專利名稱：使用染料進(jìn)行表面無損檢測的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用滲透的染料對一個表面的狀態(tài)進(jìn)行無損檢測的技術(shù)，例如尤其是染料滲透技術(shù)和磁粉探傷技術(shù)。
染料滲透無損檢測法尤其應(yīng)用于對表面上可能存在的裂紋的檢測，它包括在允許染料滲入到要檢測的缺陷中的條件下將染料涂于要檢測的表面上，然后用入射光線照射所述表面，觀察存在于所述裂紋中和殘留于所述表面上的染料發(fā)出的光線。
例如，用水銀燈或者氖管發(fā)出的光束照射所述表面，它們發(fā)出的光線能夠激勵所述染料，使其發(fā)出可見光波段的單色光。所述單色光例如可用光敏裝置觀察到。在所述光敏裝置上可連接有形成數(shù)字圖像的裝置。一個圖像處理裝置再對所述數(shù)字圖像進(jìn)行處理。
所述可見光的顏色取決于所用的染料。例如，如果染料是鹽基桃紅6G，就是桔黃色可見光。
在例如文獻(xiàn)FR2711426中，就公開了這樣的技術(shù)。
問題在于對觀測的優(yōu)化，尤其是要優(yōu)化對裂紋的觀測。由于可以同時觀察到留在表面上的染料殘余痕跡的圖像，對裂紋的觀測會受到干擾。
人們已提出通過對所述數(shù)字圖像進(jìn)行處理而實現(xiàn)所述優(yōu)化，例如象前文所引用的公開文獻(xiàn)中描述的那樣。
另一個問題是裂紋深度的測定。
公開文獻(xiàn)FR2736152描述了一種用染料滲透法確定缺陷尺寸的方法和裝置。
事實上，這兩個公開文獻(xiàn)可以讓人了解到為優(yōu)化圖像、判定裂紋尺度而研究的方法和裝置的難度，以及因此而導(dǎo)致的復(fù)雜性。
本發(fā)明的目的是提出一種非常簡單的方法和裝置，可以優(yōu)化所述圖像，判定所述裂紋的深度。
本發(fā)明基于這樣的事實當(dāng)染料受一種直線偏振光波激勵時，在表面區(qū)或者在裂紋中的染料發(fā)出的直線偏振光波與所述入射直線偏振光波形成一個角度，該角度是該區(qū)域或者相關(guān)裂紋中的染料厚度的函數(shù)。
本發(fā)明利用入射直線偏振光波和染料發(fā)出的直線偏振光波之間的角偏移，從觀測結(jié)果中消除了表面殘留染料的區(qū)域，而只留下染料滲入裂紋中的區(qū)域。這利用了下述事實與表面殘留染料的光波相對應(yīng)的角偏移以及與裂紋中的染料相對應(yīng)的角偏移是不同的，并且，表面殘留染料的厚度總是小于裂紋中染料的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還利用對應(yīng)于不同裂紋的角偏移來確定裂紋的深度。
因此，實現(xiàn)本發(fā)明的一種裝置主要包括產(chǎn)生直線偏振入射光波的裝置，其光波波長的選擇可激勵所述染料；將所述入射光波向待檢測表面引導(dǎo)的傳導(dǎo)裝置；觀測表面和裂紋的染料發(fā)出的直線偏振光波的觀測裝置；以及置于所述發(fā)出光波的光路上、介于所述表面和所述觀測裝置之間的裝置，用來根據(jù)所述直線偏振入射光波和所述染料發(fā)出的直線偏振光波之間的角偏移，來選擇所述發(fā)出的光波。
為了用直線偏振光波照射待檢測表面，可以使用連接有一個偏振器的非偏振光源，或者最好使用本身就發(fā)偏振光的光源。
這種情況尤其是使用激光器，激光器發(fā)射的是邊緣平行的直線偏振光波。
激光器另外的優(yōu)點是發(fā)出的光完全是單色光，非常細(xì)的光束具有很大的相干長度。
為了選擇通過染料發(fā)出的直線偏振光波，在所述光波的光路上放置一個或多個偏振光檢偏器。
下面參照附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中-

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用于觀測表面裂紋的染料滲透技術(shù)的一種裝置的第一種實施例的示意圖；-圖2是一種同時觀測一個能夠轉(zhuǎn)動并沿X、Y、Z軸平動的工件的兩個相對表面的染料滲透技術(shù)的第二種實施例的示意圖；-圖3是一種同時觀測一個板的兩個相對表面的染料滲透技術(shù)的第三種實施例的示意圖，該實施例包括一組受控擺動反射鏡，用以實現(xiàn)用入射光束對所述兩個表面的掃描；-圖4是用來檢查孔或穴的染料滲透技術(shù)的第四種實施例的示意圖；-圖5是用于棒材磁粉探傷的第五種實施例的示意圖。
