液压限位油缸13内，通过液压限位油缸13内油压的做功活塞推杆14沿竖直方向进行移动。
52.压靠辊15安装在活塞推杆14的下端，具有沿自身周向封闭连续设置的压靠侧导向槽，该压靠侧导向槽与输送侧导向槽相同且对应设置，即压靠侧导向槽的底棱与输送侧导向槽的底棱均位于同一竖直面。
53.控制阀2与液压限位组件3油路连接，控制阀2通过开启或闭合向液压限位油缸13输入油液或从液压限位油缸13抽出油液。
54.伺服控制器1与控制阀2信号连接，用于控制控制阀2的开启或闭合。
55.喷头阵列4位于输送辊5的正上方，且沿着预定水平方向d在活塞推杆14的后方，包含多个朝向辊道的喷头，用于对小方坯a进行喷淋，使其表面形成一层均匀的水膜。
56.加热单元6a包含感应加热线圈10、线圈适配器9、加热驱动电源7以及加热控制器6。
57.如图1和图3所示，感应加热线圈10竖直套设在输送辊5上且沿预定方向d设置在喷头阵列4的后方,感应加热线圈10的形状为圆角正方形，4个圆角均为相同的凸出的优弧，对角线竖直设置，即相对于水平面呈正菱形截面，从而使得小方坯a从感应加热线圈的正中穿过，并且小方坯a角部的加热效果与每个面的中心部位相同。
58.加热驱动电源7与感应加热线圈信号10通过线圈适配器9信号连接，加热驱动电源7用于将普通的工频电源转换为感应加热线圈10所需的电压和电流为感应加热线圈10供电，线圈适配器9用于调整加热驱动电源7向感应加热线圈10供电时的功率因数，减少无功功率的消耗，提高加热驱动电源7的供电效率。
59.加热控制器6与加热驱动电源7和感应加热线圈10均信号连接，用于根据预先设
定，控制加热驱动电源7的加热功率，并可根据电压、电流的幅值、相位计算出负载的情况，进而判断出小方坯a在感应加热线圈10中所处的位置。热波检测处理单元8a包含红外相机阵列11、红外相机控制系统8以及计算机系统12。
60.红外相机阵列11位于输送辊5的正上方，且沿着预定水平方向d在感应加热线圈的后方，由多个红外相机组成，用于对均匀加热后的小方坯a的表面进行热波检测，红外相机为长波相机。
61.红外相机控制系统8与红外相机阵列11信号连接，包含红外相机工作所必需的电源及控制信号。
62.计算机系统12与红外相机阵列11信号连接，用于对红外相机所获得的红外图像进行均匀性补偿处理，以及对其进行缺陷增强及缺陷识别处理。
63.如图4所示，本实施例中的均匀加热的方法s100,用于对在辊道上传输的批量小方坯a进行均匀加热，包括以下步骤：
64.步骤s1：液压限位油缸13根据小方坯a抵接压靠辊15的程度变化控制活塞推杆14相对液压限位油缸13的伸出长度进行自适应变化，从而对小方坯a限位导向。
65.在本实施例中，小方坯a在辊道上的位置一旦发生偏移，在感应加热线圈10中，小方坯a各个部位所处的磁场强度就会有较大偏差，感应加热时各个部位就会出现温度不均匀，所以在辊道上需要对小方坯a进行限位。通过输送辊5的输送侧导向槽和压靠辊15的压靠侧导向槽的四个槽面对小方坯a的四个侧面的紧密贴合，使得小方坯a在辊道运动时，不会横向和上下跳动,保证小方坯a稳定地从感应加热线圈10的正中穿过。
66.步骤s1包含以下子步骤：
67.步骤s1-1：当小方坯a与压靠辊15不抵接时，活塞推杆14相对液压限位油缸12具有最长伸出距离，液压限位油缸13内具有最小油压，
68.步骤s1-2：当小方坯a与压靠辊15处于开始抵接至稳定抵接的过程时，活塞推杆14相对液压限位油缸13自最长伸出距离至稳定伸出距离随时间变化呈线性变化，液压限位油缸13内的油压自最小油压至稳定油压随时间变化呈线性变化，
69.步骤s1-3：当小方坯a与压靠辊13稳定抵接时，活塞推杆14相对液压限位油缸13具有稳定伸出距离，液压限位油缸13内具有稳定油压，
70.步骤s1-4：当小方坯a与压靠辊15处于稳定抵接至不抵接的过程时，活塞推杆14相对液压限位油缸13自稳定伸出距离至最长伸出随时间变化距离呈线性变化，液压限位油缸13内的油压自稳定油压至最小油压随时间变化呈线性变化。
71.如图5所示，具体地，压靠辊15通过油压对小方坯a产生预定压靠力，对小方坯a进行限位导向时，随时间的推移，活塞推杆14伸出液压限位油缸13的长度s、活塞推杆14在液压限位油缸13内所受油压p的变化过程为：
