一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置，该方法包括以下步骤：S1、将环件和超声相控阵探头均置于收集槽内，探头与环件外圆面之间设有一定提离距离；S2、检测环件近外圆面的内部缺陷：设置探头的聚焦深度为环件壁厚δ的一半，开始检测，环件绕其轴线每间隔一定时间Δt旋转一定角度α，每次旋转后重复检测，直至环件旋转一圈为止，然后超声相控阵探头沿环件轴向向下移动距离Δz，重复检测，直到超声相控阵探头移动到环件底部边缘为止；S3、检测环件近内孔面的内部缺陷：设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ，其余同步骤S2，即完成环件的超声信号采集和记录。本发明专利技术能有效地检测出环件内部各个方向上的缺陷。

A nondestructive testing method and device for ultrasonic phased array of ring parts

The invention discloses a ring automatic phased array ultrasonic nondestructive detection method and device, the method comprises the following steps: S1, the ring and the ultrasonic phased array probe are placed in a collecting tank, a lifting distance is arranged between the probe and the ring outer surface; S2, detecting ring near the outer circular surface of the internal defects: set the probe is half of the depth of focus, ring wall thickness delta start detection ring around its axis intervals t rotation angle alpha, each rotation after repeated testing, until the ring rotates a circle, and then the ultrasonic phased array probe along the ring axial downward moving distance of delta Z, repeat detection until the ultrasonic phased array probe is moved to the bottom edge of the ring so far; S3, detecting ring near the inner hole surface of internal defects: setting the depth of focus ultrasonic phased array probe for ring wall thickness Delta, the remaining synchronous S2 That is to complete the acquisition and recording of the ultrasonic signal of the ring. The invention can effectively detect the defects in each direction of the inner ring.

