CN102288676A - 完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置和应用，包括一端设有探头鼓室阵列的转子筒、电刷排、外壳、具有触发片的零位传感器、超声波探头、超声波探头鼓、测速传感器、接近传感器、中央控制器和数据记录系统，转子筒固定在外壳上，超声波探头鼓固定在探头鼓室中，与探头鼓相连接，电刷排设在转子筒外，与超声波检测仪器连接，零位传感器固定在外壳上，与超声波检测仪器和数据记录系统连接，接近传感器设在转子筒入口，与数据记录系统连接，测速传感器设在接近传感器一侧，与数据记录系统连接，超声波检测仪器和数据记录系统与中央控制器连接。本发明可以直接查询到在工件缺陷精确位置，有助于提高检验结果的可靠性。

Description

完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置和应用

技术领域

本发明涉及检测技术领域，特别是涉及一种完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置和方法。

背景技术

旋转超声波探伤装置是管、棒材的高速、高精度检测的有效装备，普遍应用于航空、军工、石化、核电等领域的管、棒制品的无损检测，是保障高危领域材料质量的主要检验手段之一。

传统的数据记录是通过工件运行速度测速轮触发的，它按照设定的工件行进单位距离项数据采集装置发送数据记录触发脉冲，超声波检测仪以内部时钟频率工作，检测信号通过闸门采集并通过模拟信号输出端口输出到数据记录装置。由于超声波脉冲方式工作的频率要远远大于测速轮触发信号采集的频率，因此，数据记录装置设置有比较器和信号保持器，用于按照设定逻辑保留超声波检测仪发来的检测信号极值，当获得信号记录脉冲信号时进行记录并复位信号保持器，开始下一个数据点的记录。因此，按照传统的数据记录方式，记录的数据如图3所示。图3中，100为被记录信号曲线，200为判定阈，300为工件长度坐标轴，400为信号量值坐标轴。图4是传统方法记录检测数据的原理图。

传统方法以脉冲重复频率工作的超声波探伤仪将闸门检测信号转换为模拟信号输出至电压比较器，电压比较器负责按照设定的规则将更新的模拟输入信号与信号保持电路的保持模拟电压进行比较，符合设定逻辑规则的模拟信号(如更高电压模拟信号)将通过模拟开关刷新信号保持电路保留的模拟电压。模数转换器则通过数据采集触发器发送的触发脉冲触发信号转换，转换后获得的数字信号送入存储器暂存，等待上位机访问读取。

现有的旋转超声波探伤装置采用旋转探头机构，相同的缺陷检测探头可以是沿被检测工件周向或轴向均匀布置，以形成间隔均匀的扫描轨迹，确保工件被完整扫描。超声波系统以尽可能大的脉冲重复频率(PRF)工作，最小脉冲频率通过探头旋转速度参数和标准要求的超声波检测周向脉冲密度计算得到。工件的最大通过速度通过探头旋转周期时间、相同缺陷探头的数量和标准要求的超声波扫描线密度计算得到。沿轴向等距离记录区间内获得的最大信号，表现为带状图，其中纵向座标为记录周期内最大信号的振幅或TOF(Time of Flight)，横向座标为工件运行方向的位置。信号的记录通过测速编码器或激光多普勒测速器触发。现有的装置仅记录轴向数据采集区间内的最大值信号，忽略其它可能存在的缺陷信号，可能存在的缺陷需要手工检测验证。同时仅记录信号的轴向位置，忽略周向位置，缺陷的周向位置需要手工检测验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，包括一端设有探头鼓室阵列的转子筒、电刷排、外壳、具有触发片的零位传感器、超声波探头、探头鼓、测速传感器、接近传感器、数据记录系统和中央控制器；

所述的转子筒通过轴承固定在外壳上，并通过传动机构与驱动电机相连接；

所述探头鼓固定在探头鼓室中，通过探头夹具与探头鼓相连接；

所述电刷排设置在转子筒外壁，并与超声波检测仪器电气连接；

所述的零位传感器固定在外壳上，并与超声波检测仪器和数据记录系统电气连接，所述超声波检测仪器包括探头鼓和超声波探头；

接近传感器设置在转子筒的入口处，并与数据记录系统电气连接；

所述测速传感器设置在接近传感器的一侧，并与数据记录系统电气连接；

超声波检测仪器和数据记录系统分别与中央控制器电气连接；

本发明的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，可以直接查询到缺陷在工件上的精确位置，而不需要辅助人工检测再度确认缺陷。传统方法记录缺陷的基本单位为工件长度方向10～25mm，而本发明可以精确到1mm。同时本发明通过记录更详尽的数据有助于提高检验结果的可靠性。本发明可最大限度的忠实记录检测结果数据，提高检验结果的可靠性。

