CN104076089B - 环形锻件自动超声波c扫描检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形锻件自动超声波C扫描检测系统，该检测系统包括机械扫查控制单元、自动控制机械扫查装置、旋转工作台、给排水装置、喷水耦合装置、超声检测探头、超声探伤仪及其通讯单元、数据采集设备、C扫描无损测量单元；机械扫查控制单元提供给C扫描无损测量单元同步信号，并控制机械扫查装置、旋转工作台运动，从而带动安装在喷水耦合装置内的检测探头扫查，旋转工作台边缘设有给排水装置，以便水的实时供给排出，超声探伤仪通过检测探头收发脉冲，并将检测的回波信息通过数据采集设备传入C扫描无损测量单元进行成像分析。本发明可解决结构复杂的环形锻件超声检测问题，使成像更准确直观。

Description

环形锻件自动超声波C扫描检测系统

技术领域

本发明属于超声波无损检测领域，更具体的说是一种环形锻件自动超声波C扫描检测系统。

背景技术

超声无损检测技术是在不损坏零件或原材料的前提下，通过超声检测探头对被测对象，按照一定的路径进行扫描，从而得到被测对象内部的回波信息，进而判定出缺陷及其尺寸等参数。超声波检测优点为速度快、成本低、检测灵敏度高、对人体无害，且能实现工件内部缺陷的定位及定量。

传统的超声检测采用手工操作、记录、标示，此类方法的缺点是存在检测盲区、局部因检测不能显示底波，易造成缺陷漏检、不能实现锻件100%超声波检测，同时检测工作量大、检测结果不直观、存在人为因素干扰、误差较大等。

为了克服这些缺点，研究者将自动超声波C扫描检测技术应用到超声波检测系统当中，通过二维扫描架带动超声探伤仪控制的探头扫描检测面，获得与声束传播方向垂直的断面回波信息调制成像，使缺陷的位置和尺寸能够直观地显示出来，从而对缺陷进行定性和定量分析，如测控技术2010年第七期公开的复合材料超声C扫描检测装备运动控制系统，运用基于PC架构的控制器及其运动控制软件，对导弹舱体结构复合材料进行检测，但是这类系统主要是针对薄板类碳纤维复合材料进行二维方形扫描，对大厚度含有台阶、端框类的环形锻件，尤其是航天领域导弹弹体结构端框类、突防舱、过渡段等大型环形锻件的自动化超声检测不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环形锻件自动超声波C扫描检测系统，以解决环形锻件厚度大、曲面复杂的技术问题，达到缺陷及其尺寸等参数直观显示的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种环形锻件自动超声波C扫描检测系统，包括机械扫查控制单元、自动控制机械扫查装置、旋转工作台、给排水装置、喷水耦合装置、超声检测探头、超声探伤仪及其通讯单元、数据采集设备、C扫描无损测量单元；其中，自动控制机械扫查装置包括探头旋转装置、电动水平位移台、电动垂直位移台、机械回转机构。旋转工作台的台面上安装有多个位置可调的环形锻件支撑固定装置，用于放置被测工件，旋转工作台通过转台传动机构与伺服电机啮合，其转速由机械扫查控制单元控制，其边缘设有给排水装置；带检测探头的喷水耦合装置固定于探头旋转装置上，由给排水装置供给和排出水介质，喷水耦合装置一侧置有位移传感器，用于监测水程距离，探头旋转装置固定于竖直连接杆的下端，其转动通过第一电机进行控制，竖直连接杆的上端安装在电动水平位移台上，由第二电机驱动竖直连接杆沿着电动水平位移台台面水平运动；电动水平位移台通过连接板垂直安装于电动垂直位移台上，由第三电机驱动电动水平位移台沿着电动垂直位移台台面运动；电动垂直位移台的底端与机械回转机构连接，机械回转机构设置在旋转工作台的一侧；机械扫查控制单元与自动控制机械扫查装置、旋转工作台连接，用于实现对电机转速与转角的控制，进而实现对探头旋转装置、电动水平位移台、电动垂直位移台、机械回转机构、旋转工作台的运动控制；通讯单元与超声探伤仪相连，用于接收和设置超声探伤参数，数据采集设备输入端与超声探伤仪信号输出接口连接，输出端与C扫描无损测量单元连接，用于将检测到的超声回波信息输入C扫描无损测量单元进行成像分析。