72.当没有小方坯a时，从0时刻，活塞推杆14的伸出量最大值，也就是s1位置。根据小方坯a的尺寸、感应线加热圈10的位置、小方坯a咬入压靠辊15的稳定性，确定最合适活塞推杆14的最大伸出量s1位置。该阶段活塞推杆14的输出压力非常低，只有摩擦力、自重等，为p1。此时液压限位油缸13为恒压力控制模式，即：此时的液压限位油缸13内的油量恒定。
73.当t1时刻，小方坯a咬入压靠辊15时，小方坯a的两条相对棱线紧压压靠辊15和输送辊5的底棱，四个表面分别由压靠辊15和输送辊5的四个凹槽面贴合，即使得小方坯a处于
预定位姿，若小方坯a无严重变形，则能够被压靠辊15咬入，若小方坯本身变形严重，则无法被压靠辊15咬入，即使得严重变形的小方坯a无法通过压靠辊15，当无严重变形的小方坯a被压靠辊15咬入时，活塞推杆14开始受到压力，开始向液压限位油缸13内回退，回退越多，压力也越高，当t2时刻，压力完全建立。此时活塞推杆14所受压力为p2。
74.当小方坯a持续进入时，液压限位油缸13在恒压力控制模式下，活塞推杆14被小方坯a不断顶退，在t2’时刻，活塞推杆14到达最后位置s2。此时小方坯a被压靠辊15完整地咬入，小方坯a在被辊道传输时，不会横向或者上下跳动。
75.在随后的过程中，小方坯a在输送辊5的带动下，不断前进，整个过程维持稳定的压力p和位置s，保证了检测的稳定性。
76.当t3’时刻，小方坯a尾部到达压靠辊15时，活塞推杆14开始向液压限位油缸13外伸出，并维持压力p暂时不变。随着小方坯a的前行，活塞推杆14不断伸出。
77.当t3时刻，活塞推杆14伸出比较多时，所受压力逐渐降低，逐步完成脱离动作。
78.步骤s2：加热控制器6根据感应加热线圈10上的负载变化，控制加热驱动电源7加载在感应加热线圈10上的加热功率进行自适应变化，从而对小方坯a进行均匀加热。
79.步骤s2包含以下子步骤：
80.步骤s2-1：当小方坯a未进入感应加热线圈10时，感应加热线圈10具有最小负载，感应加热线圈10具有最小加热功率，
81.步骤s2-2：当小方坯a自开始进入至完全进入感应加热线圈10的过程时，感应加热线圈10的负载自最小负载至稳定负载随时间呈线性变化，感应加热线圈10的功率自最小加热功率至稳定加热功率随时间变化呈线性变化，
82.步骤s2-3：当小方坯a完全进入感应加热线圈10时，感应加热线圈10具有稳定负载，感应加热线圈10具有稳定加热功率，
83.步骤s2-4：当小方坯a自完全进入至退出感应加热线圈10的过程时，感应加热线圈10的负载自稳定负载至最小负载随时间呈线性变化，感应加热线圈10的功率自稳定加热功率至最小加热功率随时间变化呈线性变化。
84.如图6所示，具体地，感应加热线圈10对小方坯a进行均匀加热时，随时间的推移，感应加热线圈10上的功率w、感应加热线圈10的负载l的变化过程为：
85.从0时刻起，此时，小方坯a还未进入感应加热线圈10内，感应加热线圈10空载，感应加热线圈10上只有极低的功率w1，做检测激励用途。
86.tw1时刻，当小方坯a在开始进入感应加热线圈10时，与加热控制器6信号连接的外部监测装置(附图中未标出)监测到感应加热线圈10上的负载l增加，加热控制器6通过控制加热驱动电源7相应地提高感应加热线圈10的功率w，使小方坯a头部单位重量的功率w与小方坯a中段相同。
87.在tw2时刻，小方坯a头部通过了感应加热线圈10，加热控制器6通过控制加热驱动电源7使感应加热线圈10维持稳定的功率。
88.当外部监测装置监测到感应加热线圈10上的负载l异常的时候，说明小方坯a存在轻微偏心、脱方等质量异常，需要反过来提升感应加热线圈10上的功率，补偿小方坯a表面因质量异常造成的局部温度降低，以确保灵敏度。如果感应加热线圈10的负载过低，低于警戒值lp时，就要降低感应加热线圈10的功率，确保安全。
89.当tw3时刻，小方坯a脱离感应加热线圈10时，外部监测装置监测到感应加热线圈10上的负载快速变小，加热控制器6应通过控制加热驱动电源7同步减少感应加热线圈10的功率，以保证小方坯a尾部加热温度的均匀性。
90.上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围，本领域普通技术人员在所附权利要求范围内不需要创造性劳动就能做出的各种变形或修改仍属本专利的保护范围。