用于檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲缺陷的超聲波特征成像檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲缺陷的超聲波特征成像檢測(cè)裝置,包括水平基座、外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)、壓緊定位機(jī)構(gòu)和檢測(cè)系統(tǒng);通過安裝在外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)、壓緊定位機(jī)構(gòu)與檢測(cè)系統(tǒng)的合理步驟,實(shí)現(xiàn)輸送、定位與檢測(cè)同步,其檢測(cè)速度快,可靠性,自動(dòng)化程度高,可以有效的檢測(cè)出外方內(nèi)圓鎧甲內(nèi)表面、外表面以及內(nèi)部大于φ0.5mm平底孔的缺陷。
【專利說明】用于檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲缺陷的超聲波特征成像檢測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種成像檢測(cè)裝置,尤其涉及一種用于檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲缺陷的超聲波特征成像檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超導(dǎo)線的保護(hù)外套(簡(jiǎn)稱鎧甲)由外方內(nèi)圓的不銹鋼管制造,因其內(nèi)部通有液氮,并在盤繞成線圈時(shí)受彎曲變形,對(duì)其質(zhì)量要求十分嚴(yán)格。然而對(duì)外方內(nèi)圓鎧甲的檢測(cè)存在以下難點(diǎn):
(1)高衰減:超聲波在奧氏體不銹鋼中傳播時(shí),其衰減主要由兩部分組成,即吸收和散射,純吸收主要與探頭的頻率有關(guān)。一般可通過增強(qiáng)發(fā)射電壓和增益及選擇合適的探頭來減少吸收衰減帶來的影響。一般比較難以解決的是散射帶來的影響,這是由于散射在反射波中不僅減小了缺陷和底面反射波的高度,而且產(chǎn)生了很多傳播時(shí)間不同的反射波,即所謂的林狀回波,而真正的反射波隱匿在其中。
[0003]奧氏體不銹鋼作為聲學(xué)各向異性的材料,其粗大晶粒組織及枝狀晶體結(jié)構(gòu)對(duì)超聲波的傳播影響很大,高衰減伴隨著強(qiáng)烈的晶界散射使得超聲波檢驗(yàn)這種材料時(shí)信噪比很低,給檢驗(yàn)帶來很大的困難。
[0004](2)定位困難:由于聲速在各方向上的差異,定位也顯得十分困難
(3)異形結(jié)構(gòu),由于是外方內(nèi)圓的結(jié)構(gòu),屬于變截面結(jié)構(gòu),底波反射波位置不同,導(dǎo)致定位困難。
[0005]因此,為了克服以上難點(diǎn),保證外方內(nèi)圓鎧甲的質(zhì)量十分重要。但現(xiàn)在檢測(cè)方法主要采用的是人工A掃描的方式,工作量大,效率低下,可靠性差。故而需要研究并開發(fā)一套自動(dòng)化的外方內(nèi)圓鎧甲的超聲波檢測(cè)系統(tǒng)。
[0006]采取特征掃描的方法,利用計(jì)算機(jī)全波列采集檢測(cè)信號(hào),提取和存儲(chǔ)許多特征,經(jīng)過信號(hào)處理后,按多種特征進(jìn)行成像顯示,這里所說的特征是指超聲波信號(hào)的特征,包括超聲波的上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈沖周期和頻譜特征等。
[0007]特征掃描成像是由傳統(tǒng)的C掃描成像發(fā)展起來的。在做復(fù)合材料的C掃描檢測(cè)時(shí),由于來自疊層和纖維的多個(gè)回波及信號(hào)衰減的影響,設(shè)定閾值比較困難,因而開發(fā)了特征掃描成像技術(shù)。由于C掃描只注意超聲波形的一個(gè)主要特征一幅度,所以可認(rèn)為C掃描是特征掃描的子集。
[0008]特征掃描集成了 C、B掃描的優(yōu)點(diǎn)和功能,但特征掃描的檢測(cè)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過C、B掃描。除了檢測(cè)局部缺陷外,還能夠?qū)z測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、數(shù)字濾波;通過各種特征量的提取和重構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)缺陷的自動(dòng)識(shí)別,從而提高了定量的精度。