附图说明

图1是完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置剖面结构示意图。

图2是装置原理图。图2中，箭头10为探头旋转方向，曲线11为探头扫描轨迹。

图3是按照传统的数据记录方式记录的数据。

图3中，100-被记录信号曲线，200-判定阈，300-工件长度坐标轴，400-信号量值坐标轴。

图4是传统方法记录检测数据的原理图。

图5为数据处理和信号流向图。

图6为检测结果。

图7是本发明的方法数据记录的原理图。

图8是数据合成原理图。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，包括一端设有探头鼓室阵列2的转子筒1、电刷排3、外壳4、具有触发片6的零位传感器5、超声波探头7、超声波探头鼓8、测速传感器11、接近传感器12、中央控制器13和数据记录系统14；

所述的转子筒1通过轴承固定在外壳4上，通过传动机构与驱动电机相连接，做旋转运动；

所述超声波探头鼓8固定在探头鼓室2中，通过探头夹具与探头鼓8相连接；

优选的，超声波探头7数量为2～128个，探头鼓室2沿圆周方向均布或者是沿管轴向均匀排列；

所述电刷排3设置在转子筒1外壁，并与超声波检测仪器电气连接；

所述超声波检测仪指的是通过超声波方法实现工件制造缺陷无损检测的仪器，包括超声波探伤仪和超声波探头；

所述零位传感器5固定在外壳1上，并与超声波检测仪器和数据记录系统电气连接；

所述零位传感器5可选用光电式、涡流式、电容式或磁感应式等非接触接近传感器；

接近传感器12设置在转子筒2的入口处，并与数据记录系统14电气连接；

所述测速传感器11设置在接近传感器12的一侧，并与数据记录系统14电气连接；

超声波检测仪器和数据记录系统14分别与中央控制器13电气连接。

采用本发明的装置，可以对管、棒材进行在线探伤，可以直接查询到缺陷在工件上的精确位置；

参见图1和图2，在线探伤的方法，包括如下步骤：

(1)被检测工件9通过输送机构传，以0.1～5.0米/秒的速度，通过转子筒1，设置在输入端的接近传感器12获得工件进入信号后，中央控制器13指令测速传感器11开始对被检测工件9的行进距离进行测量；

(2)由于工件进入的时刻和工件的运行速度已经通过测速传感器获得，当被检测工件9进入检测位置时，中央控制器13指令超声波检测仪启动，以设定脉冲重复频率(PRF)发射超声波并接收回波信号，并按照预设置闸门范围对回波信号进行实时处理，得到闸门内特征信号的波幅和位置信息，保存在数据记录系统14的SDRAM1中；

当探头旋转一周，被触发的零位置传感器5，获得了一个零位置脉冲信号，并触发预定义数据数据比较流程，将SDRAM1中保存的一组数据逐一与数据记录系统中的SDRAM2保存的同相位数据进行比较，并保存符合条件的数据在SDRAM2中；

在超声波探头12旋转的同时，被检测工件9在直线行进，当被检测工件9行进了数据记录单位长度时，测速传感器11向数据采集系统发出脉冲指令，此时，上述的数据纪录和比较更新已经完成了若干周；

数据采集记录后，将SDRAM2保存的数据进行压缩处理并发送到FIFO等待上传至上位计算机，SDRAM2中的数据被清零。

当接近传感器12，获得工件末端通过信号后，该信号将传送给中央控制器13，按照预设定的通行距离，中央控制器13发送结束指令脉冲，数据采集完成，然后进行数据处理，获得检测结果。

数据处理和信号流向见图5。数据记录的原理见图7。

参见图7，数据记录和处理的方法，包括如下步骤：

超声波探伤仪以脉冲重复频率工作，经过实时数字信号处理的闸门采集信号，不经过数字模拟信号转换，直接保存在SDRAM1中；

当超声波探头旋转1周，零位传感器5开关被触发，将获得1个零位脉冲信号，该脉冲信号将触发数字信号处理器工作，按照设定算法和逻辑对保存在SDRAM1和SDRAM2中的数据进行处理，处理获得的数据将保存在SDRAM2中；

所述的数字信号处理器为通过DSP芯片，或FPGA构建的具有信号处理功能的电路装置。

(3)在系统获得一个数据采集触发脉冲之前，以上工作流程将不断重复。当测速器获知工件已经行进了一个数据记录单位长度时，将发出数据记录触发脉冲信号，SDRAM2中保存的数据将被转移到FIFO中，等待上位机访问读取。

由于可以对DSP设定各种数据处理算法和逻辑，以上所述的数据采集方法可以进一步扩展，例如，可以实现多通道数据合成，原理如图8。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (11)