本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）本发明采用旋转工作台对环形锻件进行扫查，减少了工件以外部分的无效扫查，提高环形锻件的检测效率，特别适用于航天领域导弹弹体结构端框类、突防舱、过渡段等大型环形锻件的检测；（2）本发明位于旋转工作台上可调的支撑固定装置，降低了环形锻件在检测时的对中难度，降低了后续图像处理的复杂度；（3）本发明采用机械扫查装置与旋转工作台协调运动的方式，可解决复杂工件的检测面中存在的曲面、台阶问题。

附图说明

图1是本发明实例中环形锻件自动超声波C扫描检测系统的示意图。

图2是本发明实例中环形锻件自动超声波C扫描检测系统扫查结构图。

图3是本发明实例中喷水耦合装置结构图，其中(a)是本发明实例中图3的出水端结构，(b)是本发明实例中图3的进水端结构。

图4是本发明实例中支撑固定装置结构图，其中(a)是本发明实例中图4的主视图，(b)是本发明实例中图4的左视图，(c)是本发明实例中图4的俯视图。

图5是本发明实例中端面检测扫查轨迹。

图6是本发明实例中调制后的C扫描图像。

图7是本发明实例中图像分析的结果，其中(a)是本发明实例中图7选定缺陷的原始图，(b)是本发明实例中图7选定缺陷结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2所示，环形锻件自动超声波C扫描检测系统包括机械扫查控制单元、自动控制机械扫查装置、旋转工作台9、给排水装置10、喷水耦合装置6、超声检测探头、超声探伤仪及其通讯单元、数据采集设备、C扫描无损测量单元。其中，自动控制机械扫查装置包括探头旋转装置7、电动水平位移台3、电动垂直位移台2、机械回转机构12。旋转工作台9的台面上安装有多个位置可调的环形锻件支撑固定装置13，用于放置被测工件5，旋转工作台9通过转台传动机构与松下MHME104G1U型伺服电机啮合，其转速由机械扫查控制单元控制，其边缘设有给排水装置10；带检测探头的喷水耦合装置6固定于探头旋转装置7上，由给排水装置10供给和排出水介质，喷水耦合装置一侧置有贝特威FT50kla位移传感器，用于监测水程距离，探头旋转装置7固定于竖直连接杆14的下端，其转动通过第一电机8进行控制，第一电机8可安装在探头旋转装置7上，竖直连接杆14的上端安装在电动水平位移台3上，由第二电机4驱动竖直连接杆14沿着电动水平位移台3台面水平运动，第二电机4可安装在电动水平位移台3的一端；电动水平位移台3通过连接板垂直安装于电动垂直位移台2上，由第三电机1驱动电动水平位移台3沿着电动垂直位移台2台面运动，第三电机1可安装在电动垂直位移台2的上端；电动垂直位移台2的底端与机械回转机构12连接，机械回转机构12设置在靠近旋转工作台9的一侧；电动垂直位移台2的底端与旋转工作台9的台面位于同一平面。

机械扫查控制单元与自动控制机械扫查装置、旋转工作台9连接，用于实现对电机转速与转角的控制，进而实现对探头旋转装置7、电动水平位移台3、电动垂直位移台2、机械回转机构12、旋转工作台9的运动控制；通讯单元与超声探伤仪相连，用于接收和设置超声探伤参数，数据采集设备输入端与超声探伤仪信号输出接口连接，输出端与C扫描无损测量单元连接，用于将检测到的超声回波信息输入C扫描无损测量单元进行成像分析。

具体实施方例中，电动水平位移台3与电动垂直位移台2采用北京光正GZ120DY（500-1000）J位移台，探头旋转装置7采用北京光正仪器的GZ102DX100J旋转台，喷水耦合装置6结构由图3中所示的结构构成。超声探伤仪型号为奥林巴斯EPOCH1000，数据采集设备为NI-DAQ6016型数据采集卡。给排水装置10由水泵、T型槽、贮水槽构成，贮水槽设置在旋转工作台台面四周偏下位置，水泵设置在贮水槽底部，T型槽放射布置在旋转工作台9台面，检测时，给排水装置10利用水泵将贮水槽中的水引入喷水耦合装置6，水介质耦合后，利用工作台转动时的离心力，将水由T型槽引入贮水槽。旋转工作台9上的环形锻件支撑固定装置13是高度相等的立方体，实例中采用支撑固定装置结构如图4所示。

