CN103134856A - 冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法，将编码器安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪装在感应加热系统的出口处，实时测量钢筋的运动速度及钢筋感应加热处理后的表面温度，热处理后的钢筋进入电磁超声发射探测器，通过硬件触发函数发生器产生激励信号给电磁超声发射探测器的高频线圈，在钢筋内部产生超声波，在一定长度上漏出的超声波通过电磁超声接收探测器的高频线圈，实时采集超声波信号，然后通过基于温度的电磁超声信号重构算法对缺陷进行重构。本发明能够实现冷轧带肋钢筋在超声频感应加热条件下对钢筋表面及近表面缺陷进行在线无损检测，并确定表面及近表面缺陷的位置。

Description

冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑钢材表面及近表面缺陷无损检测装置和方法，具体涉及一种冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法。

背景技术

冷轧带肋钢筋是用热轧盘条经多道冷轧减径，一道压肋并经消除内应力后形成的一种带有二面或三面月牙形的钢筋，是土木建筑工程中最常用的钢材之一。 根据国家标准冷轧带肋钢筋表面质量及标志（GB 1499-1998），冷轧带肋钢筋表面不得有裂纹、结疤和折叠。钢筋表面允许有凸块，但不得超过横肋的高度，钢筋表面上其他缺陷的深度和高度不得大于所在部位尺寸的允许偏差。因此，对钢筋表面及近表面进行检测，对钢筋生产线对钢筋表面缺陷进行实时监控，提高生产工艺以及保证产品出厂质量具有重要意义。

目前，钢筋表面缺陷检测方法主要采用磁粉探伤检测方法以及压电超声波检测方法，磁粉探伤检测虽然精度高，但是检测工作量大，检测效率低，属于离线检测，无法实现钢筋生产线的在线检测，而压电超声检测需要采用耦合剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法，以实现冷轧带肋钢筋在超声频感应加热条件下对钢筋表面及近表面缺陷进行在线无损检测，并确定表面及近表面缺陷的位置。

本发明所述的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置，包括编码器、红外测温仪、函数发生器、功率放大器、电磁超声发射探测器、电磁超声接收探测器、前置放大器和控制终端，所述编码器与控制终端连接，通过编码器实时测量钢筋的运动速度，并传送给控制终端采集，所述红外测温仪与控制终端连接，通过红外测温仪实时测量钢筋感应加热处理后的表面温度，并传送给控制终端采集，所述电磁超声发射探测器依次经功率放大器、函数发生器与控制终端连接，由控制终端控制函数发生器发出激励信号，并经功率放大器放大后，激励电磁超声发射探测器产生超声波，所述电磁超声接收探测器经前置放大器与控制终端连接，电磁超声接收探测器接收电磁超声传播信号，并经前置放大器放大后送入控制终端采集，并通过控制终端分析信号特征重构表面缺陷。

检测时，将编码器安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪装在感应加热系统的出口处，将电磁超声发射探测器、电磁超声接收探测器沿钢筋运动方向依次间隔安装在感应加热系统的出口外即可。

在电磁超声发射探测器的入口设置有导向机构。以确保钢筋与线圈的提离距离，同时避免钢筋与陶瓷片骨架的直接接触摩擦。

本发明所述的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测方法，其步骤如下：

步骤一、将编码器安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪装在感应加热系统的出口处，通过编码器及红外测温仪实时测量钢筋的运动速度及钢筋感应加热处理后的表面温度，并传送给控制终端采集；

步骤二、将电磁超声发射探测器、电磁超声接收探测器沿钢筋的运动方向依次间隔安装在感应加热系统的出口外；

步骤三、根据步骤一采集的运行速度及表面温度，确定函数发生器产生激励信号的触发时间；

步骤四、根据步骤一采集的表面温度及运动速度，以及步骤三确定的触发时间，由控制终端控制函数发生器发出激励信号，激励信号通过功率放大器放大后，激励电磁超声发射探测器在钢筋内部产生超声波； 

步骤五、超声波沿钢筋内部进行传播，由电磁超声接收探测器接收电磁超声传播信号，并通过前置放大器放大后送入控制终端采集、分析信号特征重构表面缺陷。

所述加热铜管为三段串联的电感器水冷铜线圈，其线圈由ф10×1mm紫铜管，以螺距20mm、直径ф400mm、12.5匝绕制而成，以确保快速加热钢筋到回火相变温度。

本发明所述冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置及方法，

（1）在硬件方面，采用编码器及表面温度红外测量技术，通过钢筋表面温度及钢筋运行速度的测量，并通过外脉冲触发函数发生器产生激励信号；

（2）适合于高温钢管及冷拔钢丝等线材及管材表面及近表面缺陷的在线检测。

 综上所述，本发明能够实现冷轧带肋钢筋在超声频感应加热条件下，对钢筋表面及近表面缺陷（例如：表面裂纹、结疤及折叠、凸块等缺陷种类及缺陷深度）进行在线无损检测，并确定钢筋表面及近表面缺陷的位置，检测速度快、检测精度高，无需耦合剂，提高了钢筋表面缺陷的自动化水平，为优化冷轧带肋钢筋的工艺技术和产品质量提供可靠的反馈数据，并有利于钢筋表面质量的量化评估及生产质量控制。

