一种疲劳裂纹在线检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种疲劳裂纹在线检测系统，包括声发射采集装置、显微图像采集装置和疲劳裂纹状态实时监控装置，声发射采集装置实时采集疲劳裂纹萌生和扩展释放的声发射信号，显微图像采集装置实时采集疲劳裂纹状态的图像信号，疲劳裂纹状态实时监控装置接收来自声发射采集装置的信号和来自显微图像采集装置的信号，疲劳裂纹状态实时监控装置内设疲劳裂纹状态实时监控软件，疲劳裂纹状态实时监控软件对接收信号进行处理，生成疲劳裂纹变化过程的声发射特征参数、图形和裂纹尺寸数据。本发明专利技术还提供了一种疲劳裂纹在线检测方法。本发明专利技术能够实现在线动态、实时检测疲劳裂纹萌生和扩展。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种疲劳裂纹在线检测系统，包括声发射采集装置、显微图像采集装置和疲劳裂纹状态实时监控装置，声发射采集装置实时采集疲劳裂纹萌生和扩展释放的声发射信号，显微图像采集装置实时采集疲劳裂纹状态的图像信号，疲劳裂纹状态实时监控装置接收来自声发射采集装置的信号和来自显微图像采集装置的信号，疲劳裂纹状态实时监控装置内设疲劳裂纹状态实时监控软件，疲劳裂纹状态实时监控软件对接收信号进行处理，生成疲劳裂纹变化过程的声发射特征参数、图形和裂纹尺寸数据。本专利技术还提供了一种疲劳裂纹在线检测方法。本专利技术能够实现在线动态、实时检测疲劳裂纹萌生和扩展。【专利说明】
本专利技术涉及一种疲劳裂纹检测系统及检测方法，特别涉及。
技术介绍
目前，疲劳是造成工程机械各部件失效的主要原因之一，循环载荷的长期作用导致裂纹萌生和扩展直至断裂是疲劳失效产生的主要机理和过程。疲劳失效具有突发性，往往在安全系数下服役时就突然发生失效，造成不可估量的损失。因此，如何准确、可靠的在线实时检测疲劳裂纹萌生和扩展过程对建立准确可靠的疲劳寿命预测模型，防止机械设备产生突发性破坏是至关重要的。现有的疲劳裂纹检测手段主要有直观检测法和间接无损检测法两类。直观检测法有目测法、渗透检测技术、磁粉检测技术等，其中目测法是最为传统的方法，在承受疲劳载荷振幅较大、加载频率较高时，存在试验过程中难以读数的问题，需停机测量，测量精度较低，易受人为因素影响，而且如果想实现实时在线观察，则需动用较多的人力；渗透检测技术仅能检测致密性金属的表面开口型宏观缺陷，而且渗入裂纹内部的渗透剂和染色剂难以清洗，监测过程繁琐，无法实现在线监测；磁粉检测技术只能用于检测铁磁性材料的表面或近表面的缺陷，需停机检测，无法实现实时检测，检测过程同样繁琐。间接无损检测法主要有超声检测技术、涡流检测技术、金属磁记忆检测技术、声发射检测技术等，超声检测技术是目前定量检测精度和可靠度较高的检测手段，但同样难以实现动态实时检测，而且检测自动化程度较低；涡流检测容易受外界磁场的影响，只能检测铁磁性材料，检测深度仅为2-3mm ;金属磁记忆检测技术是近几年兴起的无损检测技术，主要用来检测铁磁性构件的早期应力集中分布情况，对于裂纹尺寸的定量检测的研究还处于起步阶段，甚至其机理研究还不够成熟。上述方法中都需要停机甚至切样后再检测，较难实现全过程在线、实时、动态的裂纹萌生和扩展过程的检测和疲劳损伤程度评估，检测形式也比较单一。声发射技术是一种高灵敏度的在线无损检测技术，声发射信号(计数、有效值、信号强度等)对裂纹的萌生和扩展过程比较敏感，现已广泛应用于疲劳失效过程检测，声发射技术最主要的优点是实现了动态实时检测，缺点是定量检测裂纹萌生和扩展尺寸仍然存在一定的困难，而且只是间接的通过裂纹萌生和扩展释放的损伤信号来进行检测，无法通过图像的形式直观的实时检测裂纹从萌生到扩展直至断裂的整个过程。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够通过图像和声发射信号的形式直观地实时检测裂纹从萌生到扩展直至断裂的整个过程的疲劳裂纹在线检测系统及检测方法。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种疲劳裂纹在线检测系统，包括声发射采集装置、显微图像采集装置和疲劳裂纹状态实时监控装置，所述声发射采集装置和所述显微图像采集装置分别与所述疲劳裂纹状态实时监控装置之间传输信号，所述声发射采集装置实时采集疲劳裂纹萌生和扩展释放的声发射信号，所述显微图像采集装置实时采集疲劳裂纹状态的图像信号，所述疲劳裂纹状态实时监控装置接收来自所述声发射采集装置的信号和来自所述显微图像采集装置的信号，所述疲劳裂纹状态实时监控装置内设疲劳裂纹状态实时监控软件，用所述疲劳裂纹状态实时监控软件对接收的信号进行处理，生成疲劳裂纹变化过程的声发射特征参数、图形和裂纹尺寸数据。