[0009]特征掃描技術(shù)的關(guān)鍵是缺陷特征的研究和確定,需要專用換能器提取復(fù)合材料內(nèi)部的檢測(cè)信息,利用數(shù)字化技術(shù)全波列采集檢測(cè)信號(hào),并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)里邊,通過計(jì)算機(jī)完成對(duì)信號(hào)的各種處理,并以圖像方式顯示各種特征參量。
[0010]本發(fā)明裝置采用特征掃描的方式進(jìn)行成像檢測(cè),提高了效率,克服了檢測(cè)難點(diǎn)并增強(qiáng)了可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]本發(fā)明的目的在于:為提高檢測(cè)效率,克服檢測(cè)難點(diǎn),提供一種檢測(cè)速度快、可靠性強(qiáng)、可以有效的檢測(cè)出外方內(nèi)圓鎧甲內(nèi)表面、外表面和內(nèi)部裂紋及缺陷的超聲波特征成像檢測(cè)裝置。
[0012]本發(fā)明包括外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)、壓緊定位機(jī)構(gòu)和檢測(cè)系統(tǒng),其中外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)及壓緊定位機(jī)構(gòu)設(shè)置在輔助機(jī)架A、B、C、D、E、F之上,且保證機(jī)架在同一水平基座上,檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)置在中間,各部分均通過控制裝置控制,協(xié)調(diào)配合,即可完成外方內(nèi)圓鎧甲特征成像檢測(cè)操作。現(xiàn)將其功能、結(jié)構(gòu)組成和工作情況分述如下:
1、外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)。主要起輸送作用,將鎧甲沿作業(yè)線自由傳送。它包括在檢測(cè)系統(tǒng)兩側(cè)對(duì)稱布置的四套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由四組主傳動(dòng)電機(jī)、減速器、連桿和輸送輥構(gòu)成。主傳動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)減速器輸出端的連桿旋轉(zhuǎn),通過連桿再將動(dòng)力傳輸給中間輸送輥,兩側(cè)的四組主傳動(dòng)電機(jī)同時(shí)工作帶動(dòng)四組輸送輥同樣地同時(shí)同方向旋轉(zhuǎn)。因此,置于輸送輥上的外方內(nèi)圓鎧甲即隨電機(jī)的正反轉(zhuǎn)而左右自由輸送。
[0013]2、壓緊定位機(jī)構(gòu)。用來將待檢測(cè)鎧甲移動(dòng)穩(wěn)定,同時(shí)控制移動(dòng)時(shí)工件的抖動(dòng)。在四組機(jī)架上分別布置四個(gè)壓輪,并將壓輪固定在水平板上,通過垂直移動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),通過垂直連桿帶動(dòng)水平板上下移動(dòng),從而使固定在水平板上的壓輪自由的上下移動(dòng)。四組水平板應(yīng)在同一高度,以保證待檢測(cè)鎧甲水平、穩(wěn)定的移動(dòng)。
[0014]3、外方內(nèi)圓鎧甲檢測(cè)系統(tǒng)。主要起獲取檢測(cè)信號(hào)的作用,將獲取的信號(hào)輸入計(jì)算機(jī),通過超聲波特征掃描成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成像。它包括二組相控陣探頭、固定探頭的圓形安裝環(huán)、水箱、入水管、探頭支撐板構(gòu)成。在兩個(gè)圓形安裝環(huán)上設(shè)有定位孔,將二組相控陣探頭安裝于圓形安裝環(huán)上,以保證相控陣探頭與工件通過孔有相同的同心度,待檢測(cè)鎧甲輸送穿過圓形安裝環(huán)上的相控陣探頭,相控陣探頭與待檢測(cè)鎧甲表面通過介質(zhì)水進(jìn)行耦合,通過入水管使上下水循環(huán)以保證檢測(cè)用水箱中水位浸沒探頭,檢測(cè)用相控陣探頭發(fā)出超聲波信號(hào)發(fā)射至工件,超聲波在工件傳播時(shí)遇到不同介質(zhì)(如裂紋)會(huì)發(fā)生反射,相控陣探頭同時(shí)接收來自軸承中超聲波反射信號(hào),并轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后進(jìn)入模擬放大電路,由模擬放大電路限壓,放大或衰減后輸出,信號(hào)經(jīng)由接收通路進(jìn)入高速數(shù)據(jù)采集電路,經(jīng)檢波、放大后將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,利用頻譜分析、小波分析等信號(hào)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)信噪分離,提高信噪比,最后利用獲取和處理后的數(shù)字信號(hào),依據(jù)掃描方式和成像原理,開發(fā)具有彩色P顯示功能的成像程序,在計(jì)算機(jī)上重構(gòu)超聲圖像,送顯示緩沖區(qū)后由顯示器來實(shí)現(xiàn)波形和缺陷圖像的顯示。檢測(cè)結(jié)束后自動(dòng)給出檢測(cè)報(bào)告,退出檢測(cè)狀態(tài)。
