CN102331454A - 变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法及检测装置。其检测步骤如下：首先判断待测轴的距轴端面最近的变截面的长径比L/D值≤1.2时，采用纵波探头检测轴的该区域，调节CCD工业摄像机使焦点落在固定有两个发光二极管的纵波探头顶面，手动扫查轴端面进行检测，此时CCD摄像机实时地记录图像存入计算机，计算机实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出，如标注为红色；如变截面区域的长径比L/D＞1.2，则利用斜探头进行检测，本发明方法及成像检测装置能满足原位在役检测的要求，装置结构简单，操作方便，适应场地能力强，信噪比高，能实时成像和后处理成像，所显示缺陷的位置信息准确。

Description

变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及一种超声成像检测方法及装置，尤其涉及一种用于检测变直径不可拆卸主轴的原位超声手动扫查成像检测方法及检测装置。

背景技术

轴为机械设施的核心部件，承载了设施的绝大部分重量，其质量和工作状况的好坏直接影响着整个设备的运转乃至公民的人身安全，由于长时间的工作产生疲劳性缺陷和磨损锈蚀的情况不可避免，因此对其质量进行有效、准确的检验和评定至关重要。

目前最有效的检测方法是先拆后检，即先把轴从机械设施上拆卸下来，然后再用常规的轴类检测的方法对其进行检测。然而对于大型的机械设施而言拆卸和重新安装都相当困难，需要消耗大量的人力、物力、财力、和时间。如果采用现在有人研究的小角度纵波端面入射的方法，在变直径区域附近就会产生很大的检测盲区，只有当缺陷扩展到一定程度才能有效的检出。现有的成像设备普遍采用机械扫查的方式，通过编码器来确定探头的位置，但是检测机械设施轴类工件时，机械扫查设备不易安装。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有检测方法的不足，提供一种机械设施不可拆卸主轴的超声成像检测方法，在不拆卸轴的条件下，利用超声探头轴的变截面处的关键受力部位进行检测并实现缺陷的可视化。

为了实现上述目的，本发明提供了一种变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法，其检测步骤如下：

     a、首先判断待测轴的距轴端面最近的变截面的长径比L/D值，其中L为待测轴端面与变截面之间的距离，D为变截面直径，当变截面区域的长径比L/D≤1.2时，采用斜探头检测轴的该区域，调节CCD工业摄像机使焦点落在固定有两个发光二极管的纵波探头顶面，手动扫查轴端面进行检测，此时CCD摄像机实时地记录下探头的位置信息和入射方向信息，同时超声采集卡采集接收到的超声信号，这些信息都实时地存入计算机，计算机根据超声信号、探头的位置信息、探头的入射方向信息、探头的折射角以及待测轴的结构尺寸和声速实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出，如标注为红色；

b、如变截面区域的长径比L/D＞1.2，则利用纵波探头进行检测，调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定有两个发光二极管的探头顶面，手动扫查轴的端面，计算机通过数据处理实时地画图显示，此时CCD摄像机实时地记录下探头的位置信息和入射方向信息，同时超声采集卡采集接收到的超声信号，这些信息都实时地存入计算机，计算机根据超声信号、探头的位置信息、探头的入射方向信息、探头的折射角以及待测轴的结构尺寸和声速实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出；

 c、继续进行下一变截面的检测，当该变截面的长径比L/D≤1.2时重复步骤a，如该变截面区域的长径比L/D＞1.2，则重复步骤c，

直至检测完所有待测轴的所有变截面。

本发明方法中所采用的纵波探头的折射角为6°~25°。斜探头的折射角为40°~70°。

本发明还提供了变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测装置，包括超声发射接收仪、超声探头、超声信号采集卡、CCD工业摄像机及计算机；超声发射接收仪的发射接收端R/F与超声探头的激励端STI相连；超声发射接收仪的射频信号输出端RF与超声采集卡的采集通道CH1相连，超声发射接收仪的同步信号端SYNC与超声信号采集卡的触发端TRIG相连；超声信号采集卡的数据端USB与计算机的第一USB接口相连，其作用是把采集到的信号输入计算机存储；CCD工业摄像机的数据端USB与计算机的第二USB接口相连，其作用是把拍摄到的视频图像输入计算机；超声探头的发光二极管的电源端口DC与计算机的第三USB接口USB3端相连，为发光电路提供电源。

本发明所述超声探头由纵波探头或斜探头及发光电路构成，发光电路由第一电阻、第二电阻、第一发光二极管、第二发光二极管构成；电阻与第一发光二极管串联支路与电阻与第二发光二极管串联支路相并联，第一发光二极管与第二发光二极管安装在探头的顶端，第一发光二极管和第二放光二极管的中点位于探头入射点所在的中轴线上。