进一步地，所述显微图像采集装置包括图像采集用显微镜，所述显微镜放大倍数可调，所述显微镜的镜头对准被测试件的裂纹部位，所述显微镜内部设有图像采集间隔计时器，所述显微镜设有手动调节偏光和明暗对比度的调节装置。进一步地，所述声发射采集装置包括声发射传感器、信号放大器、声发射数据采集卡和磁性夹具，所述声发射传感器检测被测试件发出的声发射弹性波，并输出信号至所述信号放大器，所述信号放大器输出信号至所述声发射数据采集卡，所述声发射数据采集卡输出数字信号至所述疲劳裂纹状态实时监控装置，所述磁性夹具将所述声发射传感器固定于被测试件上，所述声发射传感器和被测试件之间涂有耦合剂。进一步地，所述声发射采集装置包括两个所述声发射传感器，所述两个声发射传感器分别设置于距离被测试件裂纹的两侧。进一步地，所述信号放大器放大倍数可调，放大倍数调节范围为10/100/1000倍三个等级，所述声发射数据采集卡的采样频率为50KSPS?IMSPS。进一步地，所述声发射采集装置和所述显微图像采集装置分别与所述疲劳裂纹状态实时监控装置之间通过USB接口或串口传输或无线传输信号。本专利技术还提供了一种疲劳裂纹在线检测方法，该方法为:采用声发射采集装置和显微图像采集装置，综合实时采集疲劳裂纹的声发射信号和图像信号，并将采集信号输入内置疲劳裂纹状态实时监控软件的疲劳裂纹状态实时监控装置进行处理，处理后生成疲劳裂纹变化过程的声发射特征参数、图形和裂纹尺寸数据。进一步地，所述疲劳裂纹状态实时监控软件采用VB程序编制，包括声发射信号处理模块和图像校准与测量模块两部分；所述声发射信号处理模块，其处理来自所述声发射采集装置的信号，其实时显示疲劳裂纹萌生和扩展释放的声发射信号，其生成数据包括计数数据、有效值数据和信号强度数据；所述图像校准与测量模块，其具有尺寸校准功能，其根据裂纹的扩展轨迹设有线性测量、圆形测量、弧形测量和自由曲线多种测量功能模块，其处理来自所述显微图像采集装置的信号，其对输入的萌生和扩展裂纹图像信号进行存储和准确测量。进一步地，本专利技术的疲劳裂纹在线检测方法具体包括如下步骤:I)设置声发射传感器:将声发射传感器设置在相对于被测试件的适宜位置，使其能获得低衰减的声发射信号；声发射传感器和被测试件经耦合剂粘合后，采用磁性夹具固定；设置信号放大器放大倍数；设置声发射系统采集参数，包括采样频率、门槛值；2)设置显微图像采集装置:通过高度和角度可调的台架，将所述显微图像采集装置的显微镜镜头对准被测试件的裂纹部位；调节显微镜放大倍数，使采集到的图像清晰；设置图片采集时间间隔；3)图像尺寸校准:将校准用裂纹标准样件放在被测试件的裂纹部位，对所述显微图像采集装置采集的标准样件的裂纹图形进行初次测量，其测定的裂纹尺寸与标准尺寸进行对比，如果测定的裂纹尺寸与标准尺寸不一致，则需要调整输入信号的放大倍数，直到测定的裂纹尺寸与标准尺寸相等；4)疲劳裂纹在线检测:采集整个疲劳裂纹萌生和扩展过程中的裂纹图像和声发射信号，并将采集信号输入内置疲劳裂纹状态实时监控软件的疲劳裂纹状态实时监控装置进行处理，处理后生成疲劳裂纹变化过程的声发射特征参数、图形和裂纹尺寸数据并显示。进一步地，所述步骤4)中，裂纹萌生发展过程中，根据检测的裂纹尺寸变化，减小显微镜的放大倍数，以增大显微镜视野，保证疲劳裂纹在线检测系统能采集到裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疲劳裂纹在线检测系统，其特征在于，包括声发射采集装置、显微图像采集装置和疲劳裂纹状态实时监控装置，所述声发射采集装置和所述显微图像采集装置分别与所述疲劳裂纹状态实时监控装置之间传输信号，所述声发射采集装置实时采集疲劳裂纹萌生和扩展释放的声发射信号，所述显微图像采集装置实时采集疲劳裂纹状态的图像信号，所述疲劳裂纹状态实时监控装置接收来自所述声发射采集装置的信号和来自所述显微图像采集装置的信号，所述疲劳裂纹状态实时监控装置内设疲劳裂纹状态实时监控软件，用所述疲劳裂纹状态实时监控软件对接收的信号进行处理，生成疲劳裂纹变化过程的声发射特征参数、图形和裂纹尺寸数据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，张国胜，刘艳芳，王军威，吴鸿雁，李长茂，
申请(专利权)人：天津工程机械研究院，
类型：发明
国别省市：