[0015]檢測(cè)過程中如發(fā)現(xiàn)超標(biāo)的缺陷,系統(tǒng)將通過聲光報(bào)警提示操作者,操作者可以選擇自動(dòng)檢測(cè)過程繼續(xù)進(jìn)行,或者通過手動(dòng)方式強(qiáng)制停機(jī),進(jìn)行手動(dòng)方式的復(fù)檢,或直接判廢處理。
[0016]本發(fā)明裝置檢測(cè)速度快,可靠性,自動(dòng)化程度高,可以有效的檢測(cè)出外方內(nèi)圓鎧甲內(nèi)表面、外表面以及內(nèi)部大于Φ0.5_平底孔的缺陷。由于使用成像檢測(cè)的方法,定量的精度和缺陷檢出率大大提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2和3是機(jī)架A、F結(jié)構(gòu)示意圖(二者結(jié)構(gòu)相同),圖2是主視圖;圖3是側(cè)視圖;
圖4和5是機(jī)架B、C、D、E結(jié)構(gòu)不意圖(四者結(jié)構(gòu)相同),圖4是主視圖;圖5是側(cè)視圖; 圖6和7是本發(fā)明所述檢測(cè)系統(tǒng)不意圖,圖6是主視圖,圖7是側(cè)視圖;
圖8是檢測(cè)系統(tǒng)中相控陣探頭布置示意圖;
圖9是相控陣探頭示意圖;
圖10是外方內(nèi)圓銷甲不意圖;
圖11是外方內(nèi)圓鎧甲剖視圖;
下面就參考標(biāo)號(hào)進(jìn)行說明:
1.外方內(nèi)圓鎧甲;21.機(jī)架A;22.機(jī)架B;23.機(jī)架C ;24.機(jī)架D ;25.機(jī)架E;26.機(jī)架F;3.水平基座;4.壓緊定位機(jī)構(gòu);5.檢測(cè)系統(tǒng);201.支撐柱I ;202.支撐板I ;203.輸送輥I ;401.支撐柱II ;402.支撐板II ;403.輸送輥II ;404.主傳動(dòng)電機(jī);405.減速器;406.連桿;407.壓輪;408.水平板;409.絲杠;410.垂直連桿;411.垂直移動(dòng)電機(jī);601.水箱;602.工作臺(tái);603.支承輥;604.檢測(cè)用水箱;605.入水管;18.圓形安裝環(huán);19.相控陣探頭;20.探頭支撐板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖,對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019]如圖1所示,本發(fā)明所述超聲波特征成像檢測(cè)裝置包括水平基座3、外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)、壓緊定位機(jī)構(gòu)4和檢測(cè)系統(tǒng)5 ;在水平基座上的安裝機(jī)架A21、機(jī)架B22、機(jī)架C23、機(jī)架D24、機(jī)架E25、機(jī)架F26,保證六組機(jī)架在同一水平線上,機(jī)架B22和機(jī)架C23為同相安裝,機(jī)架D24、機(jī)架E25的安裝方向與機(jī)架B22、機(jī)架C23的安裝方向相反,在機(jī)架B22、機(jī)架C23、機(jī)架D24、機(jī)架E25上分別布置一組縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓緊定位機(jī)構(gòu)4,縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和六組機(jī)架構(gòu)成外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng),在機(jī)架C23和機(jī)架D24之間的水平基座3上安裝檢測(cè)系統(tǒng)5。
[0020]如圖2和3所示,所述機(jī)架A21和機(jī)架F26的結(jié)構(gòu)是:包括安裝在水平基座3上的兩根支撐柱I 201,兩根支撐柱I 201頂端架設(shè)支撐板I 202,在支撐板I 202上安裝輸送輥 I 203。
[0021]如圖4和5所示,所述機(jī)架B22、機(jī)架C23、機(jī)架D24、機(jī)架E25的結(jié)構(gòu)是:包括安裝在水平基座3上的兩根支撐柱II 401,在兩根支撐柱II 401的中部架設(shè)支撐板II 402,支撐板II 402上安裝輸送輥II 403和主傳動(dòng)電機(jī)404,主傳動(dòng)電機(jī)404經(jīng)由減速器405和連桿406連接輸送輥II 403 ;在支撐柱II 401的頂部架設(shè)垂直移動(dòng)電機(jī)411和兩根垂直連桿410,垂直連桿410下端連接水平板408,水平板408下表面的中間位置安裝壓輪407,垂直移動(dòng)電機(jī)411的絲桿連接兩根垂直連桿410。