本发明所述的超声探头为折射角为6°~25°的纵波探头或折射角为40°~70°的斜探头。

本发明的机械设施主轴的原位超声手动扫查成像检测方法采用端面入射的方式，免去了轴的拆卸工作；利用纵波小角度入射和横波斜入射相结合的方法，提高了缺陷的检测率，缩小了检测盲区；使用CCD定位方式，用手动扫查代替机械扫查，具有如下优点和效果：            

1．从轴类工件的端面入射超声波，轴无需从设备上拆卸下来，能实现现场在役检测，省时省力。

2．采用纵波小角度入射和横波斜入射相结合的方法，提高了缺陷的检测率，同时减小了检测的盲区。

3．利用CCD摄像机识别两个不同颜色的发光二极管来确定探头的入射点和入射方向，实现方式简单实用。

4．用手动扫查来代替机械扫查，灵活、方便、适应能力强，同时避免了机械控制产生的电磁噪声，信噪比高。

5、能实时成像，且能对存储的数据进行后处理显示。

6、在不拆卸的条件下，利用超声探头对轴的关键受力部位进行检测并实现缺陷的可视化。

附图说明

图1为本发明装置构成示意图。

其中：1—超声发射接收仪5077PR、2—超声探头PROBE、3—超声信号采集卡USB9822、4—CCD工业摄像机HV1303UC、5—计算机PC。

图2为本发明超声探头结构示意图。

其中：LED1—绿色发光二极管、LED2—红色发光二极管、8—信号线接口、9—探头的入射点。

图3为本发明超声探头发光电路的电路图。

图4为本发明被检轴的纵截面图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明装置由超声发射接收仪1（5077PR）、超声探头2（PROBE）、超声信号采集卡3（USB9822）、CCD工业摄像机4（HV1303UC）、计算机5（PC）构成。

超声发射接收仪1的发射接收端R/F与超声探头2的激励端STI相连，其作用是激励探头产生超声波并接受来自工件的反射信号；超声发射接收仪1的射频信号输出端RF与超声采集卡3的采集通道CH1相连，其作用是把模拟信号转换为数字信号；超声发射接收仪1的同步信号端SYNC与超声信号采集卡3的触发端TRIG相连，其作用是触发采集卡采集数据。超声信号采集卡3的数据端USB与计算机5的第一USB接口USB1相连，其作用是把采集到的信号输入计算机5存储；CCD工业摄像机4的数据端USB与计算机5的第二USB接口USB2相连，其作用是把拍摄到的视频图像输入计算机；超声探头2的发光二极管的电源端口DC与计算机5的USB3端相连，为发光二极管提供电源，使发光二极管发光。超声探头2由纵波探头或斜探头及发光电路构成，发光电路的电路图如图3所示，由第一电阻R1、第二电阻R2、第一发光二极管LED1、第二发光二极管LED2构成。电阻R1与第一发光二极管LED1串联支路与电阻R2与第二发光二极管LED2串联支路相并联， 第一发光二极管LED1与第二发光二极管LED2分别选用绿色和红色。

本发明的工作过程为：按照图2改装小角度纵波探头和斜探头，在探头的顶端安装绿色第一发光二极管LED1和红色第二发光二极管LED2，使第一发光二极管LED1和第二发光二极管LED2的中点位于探头入射点9所在的中轴线上。按图1连接好检测装置并调节CCD摄像机4使摄像机的焦点落在发光二极管LED1、LED2落所在固定两个二极管的探头2顶面。

如图4所示，当变截面区域的长径比L/D≤1.2时，采用斜探头检测轴的该区域，其中L为待测轴端面与变截面之间的距离，D为变截面直径，调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定两个二极管的探头2顶面，手动扫查轴端面进行检测，此时CCD摄像机4实时地记录下探头2的位置信息和入射方向信息，同时超声采集卡3采集接收到的超声信号，这些信息都实时地存入计算机5，计算机5根据超声信号、探头的位置信息、探头的入射方向信息、探头的折射角以及工件（待测轴）的结构尺寸和声速实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出，如标注为红色。当还存在长径比L/D＞1.2的变截面的区域时，保存数据后更换为本发明的纵波探头检测该区域，调节CCD工业摄像机4使焦点落在探头2的两个发光二极管所在平面，手动扫查检测，此时CCD摄像机4实时地记录下探头2的位置信息和入射方向信息，同时超声采集卡3采集接收到的超声信号，这些信息都实时地存入计算机5，计算机5根据超声信号、探头的位置信息、探头的入射方向信息、探头的折射角以及工件的结构尺寸和声速实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出红色。检测完毕后保存数据，之后可对数据进行后处理显示。

实施例1

按图1连接好检测系统。如图4所示，变截面区域10的长径比L/D＞1.2，利用本发明纵波探头检测该区域，调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定两个二极管的探头2顶面，手动扫查轴的端面，计算机通过数据处理实时地画图显示，发现在区域10出现了红色带，说明此区域有缺陷存在，保存数据备用。继续检测变截面区域11，如变截面区域11的长径比L/D≤1.2，则更换为本发明斜探头，调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定两个二极管的探头2顶面，手动扫查轴的端面，计算机通过数据处理实时地画图显示，发现在区域11出现了红色带，说明此区域有缺陷存在。

