CN104267096A - 管坯铸造缺陷无损检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开并提供了一种管坯铸造缺陷无损检测方法及装置。该方法是在被测铜管坯的圆周表面设置阵列式激励线圈和检测线圈，由所述检测线圈循环对被测铜管坯圆周表面的磁化状态进行检测当被测铜管坯，所述管坯铸造缺陷无损检测装置包括固定支架、设置在所述固定支架上的探头部件以及与所述探头部件电连接的控制装置，所述探头部件包括多个激励线圈和多个检测线圈，所述控制装置包括单片机以及与所述单片机电连接的激励信号电路、信号检测单元，所述单片机与所述多个激励线圈和多个检测线圈电连接，所述激励线圈与所述激励信号电路连接，所述检测线圈与所述信号检测单元连接。本发明可广泛应用于铜管坯近表面缺陷的在线无损检测。

Description

管坯铸造缺陷无损检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种金属管材检测领域，尤其涉及一种管坯铸造缺陷无损检测方法及装置。

背景技术

现有生产精密铜管的工艺是铸轧法，其工艺流程为:水平连铸管坯、三辊行星轧制、二联拉、盘拉、缠绕、退火。其中连铸工序是生产线的关键一环，在连铸工序产生的质量缺陷大多可以影响精密铜管生产的全过程。因此有必要对管坯进行在线无损检测。目前涡流探伤仪广泛应用于各类有色金属、黑色金属管、棒、线、丝、型材的在线、离线探伤。但这些应用装置按使用的探头形式分类，主要有穿过式线圈法、旋转式点探头法、内插式线圈法三种，且受检测技术所限，能够检测的缺陷深度浅。而且现有的无损检测装置大多集中在铁磁性材料，缺少针对铜管坯的检测装置，因此十分需要填补本技术领域空白。

发明内容

本发明所要解决的问是提供一种能检测裂纹、气孔、缩孔等，检测深度高且检测准确率高的管坯铸造缺陷无损检测方法及装置。

    本发明一种管坯铸造缺陷无损检测方法采用的技术方案是：该方法是在被测铜管坯的圆周表面设置阵列式激励线圈和检测线圈，由所述检测线圈循环对被测铜管坯圆周表面的磁化状态进行检测。

    本发明一种管坯铸造缺陷无损检测装置采用的技术方案是：所述管坯铸造缺陷无损检测装置包括固定支架、设置在所述固定支架上的探头部件以及与所述探头部件电连接的控制装置，所述探头部件包括多个激励线圈和多个检测线圈，所述控制装置包括单片机以及与所述单片机电连接的激励信号电路、信号检测单元，所述单片机与所述多个激励线圈和多个检测线圈电连接，所述激励线圈与所述激励信号电路连接，所述检测线圈与所述信号检测单元连接，所述控制装置通过多个所述检测线圈检测的由多个所述激励线圈发出的磁信号判断缺陷。

    进一步的，所述单片机包括：

     数据采集模块，用于实时接收由多个所述检测线圈检测后提供给所述信号检测模块处理后的数据并进行数据的上传；

     数据判断模块，用于将所述数据采集模块采集的数据与预设的磁场强度数据进行判断，若采集的数据与预设的磁场强度数据区间不同则产生信号发送给数据报警模块；

     数据报警模块，用于接收由所述数据判断模块产生的信号并发出警告信息；

     控制模块，用于控制所述探头部件的工作以及所述单片机内其他模块的正常工作。

    进一步的，所述固定支架主要由一个内部为圆柱形的腔体和两个端盖板构成，多个所述激励线圈和多个所述检测线圈相间交错呈圆环状均匀地装置在所述固定支架上，被测铜管坯从所述固定支架中间穿过，所述激励线圈和所述检测线圈环绕在被测铜管坯轴线的周围与被测铜管表面接近。

    进一步的，多个所述激励线圈分别为A、B、C、D、E、F、G、H共八个，多个所述检测线圈对应多个所述激励线圈数量同为八个。

    进一步的，所述激励信号电路包括信号源和功率放大电路，信号源经过功率放大后输出至多个所述激励线圈，所述激励信号电路连接并受控于所述控制装置。

    进一步的，所述管坯近表面缺陷在线无损检测装置还包括与所述控制装置电连接的显示部分。

    进一步的，所述信号检测单元包括反射式探头接收及差动放大电路、带通滤波放大电路、检波电路、自动平衡电路、单片机、差动放大电路、数据采集电路，所述检测线圈接收到的信号经过所述反射式探头接收及差动放大电路后送入所述带通滤波放大电路，然后送入所述检波电路，所述检波电路输出分别连接所述自动平衡电路和所述差动放大电路，所述差动放大电路的输出连接所述数据采集电路，所述数据采集电路的输出连接至所述计算机处理电路，所述单片机分别连接所述自动平衡电路和所述计算机处理电路。