[0022]機(jī)架A21、機(jī)架F26上的輸送輥I 203與機(jī)架B22、機(jī)架C23、機(jī)架D24、機(jī)架E25上的輸送棍II 403、主傳動(dòng)電機(jī)404、減速器405和連桿406 —起構(gòu)成了一組縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。主傳動(dòng)電機(jī)404驅(qū)動(dòng)減速器405旋轉(zhuǎn),帶動(dòng)減速器輸出端的連桿406旋轉(zhuǎn),通過連桿406再將動(dòng)力傳輸給輸送輥II 403,四組主傳動(dòng)電機(jī)404同時(shí)工作帶動(dòng)四組輸送輥II 403同樣地同時(shí)同方向旋轉(zhuǎn),置于輸送棍II 403上的外方內(nèi)圓銷甲即隨主傳動(dòng)電機(jī)404的正反轉(zhuǎn)而左右自由輸送。
[0023]如圖4所示,所述壓緊定位機(jī)構(gòu)4由安裝機(jī)架B22、機(jī)架C23、機(jī)架D24、機(jī)架E25上的四組壓輪407、水平板408、絲杠409、垂直連桿410、垂直移動(dòng)電機(jī)411構(gòu)成。通過垂直移動(dòng)電機(jī)411驅(qū)動(dòng)絲杠409旋轉(zhuǎn),然后通過垂直連桿410帶動(dòng)水平板408上下移動(dòng),從而使固定在水平板408上的壓輪407自由的上下移動(dòng)。四組水平板408應(yīng)在同一高度,以保證待檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲1水平、穩(wěn)定的移動(dòng)。
[0024]如圖6、7、8、9所示,所述檢測(cè)系統(tǒng)5由二組相控陣探頭19、圓形安裝環(huán)18、探頭支撐板20、水箱601、工作臺(tái)602、支承輥603、檢測(cè)用水箱604、入水管605和用于處理相控陣探頭19所獲取的信號(hào)的超聲特征掃描成像系統(tǒng)構(gòu)成,在水平基座3上安裝水箱601,水箱601上架設(shè)工作臺(tái)602,在工作臺(tái)602上安裝用于支撐外方內(nèi)圓鎧甲1的支承輥603和檢測(cè)用水箱604,檢測(cè)用水箱604通過入水管605與水箱601循環(huán),檢測(cè)用水箱604安裝探頭支撐板20,探頭支撐板20的中心位置設(shè)置圓形安裝環(huán)18,圓形安裝環(huán)18上設(shè)有定位孔,通過固定元件將二組相控陣探頭19安裝于圓形安裝環(huán)18上,定位孔的高度與支承輥603的高度一致,以保證相控陣探頭19與外方內(nèi)圓鎧甲1通過孔有相同的同心度,待檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲1輸送穿過圓形安裝環(huán)18上的相控陣探頭19,相控陣探頭19與待檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲1表面通過介質(zhì)水進(jìn)行耦合,通過入水管605使上下水循環(huán)以保證檢測(cè)用水箱604水位浸沒相控陣探頭19,檢測(cè)用相控陣探頭19發(fā)出超聲波信號(hào)發(fā)射至工件,超聲波在工件被傳播時(shí)遇到不同介質(zhì)(如裂紋)會(huì)反射,相控陣探頭19同時(shí)接收來自軸承中超聲波反射信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后進(jìn)入模擬放大電路,由模擬放大電路限壓,放大或衰減后輸出,信號(hào)經(jīng)由接收通路進(jìn)入高速數(shù)據(jù)采集電路,經(jīng)檢波、放大后將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,利用頻譜分析、小波分析等信號(hào)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)信噪分離,提高信噪比,最后利用獲取和處理后的數(shù)字信號(hào),依據(jù)掃描方式和成像原理,開發(fā)具有彩色P顯示功能的成像程序,在計(jì)算機(jī)上重構(gòu)超聲圖像,送顯示緩沖區(qū)由顯示器來實(shí)現(xiàn)波形和缺陷圖像的顯示。
