專利名稱：一種表面裂紋的諧振渦流檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面裂紋的無損檢測方法，屬于鐵磁性材料的無損電磁檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面裂紋給現(xiàn)代工業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)在線檢測成為持續(xù)的工業(yè)要求。現(xiàn)有的表面裂紋檢測技術(shù)主要有超聲，磁粉，滲透和電磁等方法；對于表面裂紋的檢測，超聲檢測對象范圍廣，各種新材料如復(fù)合材料、陶瓷材料等，缺陷定位比較準(zhǔn)確，但對被測材料表面狀況有較高要求，同時(shí)與被測對象之間需要耦合劑，而且耦合的狀態(tài)會(huì)很大的影響超聲檢測的結(jié)果；超聲束的覆蓋范圍比漏磁與渦流探頭都小，要完成同樣面積掃查需要更多的探頭或更長的掃查時(shí)間，需要處理的數(shù)據(jù)量也非常大。磁粉檢測靈敏度高，可以直觀的顯示出缺陷的形狀、位置與大小，并能大致確定缺陷的性質(zhì)，工藝簡單，檢測速度快，費(fèi)用低廉；但僅局限于檢測鐵磁材料的表面與近表面缺陷；試件表面不得有油脂或者其他能粘附磁粉的物質(zhì)，而且油漆或者鍍鉻層厚度不應(yīng)大于0.08mm；同時(shí)，需要磁化電源和設(shè)備，而且檢測之后需要退磁及清洗。漏磁檢測易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，較高的檢測可靠性，可以實(shí)現(xiàn)缺陷的初步量化；但只適用于鐵磁材料，檢測靈敏度低，要對工件飽和磁化，由于工件表面和形狀的原因，使得工件表面的磁化場不均勻，容易產(chǎn)生誤檢和漏檢，對工件表面狀況要求比較高。提離對漏磁檢測的信號(hào)影響也非常大，使得在檢測過程中，對檢測人員和檢測裝置的要求較高。滲透檢測速度快，不受被檢試件幾何形狀、尺寸大小、化學(xué)成分和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的限制，也不受缺陷方位的限制。但對工件表面狀況要求較高，檢測前后都需要清洗等工作，而且表面粗糙對檢測效果影響較大，會(huì)使試件表面的本底顏色或熒光底色增大，以致掩蓋了細(xì)小的、分散的缺陷。
相比較而言，電磁方法可以實(shí)現(xiàn)非接觸檢測，不需要耦合劑，檢測靈敏度高。在電磁渦流檢測方法中，也以發(fā)展了常規(guī)渦流方法，脈沖渦流方法，近場渦流，遠(yuǎn)場渦流，多頻渦流等方法，目前，使用一般電磁渦流方法難以實(shí)現(xiàn)其表面裂紋的檢測，已有的其他方式需要將工件拆卸下來，進(jìn)行全面清洗，然后進(jìn)行檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種表面裂紋的諧振渦流檢測方法，即利用脈沖信號(hào)激勵(lì)檢測線圈，通過電容諧振，在線圈中產(chǎn)生數(shù)倍于激勵(lì)信號(hào)的諧振高電壓，實(shí)現(xiàn)能量聚焦功能，從而實(shí)現(xiàn)高提離值下的檢測效果，并且通過檢測線圈來感知脈沖諧振渦流場的變化，快速可靠地檢測出粗糙表面裂紋存在與否。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下1.一種表面裂紋的檢測方法，其特征在于該檢測方法包括以下步驟1)采用模擬電路產(chǎn)生脈沖方波信號(hào)，方波占空比為0.01％-99.99％可調(diào)，脈沖頻率設(shè)置為0.01～100kHz，電壓在0.01～2000V；2)將脈沖方波信號(hào)輸入激勵(lì)線圈，配合并聯(lián)諧振電容進(jìn)行振蕩，使其產(chǎn)生一種幅度值大于激勵(lì)信號(hào)幅度值的衰減振蕩信號(hào)；3)在工件表面移動(dòng)線圈傳感器，保持提離值在10倍于線圈傳感器直徑范圍內(nèi)，掃查速度在10m/s以內(nèi)進(jìn)行檢測；4)通過檢測線圈獲得檢測電壓，并通過示波器或采集卡獲得檢測線圈信號(hào)的波形；5)對所得波形采用如下方法進(jìn)行分析判斷a.對示波器所得波形從幅度角度進(jìn)行判斷，即當(dāng)檢測信號(hào)超過標(biāo)準(zhǔn)試樣閥值時(shí)，認(rèn)為其有裂紋缺陷；b.