实施例2

按图1连接好检测系统。如图4所示，变截面区域10的长径比L/D≤1.2，同时变截面区域11的长径比L/D≤1.2，所以只采用斜探头检测这两个区域。调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定两个二极管的探头2顶面，手动扫查轴的端面，计算机通过数据处理实时地画图显示，发现在区域10和区域11都出现了红色带，说明两个区域有缺陷存在。

实施例3

按图1连接好检测系统。如图4所示，变截面区域10的长径比L/D＞1.2，同时变截面区域11的长径比L/D＞1.2，所以只采用本发明纵波探头检测这两个区域。调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定两个二极管的探头2顶面，手动扫查轴的端面，计算机通过数据处理实时地画图显示，发现在区域10和区域11都出现了红色带，说明两个区域有缺陷存在。

Claims (6)

1.一种变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法，其特征在于：

步骤如下：

     a、首先判断待测轴的距轴端面最近的变截面的长径比L/D值，其中L为待测轴端面与变截面之间的距离，D为变截面直径，当变截面区域的长径比L/D≤1.2时，采用斜探头检测轴的该区域，调节CCD工业摄像机使焦点落在固定有两个发光二极管的纵波探头顶面，手动扫查轴端面进行检测，利用超声发射接收仪产生激励脉冲来激励超声探头，使其产生超声波进入待测工件内部，并接受来自工件的反射回波信号，超声采集卡采集超声接收仪接收到的回波信号，同时将信号输到计算机存储，CCD工业摄像机实时地拍摄检测端面的画面，并通过成像软件来识别超声探头顶端设置的两个发光二极管的位置，从而获得手动扫查时探头的位置信息和超声波入射的方向信息，同时将信息存入计算机，计算机根据超声信号、探头的位置信息、超声波的入射方向信息、探头的折射角、工件的声速以及待测轴的结构尺寸实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出，如标注为红色；

b、如变截面区域的长径比L/D＞1.2，则利用纵波探头进行检测，调节CCD工业摄像机4使焦点落在固定有两个发光二极管的探头顶面，手动扫查轴的端面，利用超声发射接收仪产生激励脉冲来激励超声探头，使其产生超声波进入待测工件内部，并接受来自工件的反射回波信号，超声采集卡采集超声接收仪接收到的回波信号，同时将信号输到计算机存储，CCD工业摄像机实时地拍摄检测端面的画面，并通过成像软件来识别超声探头顶端设置的两个发光二极管的位置，从而获得手动扫查时探头的位置信息和超声波入射的方向信息，同时将信息存入计算机，计算机根据超声信号、探头的位置信息、超声波的入射方向信息、探头的折射角、工件的声速以及待测轴的结构尺寸实时地画图显示，如果有缺陷，计算机会在出现缺陷的地方标示出；

 c、继续进行下一变截面的检测，当该变截面的长径比L/D≤1.2时重复步骤a，如该变截面区域的长径比L/D＞1.2，则重复步骤c，

直至检测完所有待测轴的所有变截面。

2.如权利要求1所述变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法，其特征在于：所述纵波探头的折射角为6°~25°。

3.如权利要求1或2所述变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测方法，其特征在于：所述斜探头的折射角为40°~70°。

4.一种变直径不可拆卸主轴原位超声成像检测装置，其特征在于：包括超声发射接收仪、超声探头、超声信号采集卡、CCD工业摄像机及计算机；

超声发射接收仪的发射接收端R/F与超声探头的激励端STI相连；超声发射接收仪的射频信号输出端RF与超声采集卡的采集通道CH1相连，超声发射接收仪的同步信号端SYNC与超声信号采集卡的触发端TRIG相连；

超声信号采集卡的数据端USB与计算机的第一USB接口相连，其作用是把采集到的信号输入计算机存储；CCD工业摄像机的数据端USB与计算机的第二USB接口相连，其作用是把拍摄到的视频图像输入计算机；

超声探头的发光二极管的电源端口DC与计算机的第三USB接口USB3端相连，为发光电路提供电源。

5.根据权利要求4所述的成像检测装置，其特征在于：超声探头由纵波探头或斜探头及发光电路构成，发光电路由第一电阻、第二电阻、第一发光二极管、第二发光二极管构成；电阻与第一发光二极管串联支路与电阻与第二发光二极管串联支路相并联，第一发光二极管与第二发光二极管安装在探头的顶端，第一发光二极管和第二放光二极管的中点位于探头入射点所在的中轴线上。

6.根据权利要求4或5所述的成像检测装置，其特征在于：所述的超声探头为折射角为6°~25°的纵波探头或折射角为40°~70°的斜探头。

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