超声相控阵探头及轮齿检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种超声相控阵探头，用于检测轮齿的缺陷，包括探头主体及楔块，所述楔块的顶端与所述探头主体贴合，所述楔块的底端与所述轮齿形状相匹配以与所述轮齿的表面贴合，所述探头主体包括多个沿直线等间距排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述楔块的顶端之间。通过在探头主体的前端设置用于与轮齿的齿面啮合的楔块，以便于所述超声相控阵探头能够在顶面上稳定滑行，使得超声波束能够稳定扫查。基于此，本申请还提供了一种轮齿检测系统，通过编码器记录数据，检测的每一根轮齿都可以保存一条数据，每一次检测均具有可追溯性。溯性。溯性。

【技术实现步骤摘要】
超声相控阵探头及轮齿检测系统


[0001]本技术涉及超声无损检测
，尤其涉及一种超声相控阵探头及轮齿检测系统。

技术介绍

[0002]风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。其中，增速齿轮箱作为风力发电机组的传动系统起到动力传输的作用，叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到风力发电机的发电转速，以供风力发电机能正常发电。因此增速齿轮箱制造的质量控制及在役阶段运维定检保证齿轮箱运行可靠，故障率低，是风机发电机组安全高效运行的保障。
[0003]在增速齿轮箱制造的质量控制检测阶段可采用超声相控阵技术对齿轮箱各种齿轮的轮齿进行检测，可以发现轮齿中的非金属夹杂以及加工和热处理工艺不当产生的裂纹。在役阶段运维定检使用超声相控阵技术检测轮齿，可发现齿轮长时间运行产生的疲劳裂纹、开裂。避免轮齿在运行过程中由于裂纹扩展引起的断齿及最终导致的机组事故危害风机运行安全。
[0004]然而，由于齿轮箱轮齿呈梯形即上窄下宽，使得轮齿的检测面狭窄，超声相控阵探头在轮齿的顶面上无法稳定移动，容易产生噪声干扰检测结果，且超声波束入射角度不稳定，难以稳定扫查轮齿的侧面，导致无法实现对轮齿的全面检测。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种超声相控阵探头及轮齿检测系统，能够克服超声相控阵探头在顶面移动不稳导致噪声干扰的情况，保证探头在顶面稳定滑行的同时保证超声波束入射角度稳定，提高检测效率。
[0006]为了达到上述目的，本技术提供了一种超声相控阵探头，用于检测轮齿的缺陷，包括探头主体及楔块，所述楔块的顶端与所述探头主体贴合，所述楔块的底端与所述轮齿形状相匹配以与所述轮齿的表面贴合，所述探头主体包括多个沿直线等间距排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述楔块的顶端之间。
[0007]可选的，所述楔块的顶端具有一倾斜面，所述倾斜面与所述正电极层贴合，且所述倾斜面与水平面具有一夹角。
[0008]可选的，所述夹角介于15
°-
25
°
之间。
[0009]可选的，所述轮齿呈梯形，所述楔块的底端具有一梯形凹槽，所述梯形凹槽的内壁与所述轮齿的表面贴合。
[0010]可选的，所述负电极层的上方还设置有背衬。
[0011]可选的，所述超声相控阵探头还包括内衬套及外壳，所述外壳用于容纳所述探头主体及部分所述楔块，所述内衬套夹设于所述外壳与所述探头主体之间。
[0012]可选的，所述超声相控阵探头还包括一接线插座，所述外壳的顶部还设置有用于密封所述探头主体的盖板，所述接线插座包括贯穿所述盖板的正极接线端子及负极接线端子，多个所述阵元的正电极层通过多根正极线缆与所述正极接线端子连接，多个所述阵元的负电极层通过多根负极电缆与所述负极接线端子连接。
[0013]可选的，所述阵元的数量为64个，且相邻两个阵元的中心之间的间距介于0.12mm-0.18mm之间。
[0014]可选的，所述压电晶片为压电陶瓷片。
[0015]基于此，本申请还提供了一种轮齿检测系统，包括相控阵超声检测仪、轮齿、编码器及所述的超声相控阵探头，所述超声相控阵探头及所述编码器均与所述相控阵超声检测仪电连接，以使所述超声相控阵探头与所述编码器同步运行，所述相控阵超声检测仪用于控制所述超声相控阵探头发射及接收超声波，所述超声相控阵探头的楔块与所述轮齿接触，所述编码器用于记录所述轮齿的缺陷位置。
[0016]本技术提供了一种超声相控阵探头及轮齿检测系统，与现有技术相比，具有以下的优点和有益效果：
[0017]1)通过在探头主体的前端设置用于与轮齿的齿面啮合的楔块，以便于所述超声相控阵探头能够在顶面上稳定滑行，使得超声波束能够稳定扫查，保证检测的准确度及稳定性，提高检测效率。