【技术实现步骤摘要】
一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置
本专利技术属于超声波无损检测
，具体涉及一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置，适用于各种尺寸环件的自动化检测。
技术介绍
环件被广泛应用于机械、汽车、火车、船舶、石油化工、航空航天、发电等工业领域，主要包含有轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮及轮箍、燃汽轮机环等各类环件。近些年来，随着工业的发展，各行业对环件的需求量越来越大、性能要求也越来越高。环件在加工过程中容易出现裂纹、折叠、白点、缩孔、夹杂等缺陷，需要在环件成形后进行检测。目前环件的检测方法主要是在半精加工后进行人工超声波检测，利用直探头、斜探头、双晶探头对环件的端面和外圆面进行人工检测。然而，人工检测存在很多局限性和缺点，越来越不能满足环件生产的速度和精度要求。因此环锻厂迫切地希望引入超声波自动化检测系统来检测环件的质量。目前超声波自动化检测系统在环件质量的无损检测中应用甚少，其研究主要集中在水浸B扫描和C扫描自动检测系统，根据探头的声束直径，规定相应的扫描步进量，进行自动成像检测。但存在的问题是，无论采取直探头亦或是聚焦探头，其声束传播方向均垂直于环件端面或外圆面，而环件内部缺陷并无方向性，当缺陷的延伸方向与声束的传播方向不一致，尤其是形成45°夹角时，直探头或聚焦探头的检测精度会有所下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置，它能实现环件超声自动化无损检测，可以有效地检测出环件内部各个方向上的缺陷，并保证检测的高效率和高精度。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环件自动化超声相控阵无损检测方法，包括以下步骤：S1、将环件和超声相控阵探头均置于装有耦合剂的收集槽内，环件可绕其自身轴线旋转，超声相控阵探头可沿环件轴向做直线运动，超声相控阵探头的初始位置位于环件外圆面上方边缘，超声相控阵探头与环件外圆面之间设有一定提离距离，超声相控阵探头与一超声相控阵检测仪连接，所述超声相控阵检测仪与一工控机连接；S2、检测环件近外圆面的内部缺陷：S201、设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ的一半；S202、超声相控阵检测仪根据探头类型和阵元数时序激励超声相控阵探头发射超声信号，在环件内部形成扇形扫查区，同时通过超声相控阵探头将接收到的超声反射回波信号传输给工控机，形成一段扇形扫查截面图，当环件内部存在缺陷时，超声反射回波在缺陷处形成缺陷回波，根据缺陷回波的位置和幅值可以确定缺陷的深度和尺寸，并将缺陷的深度和尺寸反应在工控机的扇形扫查截面图中；S203、环件绕其轴线每间隔一定时间Δt旋转一定角度α，每次旋转后重复步骤S202，直至环件旋转一圈为止；S204、超声相控阵探头沿环件轴向向下移动距离Δz，50％S≤Δz≤85％S，S为超声相控阵探头的覆盖区宽度，重复步骤S202和步骤S203，直到超声相控阵探头移动到环件底部边缘为止；S3、检测环件近内孔面的内部缺陷：设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ，重复步骤S202-S204，即完成环件的超声信号采集和记录。按上述技术方案，步骤S1中，超声相控阵探头与环件外圆面之间的提离距离为2～3mm。按上述技术方案，骤S203中，Δt为0.02s，α为0.5°～1°。按上述技术方案，所述超声相控阵探头为角度声束超声相控阵探头，其聚焦类型为扇形，聚焦方式为真实深度，波型为横波，角度声束探头的最小角度θ1为30°～40°、最大角度θ2为50°～65°。相应的，本专利技术还提供一种用于实现上述环件自动化超声相控阵无损检测方法的环件自动化超声相控阵无损检测装置，包括装有耦合剂的收集槽、设置在所述收集槽内的回转检测平台、驱动所述回转检测平台绕其自身轴线旋转的R轴伺服电机、z轴线性模组、驱动所述z轴线性模组沿回转检测平台轴向移动的z轴伺服电机、安装在所述z轴线性模组上的超声相控阵探头、与所述超声相控阵探头连接的超声相控阵检测仪、与所述超声相控阵检测仪连接的工控机以及与所述工控机连接的控制柜，所述控制柜与R轴伺服电机和z轴伺服电机连接，环件同轴向固定设置在回转检测平台上，所述超声相控阵探头的初始位置位于环件外圆面上方边缘，超声相控阵探头与环件外圆面之间设有一定提离距离。按上述技术方案，该装置还包括x轴线性模组、y轴线性模组、x轴伺服电机和y轴伺服电机，所述x轴伺服电机和y轴伺服电机分别与控制柜连接，所述x轴伺服电机用于驱动y轴线性模组在x轴线性模组上做横向移动，所述y轴伺服电机用于驱动z轴线性模组在y轴线性模组上做纵向移动，所述横向和纵向相互垂直且构成的平面与回转检测平台的轴线垂直。按上述技术方案，该装置还包括噪声滤波器，所述噪声滤波器设置在控制柜与所有伺服电机之间。按上述技术方案，所述回转检测平台上设置用于固定环件的三爪卡盘。按上述技术方案，所述z轴线性模组上设置有用于安装超声相控阵探头的探头夹具。按上述技术方案，所述耦合剂为水。本专利技术，具有以下有益效果：本专利技术采用超声相控阵探头在环件外圆面对环件进行扇形扫查，同一高度只用聚焦两次不同深度即可，第一次聚焦深度为环件壁厚的一半，主要检测近外圆面环件内部缺陷，第二次聚焦深度为环件的厚度，主要检测近内孔面环件内部缺陷，探头只需在环件轴向移动即可。本专利技术实现环件超声自动化无损检测，能有效地检测出环件内部各个方向上的缺陷，并保证检测的高效率和高精度。环件内部缺陷并无方向性，当缺陷的延伸方向与声束的传播方向不一致，尤其是倾斜角为45°的缺陷，采用本专利技术形成扇形扫查区，与法相夹角的方向上均有声波传播，当缺陷存在方向性时，总有与缺陷延伸方向一致的发射波，可使得缺陷反射波沿原路径返回，并被探头所接收，能利用锻件缺陷回波相关公式精确计算缺陷的尺寸和位置，大大提高检测精度，降低漏检率，本专利技术能有效检测出倾斜角为45°的平底孔缺陷。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术中环件自动化超声相控阵无损检测装置的结构示意图；图2是本专利技术的超声相控阵扫查原理示意图；图3是本专利技术中探头位移示意图；图4是本专利技术在检测倾斜角为45°的平底孔缺陷时的原理图。图中：1-机架、2-y轴线性模组、3-z轴线性模组、4-x轴线性模组、5-X轴伺服电机、6-噪声滤波器、7-控制柜、8-工控机、9-超声相控阵检测仪、10-探头夹具、11-超声相控阵探头、12-环件、13-R轴伺服电机、14-回转检测平台、15-三爪卡盘、16-收集槽。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的较佳实施例中，如图1-图3所示，一种环件自动化超声相控阵无损检测方法，包括以下步骤：S1、将环件12和超声相控阵探头11均置于装有耦合剂的收集槽16内，环件12可绕其自身轴线旋转，超声相控阵探头11可沿环件12轴向做直线运动，超声相控阵探头11的初始位置位于环件12外圆面上方边缘，超声相控阵探头11与环件12外圆面之间设有一定提离距离，超声相控阵探头11与一超声相控阵检测仪9连接，超声相控阵检测仪9与一工控机8连接；S2、检测环件12近外圆面的内部缺陷：S201、设置超声相控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环件自动化超声相控阵无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将环件和超声相控阵探头均置于装有耦合剂的收集槽内，环件可绕其自身轴线旋转，超声相控阵探头可沿环件轴向做直线运动，超声相控阵探头的初始位置位于环件外圆面上方边缘，超声相控阵探头与环件外圆面之间设有一定提离距离，超声相控阵探头与一超声相控阵检测仪连接，所述超声相控阵检测仪与一工控机连接；S2、检测环件近外圆面的内部缺陷：S201、设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ的一半；S202、超声相控阵检测仪根据探头类型和阵元数时序激励超声相控阵探头发射超声信号，在环件内部形成扇形扫查区，同时通过超声相控阵探头将接收到的超声反射回波信号传输给工控机，形成一段扇形扫查截面图，当环件内部存在缺陷时，超声反射回波在缺陷处形成缺陷回波，根据缺陷回波的位置和幅值可以确定缺陷的深度和尺寸，并将缺陷的深度和尺寸反应在工控机的扇形扫查截面图中；S203、环件绕其轴线每间隔一定时间Δt旋转一定角度α，每次旋转后重复步骤S202，直至环件旋转一圈为止；S204、超声相控阵探头沿环件轴向向下移动距离Δz，50％S≤Δz≤85％S，S为超声相控阵探头的覆盖区宽度，重复步骤S202和步骤S203，直到超声相控阵探头移动到环件底部边缘为止；S3、检测环件近内孔面的内部缺陷：设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ，重复步骤S202‑S204，即完成环件的超声信号采集和记录。...