附图说明

图1为本发明所述的轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置的结构示意图（含钢筋）；

图2为高频线圈绕制示意图；

图3为高频线圈的展开图；

其中，图1中的箭头表示钢筋的运动方向。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步详细说明：

如图1所示的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置，包括编码器1、红外测温仪3、函数发生器5、功率放大器4、电磁超声发射探测器9、电磁超声接收探测器8、前置放大器7和控制终端6，所述编码器1与控制终端6连接，通过编码器1实时测量钢筋2的运动速度，并传送给控制终端6采集，所述红外测温仪3与控制终端6连接，通过红外测温仪3实时测量钢筋2感应加热处理后的表面温度，并传送给控制终端6采集，所述电磁超声发射探测器9依次经功率放大器4、函数发生器5与控制终端6连接，由控制终端6控制函数发生器5发出激励信号，并经功率放大器4放大后，激励电磁超声发射探测器9产生超声波，所述电磁超声接收探测器8经前置放大器7与控制终端6连接，电磁超声接收探测器8接收电磁超声传播信号，并经前置放大器7放大后送入控制终端6采集，并通过控制终端6分析信号特征重构表面缺陷。

控制终端6包括计算机和高速数据采集卡，编制组态人机界面实现速度和温度的数字化及实现人机交互。

电磁超声发射探测器9包括至少两个高频线圈12、至少一对永久磁铁、非磁陶瓷隔片、碳钢、探头保护层、壳体、阻抗匹配器及高温防护骨架，高温防护骨架采用圆柱形的陶瓷片骨架，如图2和图3所示，高频线圈12用1.5mm的漆包线采用回折线圈方式绕制在陶瓷片骨架上形成圆柱形激励线圈，实现高温状态下运动钢筋2内部超声波激励。

电磁超声接收探测器8包括至少两个高频线圈12、至少一对永久磁铁、非磁陶瓷隔片、碳钢、探头保护层、壳体、阻抗匹配器及高温防护骨架，高温防护骨架采用圆柱形的陶瓷片骨架，如图2和图3所示，高频线圈12用1.5mm的漆包线采用回折线圈方式绕制在陶瓷片骨架上形成圆柱形激励线圈，实现高温状态下运动钢筋2内部超声波检测。

检测时，将编码器1安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪3装在感应加热系统的出口处，将电磁超声发射探测器9、电磁超声接收探测器8沿钢筋2运动方向依次间隔安装在感应加热系统的出口外即可。热处理后的钢筋2将依次进入电磁超声发射探测器9和电磁超声接收探测器8内，为了确保钢筋2与高频线圈12的提离距离，同时避免钢筋2与陶瓷片骨架的直接接触摩擦，在电磁超声发射探测器9的入口设置有导向机构10，使钢筋2外表面与陶瓷片骨架距离2mm。

如图1所示，本发明所述的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测方法，其步骤如下：

步骤一、将编码器1安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪3装在感应加热系统的出口处，通过编码器1及红外测温仪3实时测量钢筋2的运动速度及钢筋2感应加热处理后的表面温度，并传送给控制终端6采集；

步骤二、将电磁超声发射探测器9、电磁超声接收探测器8沿钢筋2运动方向依次间隔安装在感应加热系统的出口外；

步骤三、根据所述步骤一采集的运行速度及表面温度，确定函数发生器5产生激励信号的触发时间；

步骤四、根据所述步骤一采集的表面温度及运动速度，以及所述步骤三确定的触发时间，由控制终端6控制函数发生器5发出激励信号（例如：根据计算的触发时间，产生两个周期的正弦信号，频率为2MHz。），激励信号通过功率放大器4放大后，激励电磁超声发射探测器9在钢筋2内部产生超声波； 

步骤五、超声波沿钢筋2内部进行传播，由电磁超声接收探测器8接收电磁超声传播信号，并通过前置放大器7放大后送入控制终端6采集（由激励端的触发时间作为采集的外触发信号，完成超声波信号的采集及信号分析，采样频率为10MHz。）、分析信号特征重构表面缺陷。

所述步骤一中钢筋2的表面温度及运行速度的获得方法为：将编码器1安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪3装在感应加热系统的出口处，且编码器1与红外测温仪3位于钢筋2的正上方，红外测温仪3的光斑照射到钢筋2表面，红外测温仪3输出的4～20mA信号通过信号双绞线送入控制终端6采集，编码器1将实时检测的钢筋2的运动速度送入控制终端6采集。