[0018]2)利用相控阵聚焦功能，比常规超声检测分辨率更高，成像直观，定位准确。
[0019]3)超声相控阵检测使用编码器记录数据，检测的每一个轮齿都可以保存一条数据，每一次检测均具有可追溯性。
附图说明
[0020]图1为本技术实施例提供的超声相控阵探头的内部结构示意图；
[0021]图2为本技术实施例提供的轮齿检测系统的示意图；
[0022]其中，附图标记为：
[0023]1-相控阵超声检测仪；2-轮齿；3-编码器；4-超声相控阵探头；
[0024]10-轮齿；20-探头主体；30-楔块；40-内衬套；50-外壳；60-接线插座；70-盖板；80-护线套；
[0025]200-压电晶片；210-负电极层；220-正电极层；230-匹配层；240-背衬；
[0026]θ-夹角。
具体实施方式
[0027]下面将结合示意图对本技术的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本技术实施例的目的。
[0028]如图1所示，本实施例提供了一种超声相控阵探头，用于检测轮齿10的缺陷，包括探头主体20及楔块30，所述楔块30的顶端与所述探头主体20贴合，所述楔块30的底端与所述轮齿10形状相匹配以与所述轮齿10的表面贴合，所述探头主体20包括多个沿直线等间距排布的阵元，所述阵元为由负电极层210、压电晶片200、正电极层220及匹配层230由上往下
依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层230位于所述正电极层220与所述楔块30的顶端之间。
[0029]具体的，超声相控阵技术的基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。相控阵雷达是由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制阵列天线中各单元的幅度和相位，调整电磁波的辐射方向，在一定空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的雷达波束。而超声相控阵是由多个独立的压电晶片组成阵列，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调节控制焦点的位置和聚焦的方向。从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。本实施例中，所述超声相控阵探头用于对轮齿10处的内部缺陷进行无损检测，检测频率优选为10MHz。
[0030]本实施例中，所述轮齿10可以是风力发电机的增速齿轮箱中齿轮的轮齿10，所述轮齿10上窄下宽，呈梯形。其中，所述轮齿10的齿高为25mm，齿面宽度为10mm。所述轮齿10的表面可以理解为包括轮齿10的顶面及侧面，所述顶面为梯形的上底所在的平面，所述侧面为所述梯形的腰所在的平面。
[0031]所述楔块30的顶端具有一倾斜面，所述倾斜面与所述正电极层220贴合，且所述倾斜面与水平面具有一夹角θ。可以理解为所述楔块30的顶端呈直角三角形，所述直角三角形最长边所在的平面即为倾斜面。由于轮齿10的顶面较窄，通过借助楔块30以使超声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声相控阵探头，用于检测轮齿的缺陷，其特征在于，包括探头主体及楔块，所述楔块的顶端与所述探头主体贴合，所述楔块的底端与所述轮齿形状相匹配以与所述轮齿的表面贴合，所述探头主体包括多个沿直线等间距排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述楔块的顶端之间。2.如权利要求1所述的超声相控阵探头，其特征在于，所述楔块的顶端具有一倾斜面，所述倾斜面与所述正电极层贴合，且所述倾斜面与水平面具有一夹角。3.如权利要求2所述的超声相控阵探头，其特征在于，所述夹角介于15
°-
25
°
之间。4.如权利要求1所述的超声相控阵探头，其特征在于，所述轮齿呈梯形，所述楔块的底端具有一梯形凹槽，所述梯形凹槽的内壁与所述轮齿的表面贴合。5.如权利要求1所述的超声相控阵探头，其特征在于，所述负电极层的上方还设置有背衬。6.如权利要求1所述的超声相控阵探头，其特征在于，所述超声相控阵探头还包括内衬套及外壳，所述外壳用于容纳所述探头主体及部分所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国圈，周路云，符明海，李前，陈连芳，邓吉，贾鑫，
申请(专利权)人：上海市特种设备监督检验技术研究院，
类型：新型
国别省市：