對示波器所得波形通過相位的反轉(zhuǎn)來判斷，檢測信號(hào)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)則認(rèn)定為有裂紋缺陷；c.對示波器所得波形通過幅頻來判斷，在有裂紋出現(xiàn)的情況下，其低頻成分會(huì)增多，形成的頻譜包絡(luò)線將會(huì)變化，即可認(rèn)定有裂紋缺陷；d.對示波器所得波形通過斜率來判斷，當(dāng)有裂紋存在的時(shí)刻，檢測信號(hào)的過零點(diǎn)，該點(diǎn)前后點(diǎn)斜率會(huì)出現(xiàn)由正到負(fù)的變化，即可認(rèn)定有裂紋缺陷；e.對采集卡所得波形通過包絡(luò)線來進(jìn)行判斷，在有裂紋出現(xiàn)的情況下，檢測信號(hào)的包絡(luò)線會(huì)出現(xiàn)明顯的局部塌陷效果，從而可以判斷存在裂紋缺陷。
本發(fā)明的特征還在于所述的線圈傳感器磁心采用E型結(jié)構(gòu)，E型磁心兩側(cè)纏繞激勵(lì)線圈，中間纏繞檢測線圈；或者兩側(cè)纏繞檢測線圈，中間纏繞激勵(lì)線圈。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明的諧振渦流檢測方法，不但能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)單頻渦流，脈沖渦流等多種電磁檢測方法所能夠?qū)崿F(xiàn)的裂紋檢測效果，同時(shí)針對復(fù)雜工件表面，諸如工件表面有鑄造面，凹凸不平，附著有油污，膩?zhàn)?，防銹漆，腐蝕層和其他污染物等，都能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸式、高提離值下的粗糙表面裂紋的檢測。不需要對零件進(jìn)行清洗，磁化和退磁等繁瑣的工序，有利于針對不同工況制作裂紋檢測儀。利用本方法檢測裂紋對被檢測零件無破壞性，同時(shí)檢測信號(hào)不需經(jīng)過復(fù)雜的算法處理，即可辨識(shí)裂紋缺陷，處理簡單，方便快捷，易于便攜式檢測儀器設(shè)計(jì)。


圖1為脈沖諧振信號(hào)產(chǎn)生電路原理圖。
圖2為幅度值大于激勵(lì)信號(hào)幅度值的衰減振蕩波形圖。
圖3為工件表面有無裂紋時(shí)，幅度變化效果圖a為無缺陷時(shí)刻波形，b為有缺陷時(shí)刻波形。
圖4為工件表面有無裂紋時(shí)，相位變化效果圖a為無缺陷時(shí)刻波形，b為有缺陷時(shí)刻波形。
圖5為工件表面有無裂紋時(shí)，斜率變化效果圖a為無缺陷時(shí)刻波形，b為有缺陷時(shí)刻波形。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本分提供的檢測方法的具體實(shí)現(xiàn)和操作過程做出詳細(xì)說明。
圖1為脈沖諧振信號(hào)產(chǎn)生電路原理圖。本發(fā)明的基本原理是利用脈沖信號(hào)激勵(lì)檢測線圈，通過電容諧振，在線圈中產(chǎn)生數(shù)倍于激勵(lì)信號(hào)的諧振高電壓，實(shí)現(xiàn)能量聚焦功能，從而實(shí)現(xiàn)高提離值下的檢測效果，并且通過檢測線圈來感知脈沖諧振渦流場的變化，從而判斷裂紋存在與否。
電路部分采用9V堿性(NEDA 1604A)電池供電；MAX639作為電源管理芯片用以產(chǎn)生+5V芯片供電電壓；采用ICL7660芯片對5v電壓做處理產(chǎn)生-5v電壓，提供數(shù)據(jù)處理放大功能所需；脈沖發(fā)生電路主要由NE555芯片、電位器、開關(guān)二極管和電容組成1)采用模擬電路產(chǎn)生脈沖方波信號(hào)，方波占空比為0.01％-99.99％可調(diào)，脈沖頻率設(shè)置為0.01～100kHz，電壓在0.01～2000V。功率放大部分，脈沖發(fā)生以后，其自身功率不夠，不足以觸發(fā)線圈傳感器的諧振，不能夠長時(shí)間直接給線圈傳感器提供能量，所以需要脈沖驅(qū)動(dòng)電路來完成能量供給，主要由PNP型的9012和NPN型的9013三極管、開關(guān)二極管和大容量的電解電容組成，其中三極管的開關(guān)狀態(tài)由脈沖發(fā)生電路控制。