[發(fā)明專利]一種環(huán)件自動(dòng)化超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710950744.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN107817299A
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 華林;王彬;汪小凱;錢東升;何溪明;張勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/265
• 分類號(hào): G01N29/265;G01N29/04
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬(wàn)榮,王淳景

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)件自動(dòng)化超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)方法及裝置，適用于各種尺寸環(huán)件的自動(dòng)化檢測(cè)。

背景技術(shù)

環(huán)件被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、火車、船舶、石油化工、航空航天、發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域，主要包含有軸承環(huán)、齒輪環(huán)、法蘭環(huán)、火車車輪及輪箍、燃汽輪機(jī)環(huán)等各類環(huán)件。近些年來(lái)，隨著工業(yè)的發(fā)展，各行業(yè)對(duì)環(huán)件的需求量越來(lái)越大、性能要求也越來(lái)越高。環(huán)件在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)裂紋、折疊、白點(diǎn)、縮孔、夾雜等缺陷，需要在環(huán)件成形后進(jìn)行檢測(cè)。目前環(huán)件的檢測(cè)方法主要是在半精加工后進(jìn)行人工超聲波檢測(cè)，利用直探頭、斜探頭、雙晶探頭對(duì)環(huán)件的端面和外圓面進(jìn)行人工檢測(cè)。然而，人工檢測(cè)存在很多局限性和缺點(diǎn)，越來(lái)越不能滿足環(huán)件生產(chǎn)的速度和精度要求。因此環(huán)鍛廠迫切地希望引入超聲波自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)環(huán)件的質(zhì)量。

目前超聲波自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)在環(huán)件質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)中應(yīng)用甚少，其研究主要集中在水浸B掃描和C掃描自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)探頭的聲束直徑，規(guī)定相應(yīng)的掃描步進(jìn)量，進(jìn)行自動(dòng)成像檢測(cè)。但存在的問(wèn)題是，無(wú)論采取直探頭亦或是聚焦探頭，其聲束傳播方向均垂直于環(huán)件端面或外圓面，而環(huán)件內(nèi)部缺陷并無(wú)方向性，當(dāng)缺陷的延伸方向與聲束的傳播方向不一致，尤其是形成45°夾角時(shí)，直探頭或聚焦探頭的檢測(cè)精度會(huì)有所下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種環(huán)件自動(dòng)化超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)方法及裝置，它能實(shí)現(xiàn)環(huán)件超聲自動(dòng)化無(wú)損檢測(cè)，可以有效地檢測(cè)出環(huán)件內(nèi)部各個(gè)方向上的缺陷，并保證檢測(cè)的高效率和高精度。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種環(huán)件自動(dòng)化超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)方法，包括以下步驟：

S1、將環(huán)件和超聲相控陣探頭均置于裝有耦合劑的收集槽內(nèi)，環(huán)件可繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)，超聲相控陣探頭可沿環(huán)件軸向做直線運(yùn)動(dòng)，超聲相控陣探頭的初始位置位于環(huán)件外圓面上方邊緣，超聲相控陣探頭與環(huán)件外圓面之間設(shè)有一定提離距離，超聲相控陣探頭與一超聲相控陣檢測(cè)儀連接，所述超聲相控陣檢測(cè)儀與一工控機(jī)連接；

S2、檢測(cè)環(huán)件近外圓面的內(nèi)部缺陷：

S201、設(shè)置超聲相控陣探頭的聚焦深度為環(huán)件壁厚δ的一半；

S202、超聲相控陣檢測(cè)儀根據(jù)探頭類型和陣元數(shù)時(shí)序激勵(lì)超聲相控陣探頭發(fā)射超聲信號(hào)，在環(huán)件內(nèi)部形成扇形掃查區(qū)，同時(shí)通過(guò)超聲相控陣探頭將接收到的超聲反射回波信號(hào)傳輸給工控機(jī)，形成一段扇形掃查截面圖，當(dāng)環(huán)件內(nèi)部存在缺陷時(shí)，超聲反射回波在缺陷處形成缺陷回波，根據(jù)缺陷回波的位置和幅值可以確定缺陷的深度和尺寸，并將缺陷的深度和尺寸反應(yīng)在工控機(jī)的扇形掃查截面圖中；

S203、環(huán)件繞其軸線每間隔一定時(shí)間Δt旋轉(zhuǎn)一定角度α，每次旋轉(zhuǎn)后重復(fù)步驟S202，直至環(huán)件旋轉(zhuǎn)一圈為止；

S204、超聲相控陣探頭沿環(huán)件軸向向下移動(dòng)距離Δz，50％S≤Δz≤85％S，S為超聲相控陣探頭的覆蓋區(qū)寬度，重復(fù)步驟S202和步驟S203，直到超聲相控陣探頭移動(dòng)到環(huán)件底部邊緣為止；

S3、檢測(cè)環(huán)件近內(nèi)孔面的內(nèi)部缺陷：設(shè)置超聲相控陣探頭的聚焦深度為環(huán)件壁厚δ，重復(fù)步驟S202-S204，即完成環(huán)件的超聲信號(hào)采集和記錄。

按上述技術(shù)方案，步驟S1中，超聲相控陣探頭與環(huán)件外圓面之間的提離距離為2～3mm。

按上述技術(shù)方案，驟S203中，Δt為0.02s，α為0.5°～1°。

按上述技術(shù)方案，所述超聲相控陣探頭為角度聲束超聲相控陣探頭，其聚焦類型為扇形，聚焦方式為真實(shí)深度，波型為橫波，角度聲束探頭的最小角度θ₁為30°～40°、最大角度θ₂為50°～65°。

相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種用于實(shí)現(xiàn)上述環(huán)件自動(dòng)化超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)方法的環(huán)件自動(dòng)化超聲相控陣無(wú)損檢測(cè)裝置，包括裝有耦合劑的收集槽、設(shè)置在所述收集槽內(nèi)的回轉(zhuǎn)檢測(cè)平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)所述回轉(zhuǎn)檢測(cè)平臺(tái)繞其自身軸線旋轉(zhuǎn)的R軸伺服電機(jī)、z軸線性模組、驅(qū)動(dòng)所述z軸線性模組沿回轉(zhuǎn)檢測(cè)平臺(tái)軸向移動(dòng)的z軸伺服電機(jī)、安裝在所述z軸線性模組上的超聲相控陣探頭、與所述超聲相控陣探頭連接的超聲相控陣檢測(cè)儀、與所述超聲相控陣檢測(cè)儀連接的工控機(jī)以及與所述工控機(jī)連接的控制柜，所述控制柜與R軸伺服電機(jī)和z軸伺服電機(jī)連接，環(huán)件同軸向固定設(shè)置在回轉(zhuǎn)檢測(cè)平臺(tái)上，所述超聲相控陣探頭的初始位置位于環(huán)件外圓面上方邊緣，超聲相控陣探頭與環(huán)件外圓面之間設(shè)有一定提離距離。