【技术特征摘要】
1.一种环件自动化超声相控阵无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将环件和超声相控阵探头均置于装有耦合剂的收集槽内，环件可绕其自身轴线旋转，超声相控阵探头可沿环件轴向做直线运动，超声相控阵探头的初始位置位于环件外圆面上方边缘，超声相控阵探头与环件外圆面之间设有一定提离距离，超声相控阵探头与一超声相控阵检测仪连接，所述超声相控阵检测仪与一工控机连接；S2、检测环件近外圆面的内部缺陷：S201、设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ的一半；S202、超声相控阵检测仪根据探头类型和阵元数时序激励超声相控阵探头发射超声信号，在环件内部形成扇形扫查区，同时通过超声相控阵探头将接收到的超声反射回波信号传输给工控机，形成一段扇形扫查截面图，当环件内部存在缺陷时，超声反射回波在缺陷处形成缺陷回波，根据缺陷回波的位置和幅值可以确定缺陷的深度和尺寸，并将缺陷的深度和尺寸反应在工控机的扇形扫查截面图中；S203、环件绕其轴线每间隔一定时间Δt旋转一定角度α，每次旋转后重复步骤S202，直至环件旋转一圈为止；S204、超声相控阵探头沿环件轴向向下移动距离Δz，50％S≤Δz≤85％S，S为超声相控阵探头的覆盖区宽度，重复步骤S202和步骤S203，直到超声相控阵探头移动到环件底部边缘为止；S3、检测环件近内孔面的内部缺陷：设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ，重复步骤S202-S204，即完成环件的超声信号采集和记录。2.根据权利要求1所述的环件自动化超声相控阵无损检测方法，其特征在于，步骤S1中，超声相控阵探头与环件外圆面之间的提离距离为2～3mm。3.根据权利要求1所述的环件自动化超声相控阵无损检测方法，其特征在于，步骤S203中，Δt为0.02s，α为0.5°～1°。4.根据权利要求1所述的环件自动化超声相控阵无损检测方法，其特征在于，所述超声相控阵探头为角度声束超声相控阵探头，...

【专利技术属性】
技术研发人员：华林，王彬，汪小凯，钱东升，何溪明，张勇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42