當(dāng)控制脈沖為高電平時(shí)，9013導(dǎo)通，同時(shí)，9012也導(dǎo)通，通過開關(guān)二極管向激勵(lì)線圈注入電流；當(dāng)控制脈沖為低電平時(shí)，9013關(guān)斷，進(jìn)而9012也關(guān)斷，同時(shí)由于開關(guān)二極管的存在，使得激勵(lì)線圈中的能量與外界隔絕，產(chǎn)生自激振蕩。峰值采樣，檢測信號(hào)中的部分峰值點(diǎn)是檢測靈敏點(diǎn)，設(shè)計(jì)電路的過程是把這些點(diǎn)作為模擬信號(hào)采集，系統(tǒng)采用LS123芯片產(chǎn)生對應(yīng)相位的矩形窗口，可以對信號(hào)起到關(guān)斷的作用，當(dāng)檢測點(diǎn)來臨時(shí)，通過窗口打開電路；當(dāng)檢測點(diǎn)經(jīng)過后，再關(guān)斷電路。通過示波器或者采集卡，完整的采集相關(guān)檢測信號(hào)。
線圈傳感器部分線圈傳感器材料為EE19A錳鋅功率鐵氧體；線圈傳感器磁心采用E型結(jié)構(gòu)，E型磁心兩側(cè)纏繞激勵(lì)線圈，中間纏繞檢測線圈；或者兩側(cè)纏繞檢測線圈，中間纏繞激勵(lì)線圈；銅線采用線徑為0.057的漆包線；線圈傳感器封裝外套采用尼龍，內(nèi)部用Q/320481KD-001-2001單包裝室溫固化硅橡膠固化，在常溫下即可。
測試方法
1)采用模擬電路產(chǎn)生脈沖方波信號(hào)，方波占空比為0.01％-99.99％可調(diào)，脈沖頻率設(shè)置為0.01～100kHz，電壓在0.01～2000V；2)將脈沖方波信號(hào)輸入激勵(lì)線圈，配合并聯(lián)諧振電容進(jìn)行振蕩，使其產(chǎn)生一種幅度值大于激勵(lì)信號(hào)幅度值的衰減振蕩信號(hào)；3)在工件表面移動(dòng)線圈傳感器，保持提離值在10倍于線圈傳感器直徑范圍內(nèi)，掃查速度在10m/s以內(nèi)進(jìn)行檢測；4)通過檢測線圈獲得檢測電壓，并通過示波器或采集卡獲得檢測線圈信號(hào)的波形；5)對所得波形采用如下方法進(jìn)行分析判斷a.對示波器所得波形從幅度角度進(jìn)行判斷，即當(dāng)檢測信號(hào)超過標(biāo)準(zhǔn)試樣閥值時(shí)，認(rèn)為其有裂紋缺陷，如圖3所示；b.對示波器所得波形通過相位的反轉(zhuǎn)來判斷，檢測信號(hào)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)則認(rèn)定為有裂紋缺陷，如圖4所示；c.對示波器所得波形通過幅頻來判斷，在有裂紋出現(xiàn)的情況下，其低頻成分會(huì)增多，形成的頻譜包絡(luò)線將會(huì)變化，即可認(rèn)定有裂紋缺陷；d.對示波器所得波形通過斜率來判斷，當(dāng)有裂紋存在的時(shí)刻，檢測信號(hào)的過零點(diǎn)，該點(diǎn)前后點(diǎn)斜率會(huì)出現(xiàn)由正到負(fù)的變化，即可認(rèn)定有裂紋缺陷，如圖5所示；e.對采集卡所得波形通過包絡(luò)線來進(jìn)行判斷，在有裂紋出現(xiàn)的情況下，檢測信號(hào)的包絡(luò)線會(huì)出現(xiàn)明顯的局部塌陷效果，從而可以判斷存在裂紋缺陷。
以下實(shí)施例均采用幅度值作為判據(jù)。
實(shí)施例1(1)檢測裂紋寬度為0.3mm，深度為2mm，1mm，0.5mm標(biāo)準(zhǔn)渦流檢測裂紋試樣(2)傳感器探頭以0.5m/s速度掃過裂紋，提離高度為2.5mm(3)獲得檢測數(shù)據(jù)如表所示

實(shí)施例2(1)檢測裂紋寬度為0.9mm-1.5mm連續(xù)變化，長度為150mm車輪輪轂切塊凹槽處裂紋，輪轂凹槽表面附著有2-3mm膩?zhàn)雍头冷P漆，表面粗糙(2)傳感器探頭以2.5m/s速度掃過裂紋，提離高度為4.5mm(3)獲得檢測數(shù)據(jù)如表所示

實(shí)施例3(1)檢測裂紋寬度為0.9mm-1.5mm連續(xù)變化，長度為150mm車輪輪轂切塊凹槽處裂紋，輪轂凹槽表面附著有2-3mm膩?zhàn)雍头冷P漆，表面粗糙(2)傳感器探頭以1.5m/s速度掃過裂紋，提離高度為6.5mm(3)獲得檢測數(shù)據(jù)如表所示

實(shí)施例4(1)檢測裂紋寬度為0.5mm-1.0mm連續(xù)變化，長度為250mm完整車輪輪轂凹槽處裂紋，輪轂凹槽表面附著有2.5mm膩?zhàn)雍头冷P漆，表面粗糙(2)傳感器探頭以1.5m/s速度掃過裂紋，提離高度為6.5mm(3)獲得檢測數(shù)據(jù)如表所示

