[發(fā)明專利]一種基于超聲波共振法的近表面缺陷自動(dòng)化識(shí)別方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210382645.0
• 申請(qǐng)日: 2022-04-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114705762A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊辰龍;劉波;任凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N29/42
• 分類號(hào): G01N29/42;G01N29/44;G01N29/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 萬(wàn)尾甜;韓介梅

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于超聲波共振法的近表面缺陷自動(dòng)化識(shí)別方法，用于工件近表面缺陷的超聲檢測(cè)，屬于超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括：1、根據(jù)工件近表面分層缺陷的厚度范圍計(jì)算缺陷共振頻率范圍；2、采用超聲探頭對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，采集到超聲信號(hào)；3、對(duì)超聲信號(hào)截取指定長(zhǎng)度的樣本進(jìn)行傅里葉變換，得到背散射信號(hào)頻譜；4、對(duì)背散射信號(hào)頻譜進(jìn)行帶通濾波，濾去所述共振頻率范圍之外的頻率成分；5、計(jì)算功率譜及其特征值，若特征值超過(guò)所設(shè)定的缺陷閾值則判定為工件存在缺陷，否則不存在缺陷。本發(fā)明利用超聲波共振原理，通過(guò)計(jì)算共振頻率內(nèi)的功率譜特征值，可以有效識(shí)別近表面的皮下縮尾分層缺陷，不受表面盲區(qū)限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明應(yīng)用于超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于超聲波共振法的近表面缺陷檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

擠壓技術(shù)是金屬零件加工的重要方法，擠壓銅導(dǎo)條是一種常見(jiàn)的擠壓棒材，在高鐵電機(jī)轉(zhuǎn)子中有著重要應(yīng)用。銅導(dǎo)條在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種缺陷，其中超聲檢測(cè)技術(shù)主要檢測(cè)的缺陷類型有裂紋、分層、夾雜、疏松和擠壓縮尾等。擠壓縮尾是一種出現(xiàn)在擠壓產(chǎn)品尾部的特殊缺陷，一般易出現(xiàn)在擠壓棒材、型材、厚壁管材中。在擠壓生產(chǎn)的后期階段，當(dāng)擠壓筒內(nèi)坯料的剩余長(zhǎng)度減小到與穩(wěn)定流動(dòng)塑性區(qū)的高度相等時(shí)，擠壓力開(kāi)始上升，金屬?gòu)较蛄鲃?dòng)速度增加，變形死區(qū)的金屬料也參與進(jìn)變形中，從而導(dǎo)致坯料表面的氧化皮、擠壓設(shè)備中的潤(rùn)滑油等污物流入成品中，導(dǎo)致金屬之間的分層。擠壓縮尾缺陷按照其在銅導(dǎo)條中分布的位置，可以分為中心縮尾和皮下縮尾，其中比較難以檢測(cè)到的缺陷是皮下縮尾缺陷。擠壓筒與錠坯的溫度差使得死區(qū)金屬受到冷卻，相比于中心區(qū)域的金屬，其金屬塑性性能降低，與塑性流動(dòng)區(qū)界面產(chǎn)生劇烈的滑移使得金屬發(fā)生剪切變形而斷裂。同時(shí)坯料表面的氧化皮等臟物沿剪切斷面流動(dòng)，覆蓋在擠壓產(chǎn)品的近表面上就產(chǎn)生了皮下縮尾。皮下縮尾由于其缺陷位置，嚴(yán)重影響擠壓制品的后續(xù)冷加工，導(dǎo)致銅導(dǎo)條強(qiáng)度降低等問(wèn)題。

在工業(yè)檢測(cè)中可以用超聲波對(duì)銅導(dǎo)條缺陷進(jìn)行識(shí)別和定位。超聲檢測(cè)是一種常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)超聲的反射、透射等性質(zhì)，利用回波的時(shí)間和幅值對(duì)缺陷進(jìn)行檢測(cè)和定位。因?yàn)椴僮靼踩⑷毕荻ㄎ粶?zhǔn)確、靈敏度高、成本低、速度快，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為擠壓產(chǎn)品缺陷檢測(cè)的重要手段之一。銅導(dǎo)條擠壓生產(chǎn)中產(chǎn)生的皮下縮尾多出現(xiàn)工件的表面和近表面，而在常規(guī)的脈沖反射法超聲檢測(cè)技術(shù)中，表面回波存在一定的寬度，表面附近的缺陷回波難以識(shí)別，導(dǎo)致在被測(cè)件近表面區(qū)域存在一定的檢測(cè)盲區(qū)，無(wú)法識(shí)別是否存在缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)近表面皮下縮尾缺陷檢測(cè)能力的不足，提供一種基于超聲波共振法的近表面缺陷自動(dòng)化識(shí)別方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)工件近表面分層缺陷的精確識(shí)別。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于超聲波共振法的近表面缺陷自動(dòng)化識(shí)別方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)工件近表面分層缺陷的厚度范圍計(jì)算缺陷共振頻率范圍；

步驟2、采用特定的超聲探頭對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)，采集到超聲信號(hào)；

步驟3、對(duì)超聲信號(hào)截取指定長(zhǎng)度的樣本進(jìn)行傅里葉變換，得到背散射信號(hào)頻譜；

步驟4、對(duì)背散射信號(hào)頻譜進(jìn)行帶通濾波，濾去共振頻率之外的頻率成分；

步驟5、計(jì)算功率譜及其特征值，若特征值超過(guò)所設(shè)定的缺陷閾值則判定為工件存在缺陷，否則不存在缺陷。

進(jìn)一步地，所述的缺陷共振頻率的計(jì)算公式為f＝c/2d，其中f為共振頻率，c為超聲縱波在材料中的速度，d為分層缺陷厚度。

其中，分層缺陷厚度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)上特定工件可能存在缺陷的厚度范圍確定。

進(jìn)一步地，在步驟2中，選取的超聲探頭為寬頻帶窄脈沖超聲探頭，探頭頻帶覆蓋分層缺陷的共振頻率范圍；探頭正對(duì)工件可能存在缺陷的表面進(jìn)行檢測(cè)。