附圖中所示的實現(xiàn)本發(fā)明的裝置主要包括-一個激光器1，-將所述激光器的光束傳導(dǎo)到待檢測表面或者校準(zhǔn)表面S的裝置T，-一個具有攝遠(yuǎn)鏡頭的觀測攝像機(jī)2，其鏡頭上裝有一個檢偏器3。
所述激光器1最好是發(fā)射偏振紫外光線的激光器，光線集中于適合所用染料的波長，例如330納米。
所述傳導(dǎo)裝置T可以是各種各樣的-在圖1的實施例中，激光器1的光束由光纖4傳導(dǎo)到待檢測表面5，-在圖2的實施例中，在激光器1的出光口放置一個分光板5，用來將激光束分割為兩個分光束6、9，其中一個分光束6由光纖或其它裝置傳導(dǎo)到待檢測工件8的一個表面7上，另一個分光束9由光纖或其它裝置傳導(dǎo)到所述工件8的與上述表面7相對的表面10上，-在圖3所示的實施例中，和在圖2中一樣，在激光器1的出光口放置了一個分光板5，用來將激光束分割為兩個分光束6、9，以便分別照射一塊板8的兩個表面7、10。在本實施例中，該裝置具有兩組反射鏡M和MM，用來將兩個分光束傳導(dǎo)到所述表面7、10，-在圖4所示的實施例中，激光器1的光束由光纖4傳導(dǎo)到一個內(nèi)窺鏡11，以允許光束進(jìn)入難以到達(dá)的地方，例如用來照射孔或穴的內(nèi)表面，
-在圖5所示的實施例中，在棒材的情況下，激光器1的光束穿過一個板12，由光纖14傳導(dǎo)到待檢測表面。
這些實施例不排除其它的傳導(dǎo)裝置。
由于入射激光束比水銀燈或者氖管的光束窄得多，本發(fā)明提供了一些裝置，或者通過移動光束，或者通過移動待檢測長面，使所述光束掃描所述表面。
在圖2所示的實施例中，待檢測工件8放置在一個可自轉(zhuǎn)的工作臺15上，該工作臺還可以沿一個軸X平動，并可以沿著一個平行于工件旋轉(zhuǎn)軸的軸Z上升及下降。
在圖3所示的實施例中，激光的兩個分光束的反射鏡包括固定反射鏡M1、M2，和可在計算機(jī)控制下擺動、以使所述光束掃描待檢測表面的反射鏡MM1、MM2、MM3、MM4。
在圖4所示的實施例中，所述內(nèi)窺鏡包括一個能夠進(jìn)行自轉(zhuǎn)R的支承件16，一個沿旋轉(zhuǎn)軸Z的可伸縮波導(dǎo)管17以及一個能夠沿X、Y軸運動的端部棱鏡18，而具有待檢測的孔19的工件P放置在一個旋轉(zhuǎn)工作臺20上。圖中的虛線21表示所述端部棱鏡18能夠降入所述孔19中。
在圖5所示的實施例中，被觀測的工件13是一個可以自轉(zhuǎn)的棒材、光纖導(dǎo)管14的端部裝在一個滑架22上，該滑架可以平行于所述棒材移動。
如果要同時觀測兩個表面，就需要兩套觀測攝像機(jī)2及其偏振光檢偏器3，如同在圖2和圖3中所示的那樣。
由于需要使入射光通過同時使出射光偏轉(zhuǎn)，使用了分光板(圖3和圖5)。
在圖4所示的實施例中，由于使用了光纖耦合器23，激光器1的入射光束向工件P的傳導(dǎo)及受激染料發(fā)出的光線向攝像機(jī)2的傳導(dǎo)利用了同一束光纖4。
上述情況之所以成為可能，是因為所使用的攝像機(jī)對紫外光不敏感。
為了校準(zhǔn)所述裝置，眾所周知，可以使用已經(jīng)用染料滲透法或者磁粉探傷法檢測過的具有已知深度裂紋的標(biāo)準(zhǔn)塊。
沒有檢偏器3時，或者在根據(jù)激光器1的極性調(diào)節(jié)檢偏器時，所觀測到的圖像顯示出由于標(biāo)準(zhǔn)塊表面殘留染料造成的同一個波長的光斑中淹沒的標(biāo)準(zhǔn)塊裂紋的存在。
根據(jù)本發(fā)明，通過旋轉(zhuǎn)所述檢偏器，可以看到，所述干擾光斑逐漸消失，使得對于檢偏器的一定的旋轉(zhuǎn)，只透過標(biāo)定裂紋的圖像。
繼續(xù)旋轉(zhuǎn)檢偏器，裂紋圖像將按照深度遞增的順序依次消失，這樣就可以形成一條檢偏器旋轉(zhuǎn)角度與裂紋深度的標(biāo)定曲線，然后就可以利用該曲線測定待檢測表面的裂紋深度。
最好使用雙檢偏器，也就是說檢偏器包括兩個相繼的檢偏器3a、3b，其中一個3a在前，用來消除干擾光斑，另一個3b在后，用來測定裂紋深度。