實(shí)施例5(1)檢測內(nèi)燃機(jī)閥口出現(xiàn)的均為極其細(xì)小的微細(xì)裂紋，分布在閥口的邊緣，裂紋寬度為0.05mm-0.1mm連續(xù)變化，長度為8mm，表面粗糙有防銹漆(2)傳感器探頭以0.3m/s速度掃過裂紋，提離高度為1.0mm(3)獲得檢測數(shù)據(jù)如表所示

上述方式只是本發(fā)明的一些具體實(shí)施方式
，對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明公開了使用方法和原理的基礎(chǔ)上，很容易做出各種類型的改進(jìn)或變形，而不僅限于本發(fā)明上述具體實(shí)施方式
所描述的方法，因此前面描述的方式只是說明，而并不具有限制性的意義。
權(quán)利要求
1.一種表面裂紋的檢測方法，其特征在于該檢測方法包括以下步驟1)采用模擬電路產(chǎn)生脈沖方波信號(hào)，方波占空比為0.01％-99.99％可調(diào)，脈沖頻率設(shè)置為0.01～100kHz，電壓在0.01～2000V；2)將脈沖方波信號(hào)輸入激勵(lì)線圈，配合并聯(lián)諧振電容進(jìn)行振蕩，使其產(chǎn)生一種幅度值大于激勵(lì)信號(hào)幅度值的衰減振蕩信號(hào)；3)在工件表面移動(dòng)線圈傳感器，保持提離值在10倍于線圈傳感器直徑范圍內(nèi)，掃查速度在10m/s以內(nèi)進(jìn)行檢測；4)通過檢測線圈獲得檢測電壓，并通過示波器或采集卡獲得檢測線圈信號(hào)的波形；5)對所得波形采用如下方法進(jìn)行分析判斷a.對示波器所得波形從幅度角度進(jìn)行判斷，即當(dāng)檢測信號(hào)超過標(biāo)準(zhǔn)試樣閥值時(shí)，認(rèn)為其有裂紋缺陷；b.對示波器所得波形通過相位的反轉(zhuǎn)來判斷，檢測信號(hào)出現(xiàn)相位反轉(zhuǎn)則認(rèn)定為有裂紋缺陷；c.對示波器所得波形通過幅頻來判斷，在有裂紋出現(xiàn)的情況下，其低頻成分會(huì)增多，形成的頻譜包絡(luò)線將會(huì)變化，即可認(rèn)定有裂紋缺陷；d.對示波器所得波形通過斜率來判斷，當(dāng)有裂紋存在的時(shí)刻，檢測信號(hào)的過零點(diǎn)，該點(diǎn)前后點(diǎn)斜率會(huì)出現(xiàn)由正到負(fù)的變化，即可認(rèn)定有裂紋缺陷；e.對采集卡所得波形通過包絡(luò)線來進(jìn)行判斷，在有裂紋出現(xiàn)的情況下，檢測信號(hào)的包絡(luò)線會(huì)出現(xiàn)明顯的局部塌陷效果，從而可以判斷存在裂紋缺陷。
2.按照權(quán)利要求1所述的表面裂紋的檢測方法，其特征在于所述的線圈傳感器磁心采用E型結(jié)構(gòu)，E型磁心兩側(cè)纏繞激勵(lì)線圈，中間纏繞檢測線圈；或者兩側(cè)纏繞檢測線圈，中間纏繞激勵(lì)線圈。
全文摘要
一種表面裂紋的諧振渦流檢測方法，屬于鐵磁性材料的無損電磁檢測領(lǐng)域。本發(fā)明利用諧振電路產(chǎn)生脈沖諧振信號(hào)，激勵(lì)傳感器線圈，通過檢測線圈獲得渦流場來判斷裂紋缺陷的存在。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于大大提高了檢測時(shí)的提離高度，并且克服了粗糙表面對于檢測的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)在線檢測，完成了傳統(tǒng)渦流檢測所不能夠完成的粗糙表面裂紋檢測，且信號(hào)判據(jù)豐富，處理方法簡單，儀器的信噪比高。本發(fā)明所述方法和裝置，拓展了傳統(tǒng)渦流檢測，脈沖渦流檢測的概念和運(yùn)用，擴(kuò)大了使用廣泛性，特別在激勵(lì)方式上一種新型的手段，賦予了渦流檢測更廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N27/90GK1924568SQ200610113299
公開日2007年3月7日 申請日期2006年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月22日
發(fā)明者李路明, 黃剛, 郝紅偉 申請人:清華大學(xué)