所述步骤三中激励信号触发时间控制方法为：根据钢筋2的运动速度、回火处理时间以及电磁超声发射探测器9及电磁超声接收探测器8之间的距离，通过超声波传播速度、安装长度，计算每次脉冲时间触发的时间间隔。

本发明所述的编码器1为增量式编码器，红外测温仪3为比色红外测温仪。

激励电磁超声发射探测器9 的控制方法：将增量式编码器A相送入高速数据采集卡的T/C采集通道，采集并计算出运行速度，并编程计算运行时间，由定时计数器实现。通过高速数据采集卡的高速I/O输出通道发出脉冲阶跃信号作为外触发信号，硬件触发函数发生器5发出两个周期的正弦波形TTL电平信号，通过航空插座将TTL信号送往功率放大器4进行驱动功率放大；放大后的信号激励高频线圈12，高频线圈激发出交变磁场，钢筋2在交变磁场中，表面产生交变的电涡流，当施加偏置永久磁场时，钢筋2表面晶格质点收到交变的洛伦兹力、电磁力及磁致伸缩力。

电磁超声接收探测器8的控制方法：当有超声波自钢筋2内部透射出时，在钢筋2周围存在回折的空线圈和偏置静磁场，因此，钢筋2晶格质点将受力的作用，从而产生电流导致被测体钢筋2的表面层出现交变磁场，这个交变磁场将漏出钢筋2表面，从而在钢筋2环形部位的线圈内感生出电动势，该电动势通过前置放器7放大后送入控制终端6进行采集并进行信号分析与重构。

如图1所示，感应加热系统的加热铜管3采用三段串联的电感器水冷铜线圈，以确保快速加热钢筋到回火相变温度，其线圈由ф10×1mm紫铜管，以螺距20mm、直径ф400mm、12.5匝绕制而成。

Claims (5)

1.一种冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置，其特征在于：包括编码器（1）、红外测温仪（3）、函数发生器（5）、功率放大器（4）、电磁超声发射探测器（9）、电磁超声接收探测器（8）、前置放大器（7）和控制终端（6），所述编码器（1）与控制终端（6）连接，通过编码器（1）实时测量钢筋（2）的运动速度，并传送给控制终端（6）采集，所述红外测温仪（3）与控制终端（6）连接，通过红外测温仪（3）实时测量钢筋（2）感应加热处理后的表面温度，并传送给控制终端（6）采集，所述电磁超声发射探测器（9）依次经功率放大器（4）、函数发生器（5）与控制终端（6）连接，由控制终端（6）控制函数发生器（5）发出激励信号，并经功率放大器（4）放大后，激励电磁超声发射探测器（9）产生超声波，所述电磁超声接收探测器（8）经前置放大器（7）与控制终端（6）连接，电磁超声接收探测器（8）接收电磁超声传播信号，并经前置放大器（7）放大后送入控制终端（6）采集，并通过控制终端（6）分析信号特征重构表面缺陷。

2.根据权利要求1所述的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置，其特征在于： 所示控制终端（6）包括计算机和高速数据采集卡。

3.根据权利要求2所述的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置，其特征在于：在电磁超声发射探测器（9）的入口设置有导向机构（10）。

4.一种用权利要求1至3任一所述的冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置进行检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将编码器（1）安装在冷轧轧辊齿轮上，将红外测温仪（3）装在感应加热系统的出口处，通过编码器（1）及红外测温仪（3）实时测量钢筋（2）的运动速度及钢筋（2）感应加热处理后的表面温度，并传送给控制终端（6）采集；

步骤二、将电磁超声发射探测器（9）、电磁超声接收探测器（8）沿钢筋（2）的运动方向依次间隔安装在感应加热系统的出口外；

步骤三、根据步骤一采集的运行速度及表面温度，确定函数发生器（5）产生激励信号的触发时间；

步骤四、根据步骤一采集的表面温度及运动速度，以及步骤三确定的触发时间，由控制终端（6）控制函数发生器（5）发出激励信号，激励信号通过功率放大器（4）放大后，激励电磁超声发射探测器（9）在钢筋（2）内部产生超声波； 

步骤五、超声波沿钢筋（2）内部进行传播，由电磁超声接收探测器（8）接收电磁超声传播信号，并通过前置放大器（7）放大后送入控制终端（6）采集、分析信号特征重构表面缺陷。

5.根据权利要求4所述的用冷轧带肋钢筋表面缺陷电磁超声检测装置进行检测的方法，其特征在于：所述感应加热系统的加热铜管（11）采用三段串联的电感器水冷铜线圈，其线圈由ф10×1mm紫铜管，以螺距20mm、直径ф400mm、12.5匝绕制而成。

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