    本发明的有益效果是：本发明的方法是在被测铜管坯的圆周表面设置阵列式激励线圈和检测线圈，所述铜管坯近表面缺陷在线无损检测装置包括固定支架、设置在所述固定支架上的探头部件以及与所述探头部件电连接的控制装置，所述探头部件包括多个激励线圈和多个检测线圈，所述控制装置包括单片机以及与所述单片机电连接的激励信号电路、信号检测单元，所述单片机与所述多个激励线圈和多个检测线圈电连接，所述激励线圈与所述激励信号电路连接，所述检测线圈与所述信号检测单元连接，所述控制装置通过多个所述检测线圈检测的由多个所述激励线圈发出的磁信号判断缺陷，所以当被测铜管坯置于本发明内时，即被测铜管坯顺检测装置圆柱形腔体中轴线穿过、随着连铸过程的进行，可连续检测铜管坯表面及近表面缺陷，包括裂纹、气孔、缩孔等。

附图说明

图1是本发明工作结构示意图；

图2方案方框示意图；

图3是本发明工作流程及信号走向方框示意图。

具体实施方式

    如图1、图2、图3所示，本发明是在被测铜管坯101的圆周表面设置阵列式激励线圈4和检测线圈5，由所述检测线圈5循环对被测铜管坯101圆周表面的磁化状态进行检测，所述铜管坯近表面缺陷在线无损检测装置包括固定支架1、设置在所述固定支架1上的探头部件、与所述探头部件电连接的控制装置2以及与所述控制装置2电连接的显示部分3，所述探头部件包括多个激励线圈4和多个检测线圈5，所述控制装置2包括单片机21以及与所述单片机21电连接的激励信号电路22、信号检测单元23，所述激励线圈4与所述激励信号电路22连接，所述检测线圈5与所述信号检测单元23连接，所述控制装置通过多个所述检测线圈5检测的由多个所述激励线圈4发出的磁信号判断缺陷。所述单片机21包括： 数据采集模块，用于实时接收由多个所述检测线圈5检测后提供给所述信号检测模块处理后的数据并进行数据的上传； 数据判断模块，用于将所述数据采集模块采集的数据与预设的磁场强度数据进行判断，若采集的数据与预设的磁场强度数据区间不同则产生信号发送给数据报警模块；数据报警模块，用于接收由所述数据判断模块产生的信号并发出警告信息；控制模块，用于控制所述探头部件的工作以及所述单片机21内其他模块的正常工作。

所述固定支架1主要由一个内部为圆柱形的腔体和两个端盖板构成，所述激励线圈4分别为A、B、C、D、E、F、G、H共八个，所述检测线圈5对应所述激励线圈数量同为八个，所述激励线圈4和检测线圈5相间交错呈圆环状均匀地装置在所述固定支架1上，被测铜管坯101从所述固定支架1的端盖中间穿过，所述激励线圈4和检测线圈5环绕在被测铜管坯101轴线的周围与被测铜管坯101表面接近。

所述激励信号电路22包括信号源和功率放大电路，信号源经过功率放大后输出至所述激励线圈4，所述激励信号电路22连接并受控于所述控制装置2。

所述信号检测单元23包括反射式探头接收及差动放大电路231、带通滤波放大电路232、检波电路233、自动平衡电路234、差动放大电路235、数据采集电路236，所述检测线圈4接收到的信号经过所述反射式探头接收及差动放大电路231后送入所述带通滤波放大电路232，然后送入所述检波电路233，所述检波电路233输出分别连接所述自动平衡电路234和所述差动放大电路235，所述差动放大电路235的输出连接所述数据采集电路236，所述数据采集电路236的输出连接至所述控制装置2。

本实施例中，共16个激励与检测线圈均匀地安装在所述固定支架1的四周。其中A、B，C、D，E、F，G、H各组成一对进入到所述信号检测单元23中，而其中8个所述激励线圈4以并联的方式由同一激励源带动，这样在正常情况下，每个所述检测线圈5附近就有了同等的磁场强度。当检测对象有缺陷时，缺陷位置附近所述检测线圈5的信号值大小就会发生改变，通过所述信号检测单元23就可以判断出缺陷的位置。所述激励线圈4与所述信号检测单元23采用同步的方式，能实时地捕捉到运行速度较快工件的缺陷信号。检测部分无需人工试块标定，初始化时将缺陷检测信号自动归零，所述固定支架1可以直接安装在生产线上，并由于所述激励线圈4与所述检测线圈5组成的360度分布的方式，能全方位地检测出缺陷信号。

本发明的检测是一种用于检测连续铸造铜管坯表面和近表面缺陷的一种涡流检测方法，说明如下：

1．             采用模拟电路产生1~500Hz交流信号，经功率放大后输出给多个激励线圈；

2．             同时使用两个检测线圈并组成差动放大的连接方式，使固定分量线圈的感应电压U在电路中自动平衡抵消，仅仅保留并输出电压变化量△U，这样，就能满足放大器动态范围的要求，不失真的把△U放大到所需要的程度；

3．             为了能获得需要的有用信号的同时尽量减少其他无用信号的干扰，在前置放大电路的后级加入了一个带通滤波器，同时为了使有用信号能足够大，再在滤波器后面加了一级放大电路。