本发明结合环形锻件端面检测过程对检测系统工作过程进行说明：

1、首先需根据环形锻件5材料、厚度、尺寸等特征调整EPOCH1000超声探伤仪以及支撑固定装置13所处旋转工作台9的位置，然后将环形锻件5置于支撑固定装置13之上。

2、由机械扫查控制单元控制自动控制机械扫描装置、旋转工作台9的运动，使置于喷水耦合装置6内的超声检测探头移动到检测端面上。

3、机械扫查控制单元发出信号，由给排水装置10向喷水耦合装置6供水，以便超声检测探头与环形锻件5的耦合，接着继续由机械扫查控制单元调整水程距离，为保证环形锻件5及喷水耦合装置6的安全性，本系统设置为40mm，系统通过机械扫查控制单元控制机械扫查装置与旋转工作台9来调整检测探头位姿。

4、由机械扫查控制单元发出同步信号，使探伤仪通讯单元、C扫描无损测量单元对扫查速度、扫查步进、运动模式、探伤频率、声程范围等参数进行设置，并确定环形锻件5的扫查范围，见图5，图5中，A、B点为所确定的环形锻件5端面的扫查范围，端面路径线条间距为所设定的扫查步进。

5、自动控制机械扫查装置及旋转工作台9按照所设定的路径扫查，超声探头检测到的回波信号经由超声探伤仪、数据采集卡传输至C扫描无损测量单元进行图像调制、显示、分析与处理，见图6及图7。

Claims (3)

1.一种环形锻件自动超声波C扫描检测系统，其特征在于：包括机械扫查控制单元、自动控制机械扫查装置、旋转工作台(9)、给排水装置(10)、喷水耦合装置(6)、超声检测探头、超声探伤仪及其通讯单元、数据采集设备和C扫描无损测量单元；其中，自动控制机械扫查装置包括探头旋转装置(7)、电动水平位移台(3)、电动垂直位移台(2)和机械回转机构(12)；

旋转工作台(9)的台面上安装有位置可调的环形锻件支撑固定装置(13)，旋转工作台(9)的边缘设有给排水装置(10)，其转速由机械扫查控制单元控制；

旋转工作台(9)的一侧放置机械回转机构(12)，电动垂直位移台(2)安装在机械回转机构(12)上，电动水平位移台(3)通过连接板垂直安装于电动垂直位移台(2)上，由第三电机(1)驱动电动水平位移台(3)沿着电动垂直位移台(2)台面运动；竖直连接杆(14)的上端安装在电动水平位移台(3)上，由第二电机(4)驱动竖直连接杆(14)沿着电动水平位移台(3)台面水平运动；探头旋转装置(7)固定于竖直连接杆(14)的下端，其转动通过第一电机(8)进行控制；

带超声检测探头的喷水耦合装置(6)固定于探头旋转装置(7)上，由给排水装置(10)供给和排出水介质，喷水耦合装置(6)一侧设置有位移传感器；

机械扫查控制单元分别与自动控制机械扫查装置、旋转工作台(9)连接，用于实现对电机转速与转角的控制，进而实现对探头旋转装置(7)、电动水平位移台(3)、电动垂直位移台(2)、机械回转机构(12)、旋转工作台(9)的运动控制；

通讯单元与超声探伤仪相连，用于接收和设置超声探伤参数，超声探伤仪信号输出接口与数据采集设备输入端连接，数据采集设备输出端与C扫描无损测量单元连接，用于将检测到的超声回波信息输入C扫描无损测量单元进行成像分析。

2.根据权利要求1所述的环形锻件自动超声波C扫描检测系统，其特征在于：所述环形锻件支撑固定装置(13)的个数大于1个。

3.根据权利要求1所述的环形锻件自动超声波C扫描检测系统，其特征在于：所述环形锻件支撑固定装置(13)为高度相等的立方体。