一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于激光超声无损检测领域，具体涉及一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测装置，脉冲激光器与脉冲激光聚焦探头连接；单纵模连续激光器与分束装置的输入端连接，分束装置的三个输出端分别连接至不同的环形器的A端口，环形器的B端口与分/合束器的一端连接，三个分/合束器的另一端分别与一号连续激光聚焦探头、二号连续激光聚焦探头和三号连续激光聚焦探头连接，环形器的C端口与平衡光电探测器的输入端连接，平衡光电探测器的输出端通过与高速信号采集卡的输入端连接；本发明专利技术针对非回转类的棒材在线检测，在考虑避免复杂的波形对缺陷信号造成干扰的基础上，增加超声检测点的数量至三个，避免了缺陷方位的误判。

【技术实现步骤摘要】
一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测方法及装置
本专利技术属于激光超声无损检测领域，具体涉及一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测方法及装置。
技术介绍
圆柱形的金属坯料或加工制品广泛运用于工业生产的各个领域，然而圆柱材料容易由热处理或疲劳而产生表面裂纹，并且这类裂纹相对较小，不易用肉眼观察，尤其是在材料生产或服役过程中，裂纹的产生及扩展都较难被直接发现。传统的超声波检测使用压电换能器，不仅要与被测目标紧密接触，还要使用耦合剂来保证超声波的发射及接收，不易于实现轧制过程中的在线检测。激光超声是一种非接触，高精度，无损伤的新型超声检测技术，相比空气耦合超声、电磁超声等具有更高的空间和时间分辨率。由于固体中的激光超声具有非接触、无需耦合剂、多模式同时激发、高频宽带等特点，在材料缺陷检测中具有广泛的应用前景。目前激光超声检测的目标以平面为主，在激光源激发点光源或线光源后，被检测材料表面由于热效应产生超声波，依据超声波在传播过程中特征参数的变化来表征缺陷。但由于表面波引起的位移通常在检测点的法向被检测，而在棒材的圆柱形表面检测时，棒材表面的法向不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤1、在轧机的出口处设置脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)，且脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)分别位于棒材的上下左右四个方位，其中脉冲激光聚焦探头(101)和一号连续激光聚焦探头(205)分别位于棒材的左右两侧；/n步骤2、启动轧机，根据棒材与脉冲激光聚焦探头(101)的相对移动速度Δv

【技术特征摘要】
1.一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、在轧机的出口处设置脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)，且脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)分别位于棒材的上下左右四个方位，其中脉冲激光聚焦探头(101)和一号连续激光聚焦探头(205)分别位于棒材的左右两侧；
步骤2、启动轧机，根据棒材与脉冲激光聚焦探头(101)的相对移动速度Δv棒和棒材的外径D，确定二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)相对脉冲激光聚焦探头(101)的补偿距离Δd1以及一号连续激光聚焦探头(205)相对脉冲激光聚焦探头(101)的补偿距离Δd2；且Δd1和Δd2的补偿方向均为棒材相对脉冲激光聚焦探头(101)的移动方向，其中：
Δd1＝πDΔv棒/4v表(1)
Δd2＝πDΔv棒/2v表(2)
其中，D为棒材的外径，Δv棒为棒材与脉冲激光聚焦探头(101)的相对移动速度，v表为超声表面波沿棒材表面的传播速度；
步骤3、调整脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)的位姿，使脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)分别垂直于棒材的四个象限点所在的轴线，启动脉冲激光器(102)与单纵模连续激光器(201)；
步骤4、对脉冲激光聚焦探头(101)、一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)的位姿进行微调，使一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)接收到的超声信号信噪比达到最优；
步骤5、对一号连续激光聚焦探头(205)、二号连续激光聚焦探头(206)和三号连续激光聚焦探头(207)所接收的超声信号进行采集，并同步记录各超声信号对应的棒材位置；
步骤6、对采集到的超声信号进行分析，判断棒材各位置是否存在缺陷，通过检测时间和Δv棒对缺陷在棒材的轴向位置L进行标定，通过缺陷反射波对缺陷在棒材的周向位置α进行标定，通过缺陷顶点衍射波对缺陷深度h进行计算；
步骤7、输出缺陷在棒材的轴向位置、周向位置以及缺陷的深度信息。


2.根据权利要求1所述的一种棒材表面裂纹激光超声无损在线检测方法，其特征在于：所述步骤6，对采集到的超声信号进行分析，判断棒材各位置是否存在缺陷，通过检测时间和Δv棒对缺陷在棒材的轴向位置L进行标定，通过缺陷反射波对缺陷在棒材的周向位置α进行标定，通过缺陷顶点衍射波对缺陷深度h进行计算，具体步骤为：
步骤6.1、标定各检测点在棒材无缺陷状态下的时域、频域信息；
步骤6.2、在实测状态下，将各检测点接收到的信号与标定信号进行频域上的对比，若频域范围存在差异，则存在缺陷，转入下一步；
步骤6.3、通过检测时间和Δv棒对缺陷在棒材的轴向位置L进行标定，表达式为：L＝L0+Δv棒T，其中L0为棒材轴向上的检测起始坐标，T为检测时间；
通过缺陷反射波对缺陷在棒材的周向位置α进行标定，以x轴正半轴为0度点，t反表示首次探测到缺陷回波信号的时间，t0为表面波在棒材表面传播一周所需要的时间，且t0＝Dπ/v表：
(i).若缺陷位于第一象限，则检测点b检测到缺陷回波信号，且检测点a的频域信息发生变化，α＝v表(t反-t0/4)/D；
(ii).若缺陷位于第二象限，则检测点a检测到缺陷回波信号，且检测点c的频域信息发生变化，α＝[v表(t反-t0/4)+πD/2]/D；
(iii).若缺陷位于第三象限，则检测点b检测到缺陷回波信号，且检测点c的频域信息发生变化，α＝3π/2-v表(t反-t0/4)/D；
(iv).若缺陷位于第四象限，则检测点a检测到缺陷回波信号，且检测点b的频域信息发生变化，α＝2π-v表(t反-t0/4)/D；
通过缺陷顶点衍射波对缺陷深度h进行计算，表达式为：
h＝D(1-cosθ)/2-[(t’v纵)2-(0.5Dsinθ)2]1/2(3)
上式中θ代表缺陷所在位置的半径与y轴的锐角夹角，t’为缺陷顶点衍射波传播至发生频域变化检测点的时间，v纵为超声纵波在棒材内的传波速度，以t表表示表面波由缺陷底部到发生频域变化检测点的传播时间；
(i).若缺陷位于第一象限，则式(3)中t’＝t表-Dθ/2v纵，θ＝π/2-v表(t反-t0/4)/D；
(ii).若缺陷位于第二象限，则式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彦杰，王涛，弓鹏飞，张金柱，和东平，师玮，李子良，袁瑞临，王尚，张海彬，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14