1.完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，包括一端设有探头鼓室阵列(2)的转子筒(1)、电刷排(3)、外壳(4)、具有触发片(6)的零位传感器(5)、超声波探头(7)、超声波探头鼓(8)、测速传感器(11)、接近传感器(12)、中央控制器(13)和数据记录系统(14)；

所述的转子筒(1)通过轴承固定在外壳(4)上，与驱动电机相连接；

所述超声波探头鼓(8)固定在探头鼓室(2)中，通过探头夹具与探头鼓(8)相连接；

所述电刷排(3)设置在转子筒(1)外壁，并与超声波检测仪器电气连接；

所述零位传感器(5)固定在外壳(1)上，并与超声波检测仪器和数据记录系统(14)电气连接；

接近传感器(12)设置在转子筒(2)的入口处，并与数据记录系统(14)电气连接；

所述测速传感器(11)设置在接近传感器(12)的一侧，并与数据记录系统(14)电气连接；

超声波检测仪器和数据记录系统(14)分别与中央控制器(13)电气连接。

2.根据权利要求1所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，超声波探头(7)数量为2～128个。

3.根据权利要求1所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，探头鼓室(2)沿圆周方向均布或者是沿管轴向均匀排列。

4.根据权利要求2所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，探头鼓室(2)沿圆周方向均布或者是沿管轴向均匀排列。

5.根据权利要求1所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，所述超声波检测仪为通过超声波方法实现工件制造缺陷无损检测的仪器，包括超声波探伤仪和超声波探头。

6.根据权利要求1～5任一项所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，所述零位传感器(5)选用非接触接近传感器。

7.根据权利要求6所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置，其特征在于，所述零位传感器(5)为光电式、涡流式、电容式或磁感应式。

8.权利要求1～7任一项所述的完整记录超声波旋转探头在线探伤数据的装置的应用，其特征在于，用于对管或棒材进行在线探伤，可以直接查询到缺陷在工件上的精确位置。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，在线探伤的方法，包括如下步骤：

(1)被检测工件(9)通过输送机构传，通过转子筒(1)，设置在输入端的接近传感器(12)获得工件进入信号后，中央控制器(13)指令测速传感器(11)开始对被检测工件(9)的行进距离进行测量；

(2)当被检测工件(9)进入检测位置时，中央控制器(13)指令超声波检测仪启动，以设定脉冲重复频率(PRF)发射超声波并接收回波信号，并按照预设置闸门范围对回波信号进行实时处理，得到闸门内特征信号的波幅和位置信息，保存在数据记录系统(14)的SDRAM1中；

当探头旋转一周，被触发的零位置传感器(5)，获得了一个零位置脉冲信号，并触发预定义数据数据比较流程，将SDRAM1中保存的一组数据逐一与数据记录系统中的SDRAM2保存的同相位数据进行比较，并保存符合条件的数据在SDRAM2中；

在超声波探头(12)旋转的同时，被检测工件(9)在直线行进，当被检测工件(9)行进了数据记录单位长度时，测速传感器(11)向数据采集系统发出脉冲指令，此时，上述的数据纪录和比较更新已经完成了若干周；

数据采集记录后，将SDRAM2保存的数据进行压缩处理并发送到FIFO等待上传至上位计算机，SDRAM2中的数据被清零。

当接近传感器(12)，获得工件末端通过信号后，该信号将传送给中央控制器(13)，按照预设定的通行距离，中央控制器(13)发送结束指令脉冲，数据采集完成，然后进行数据处理，获得检测结果。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，被检测工件(9)通过输送机构传，以0.1～5.0米/秒的速度，通过转子筒(1)。

11.根据权利要求9或10所述的应用，其特征在于，进行数据数据记录和处理的方法，包括如下步骤：

超声波探伤仪以脉冲重复频率工作，经过实时数字信号处理的闸门采集信号，不经过数字模拟信号转换，直接保存在SDRAM1中；

当超声波探头旋转1周，零位传感器(5)开关被触发，将获得1个零位脉冲信号，该脉冲信号将触发数字信号处理器工作，按照设定算法和逻辑对保存在SDRAM1和SDRAM2中的数据进行处理，处理获得的数据将保存在SDRAM2中；

所述的数字信号处理器为通过DSP芯片，或FPGA构建的具有信号处理功能的电路装置。

(3)在系统获得一个数据采集触发脉冲之前，以上工作流程将不断重复，当测速器获知工件已经行进了一个数据记录单位长度时，将发出数据记录触发脉冲信号，SDRAM2中保存的数据将被转移到FIFO中，等待上位机访问读取。

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