[0025]本發(fā)明的工作原理是:將外方內(nèi)圓鎧甲1放在檢測(cè)系統(tǒng)5—側(cè)的機(jī)架上,啟動(dòng)垂直移動(dòng)電機(jī)410驅(qū)動(dòng)絲杠409帶動(dòng)壓輪407向下固定外方內(nèi)圓鎧甲1,通過縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu),將外方內(nèi)圓鎧甲1輸送進(jìn)入檢測(cè)用水箱604,同時(shí)要保證檢測(cè)用水箱604內(nèi)水位要浸沒相控陣探頭19和外方內(nèi)圓鎧甲1,相控陣探頭19發(fā)出超聲波信號(hào)發(fā)射至工件,超聲波在工件被傳播時(shí)遇到不同介質(zhì)(如裂紋)會(huì)反射,相控陣探頭19同時(shí)接收來自軸承中超聲波反射信號(hào),輸入計(jì)算機(jī),隨著外方內(nèi)圓鎧甲1的傳動(dòng),相控陣探頭19同時(shí)接收信號(hào),通過超聲特征掃描成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成像檢測(cè)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)外方內(nèi)圓鎧甲缺陷的超聲波特征成像檢測(cè)裝置,包括水平基座、外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng)、壓緊定位機(jī)構(gòu)和檢測(cè)系統(tǒng);在水平基座上中間位置安裝檢測(cè)系統(tǒng),檢測(cè)系統(tǒng)兩側(cè)安裝若干組機(jī)架,機(jī)架上布置一組縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓緊定位機(jī)構(gòu),縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)架構(gòu)成外方內(nèi)圓鎧甲輸送系統(tǒng),其特征在于,所述檢測(cè)系統(tǒng)由二組相控陣探頭、圓形安裝環(huán)、探頭支撐板、水箱、工作臺(tái)、支承輥、檢測(cè)用水箱、入水管和用于處理相控陣探頭所獲取的信號(hào)的超聲特征掃描成像系統(tǒng)構(gòu)成,在水平基座上安裝水箱,水箱上架設(shè)工作臺(tái),在工作臺(tái)上安裝用于支撐外方內(nèi)圓鎧甲的支承輥和檢測(cè)用水箱,檢測(cè)用水箱通過入水管與水箱循環(huán),檢測(cè)用水箱安裝探頭支撐板,探頭支撐板的中心位置設(shè)置圓形安裝環(huán),圓形安裝環(huán)上設(shè)有定位孔,通過固定元件將二組相控陣探頭安裝于圓形安裝環(huán)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波特征成像檢測(cè)裝置,其特征在于,所述機(jī)架包括機(jī)架A、機(jī)架B、機(jī)架C、機(jī)架D、機(jī)架E、機(jī)架F,保證六組機(jī)架在同一水平線上,機(jī)架B和機(jī)架C為同相安裝,機(jī)架D、機(jī)架E的安裝方向與機(jī)架B、機(jī)架C的安裝方向相反,在機(jī)架B、機(jī)架C、機(jī)架D、機(jī)架E上分別布置一組縱向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和壓緊定位機(jī)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲波特征成像檢測(cè)裝置,其特征在于,所述機(jī)架B、機(jī)架C、機(jī)架D、機(jī)架E的結(jié)構(gòu)是:包括安裝在水平基座上的兩根支撐柱II,在兩根支撐柱II的中部架設(shè)支撐板II,支撐板II上安裝輸送輥II和主傳動(dòng)電機(jī),主傳動(dòng)電機(jī)經(jīng)由減速器和連桿連接輸送輥II ;在支撐柱II的頂部架設(shè)垂直移動(dòng)電機(jī)和兩根垂直連桿,垂直連桿下端連接水平板,水平板下表面的中間位置安裝壓輪,垂直移動(dòng)電機(jī)的絲桿連接兩根垂直連桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波特征成像檢測(cè)裝置,其特征在于,所述機(jī)架A和機(jī)架F的結(jié)構(gòu)是:包括安裝在水平基座上的兩根支撐柱I,兩根支撐柱I頂端架設(shè)支撐板I,在支撐板I上安裝輸送輥I。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超聲波特征成像檢測(cè)裝置,其特征在于,所述壓緊定位機(jī)構(gòu)由安裝機(jī)架B、機(jī)架C、機(jī)架D、機(jī)架E上的四組壓輪、水平板、絲杠、垂直連桿、垂直移動(dòng)電機(jī)構(gòu)成。
【文檔編號(hào)】G01N29/06GK104359975SQ201410727933
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】陸銘慧, 潘文超, 鄧勇, 邵紅亮, 劉勛豐 申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)