這兩個檢偏器例如安裝在同一個臺架上，一起旋轉(zhuǎn)，直到消掉干擾光斑，然后，其中一個旋轉(zhuǎn)，來測定裂紋的深度。
每個檢偏器本身是公知的，例如由一個薄片構(gòu)成，在其一個表面上設(shè)置了許多相同的平行棱線。
本發(fā)明不局限于上述的實施例。
權(quán)利要求
1．可能具有裂紋的一個表面的狀態(tài)的無損檢測方法，該方法基于對涂于所述表面及所述裂紋中的染料在入射激勵光束的作用下發(fā)出的光波的觀測，所述入射激勵光束具有適于所述染料的波長，其特征在于，利用所述染料發(fā)出的隨染料厚度而變化的直線偏振光波與入射的直線偏振光波之間的角偏移，來從觀測結(jié)果中消除表面殘留染料造成的光斑。
2．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過一個旋轉(zhuǎn)的偏振光檢偏器觀察發(fā)射光波，使該檢偏器旋轉(zhuǎn)，直到在觀測結(jié)果中去掉表面殘留染料發(fā)出的光波。
3．如權(quán)利要求1所述的方法，其中，還利用所述角偏移來測定裂紋深度。
4．如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過一個旋轉(zhuǎn)的偏振光檢偏器觀察發(fā)射光波，并通過標(biāo)定確定檢偏器的旋轉(zhuǎn)角度，以從觀測結(jié)果中依次消除深度遞增的裂紋。
5．如權(quán)利要求1到4之一所述的方法，其中，用激光發(fā)生器生成入射直線偏振光，波長根據(jù)所用的染料進(jìn)行選擇。
6．如權(quán)利要求1到5之一所述的方法，其中，在觀察時，通過移動所述表面或者所述入射光，使所述入射光掃描所述表面。
7．實施染料滲透法或磁粉探傷法的裝置，所述方法利用涂于表面或待檢測表面的裂紋中的染料，該裝置包括-發(fā)生裝置(1)，用來產(chǎn)生具有為激勵所用染料而選定的波長的直線偏振光波，-傳導(dǎo)裝置(T)，用來將所述光波引導(dǎo)到待檢測表面，-觀察裝置(2)，用來觀察所述表面上或所述裂紋中的染料發(fā)出的直線偏振光波，-至少一個旋轉(zhuǎn)的偏振光檢偏器(3)，置于所述表面和所述觀察裝置之間，在染料發(fā)出的光波的光路上。
8．如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述發(fā)生裝置(1)包括一個激光發(fā)生器。
9．如權(quán)利要求7或8所述的裝置，它包括移動所述表面或所述入射光的裝置，以在觀察中用所述入射光掃描所述表面。
10．如權(quán)利要求9所述的裝置，它包括一些由計算機(jī)控制的擺動反射鏡(MM)，用來偏轉(zhuǎn)所述入射光，使其掃描所述表面。
11．如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其中，所述傳導(dǎo)裝置(T)包括一個端部有一棱鏡(18)的內(nèi)窺鏡(11)，所述棱鏡可以插入待檢測工件的孔或穴中。
12．如權(quán)利要求7到11之一所述的裝置，它包括一個旋轉(zhuǎn)檢偏器(3)，其旋轉(zhuǎn)角度已標(biāo)定，對應(yīng)于裂紋的深度。
13．如權(quán)利要求7到12之一所述的裝置，它包括兩個相繼的旋轉(zhuǎn)檢偏器(3a,3b)，分別用來消除表面殘留染料導(dǎo)致的干擾光斑及測定裂紋的深度。
全文摘要
本發(fā)明涉及可能有裂紋的表面狀態(tài)的無損檢測方法,該方法基于對涂在表面上和裂紋中的染料在入射激勵光束的作用下發(fā)出的光波的觀測,所述入射激勵光束的波長適于所述染料。本發(fā)明的特征在于,利用染料隨厚度不同而發(fā)出的直線偏振光波相對入射偏振光波的旋轉(zhuǎn),來從觀察結(jié)果中消掉表面殘留染料導(dǎo)致的光斑。在附圖中,標(biāo)號(1)是一個激光器,標(biāo)號(2)是一個觀察攝像機(jī),標(biāo)號(3)是一個偏振光檢偏器。本發(fā)明應(yīng)用于染料滲透探測和磁粉探測。
文檔編號G01N21/91GK1319184SQ99811208
公開日2001年10月24日 申請日期1999年8月5日 優(yōu)先權(quán)日1998年8月5日
發(fā)明者皮埃爾－馬里·帕永特特 申請人:霍洛勒斯公司