4．             前置放大电路的作用是把A 和B两个检测线圈的差值放大，在理想条件下，当A和B所对应的检测位置均为正常时，输出应当为零。但由于线圈自身不可能完全对称以及线圈与检测对象之间的距离也不可能完全相等，这些因素导致了当两检测探头在检测到无缺陷的对象时，仍然有一固定的输出，这个输出信号经前置放大，滤波和后级放大之后，输出能从几百毫伏到几伏。而我们的缺陷信号经放大后往往只有几百毫伏甚至更小，这就导致了有用信号得不到足够的放大而影响到检测精度。所以设计出一个平衡模块，把这个不应当存在的不平衡信号消除；

5．   由于交流信号的平衡需要提供一个与原信号等幅，同频率，同相位的信号，为简化起见这里采用了把交流信号检波变成直流信号后再实现平衡的一种电路。信号采入经运算后控制外部的DAC7625，使其在通道A上输出与U1相等的电压U2，并把此信号加入到差分放大器的同相端，与原信号U1进行差分运算，其输出值U=系数*（U2-U1）。所以当我们的U2=U1时，输出U=0，这就达到了我们平衡的目的。与此同时，假如两传感器的其中一个检测到缺陷信号，就会使我们检波后的直流电压等于U1+△U，输出U=系数*（U2-U1-△U），此时的U就是放大以后的缺陷信号。

信号源的产生以及数据采集显示通过计算机软件和板卡NI6154完成。信号源经功率放大后输入到8个并联连接的激励线圈中，功率放大电路可直接使用功放集成芯片OPA541等。通过对同一组检测线圈进行差分放大以及后续的放大电路就可以判断出被测工件的好坏。我们以AB这一组检测线圈为例来说明检测电路的工作过程。

初始时刻，由于A和B两个检测线圈自身不可能完全相等，以及到检测对象的距离也会存在一点的误差，那么线圈A和B就有一个初始的电压差U=A-B。这个U我们可以通过电桥平衡电路来抵消。当线圈A检测到缺陷时，由电涡流原理我们知道线圈A上的电压信号就会发生改变，此时A上的电压值为A+△A，那么△U=△A。把该缺陷信号进行放大，就能对检测对象的缺陷作出判断。

Claims (8)

1.一种管坯铸造缺陷无损检测方法，其特征在于：该方法是在被测铜管坯的圆周表面设置阵列式激励线圈和检测线圈，由所述检测线圈循环对被测铜管坯圆周表面的磁化状态进行检测。

2.一种根据权利要求1所述管坯铸造缺陷无损检测方法的管坯铸造缺陷无损检测装置，其特征在于：所述管坯铸造缺陷无损检测装置包括固定支架、设置在所述固定支架上的探头部件以及与所述探头部件电连接的控制装置，所述探头部件包括多个激励线圈和多个检测线圈，所述控制装置包括单片机以及与所述单片机电连接的激励信号电路、信号检测单元，所述单片机与所述多个激励线圈和多个检测线圈电连接，所述激励线圈与所述激励信号电路连接，所述检测线圈与所述信号检测单元连接，所述控制装置通过多个所述检测线圈检测的由多个所述激励线圈发出的磁信号判断缺陷。

3.根据权利要求2所述的管坯铸造缺陷无损检测装置，其特征在于：所述单片机包括：

     数据采集模块，用于实时接收由多个所述检测线圈检测后提供给所述信号检测模块处理后的数据并进行数据的上传；

     数据判断模块，用于将所述数据采集模块采集的数据与预设的磁场强度数据进行判断，若采集的数据与预设的磁场强度数据区间不同则产生信号发送给数据报警模块；

     数据报警模块，用于接收由所述数据判断模块产生的信号并发出警告信息；

     控制模块，用于控制所述探头部件的工作以及所述单片机内其他模块的正常工作。

4.根据权利要求2所述的管坯铸造缺陷无损检测装置，其特征在于：所述固定支架主要由一个内部为圆柱形的腔体和两个端盖板构成，多个所述激励线圈和多个所述检测线圈相间交错呈圆环状均匀地装置在所述固定支架上，被测铜管坯从所述固定支架中间穿过，所述激励线圈和所述检测线圈环绕在被测铜管坯轴线的周围与被测铜管表面接近。

5.根据权利要求4所述的管坯铸造缺陷无损检测装置，其特征在于：多个所述激励线圈分别为A、B、C、D、E、F、G、H共八个，多个所述检测线圈对应多个所述激励线圈数量同为八个。

6.根据权利要求2所述的管坯铸造缺陷无损检测装置，其特征在于：所述激励信号电路包括信号源和功率放大电路，信号源经过功率放大后输出至多个所述激励线圈，所述激励信号电路连接并受控于所述控制装置。

7.根据权利要求2所述的管坯铸造缺陷无损检测装置，特征在于：所述管坯近表面缺陷在线无损检测装置还包括与所述控制装置电连接的显示部分。

8.根据权利要求2所述的管坯铸造缺陷无损检测装置，特征在于：所述信号检测单元包括反射式探头接收及差动放大电路、带通滤波放大电路、检波电路、自动平衡电路、单片机、差动放大电路、数据采集电路，所述检测线圈接收到的信号经过所述反射式探头接收及差动放大电路后送入所述带通滤波放大电路，然后送入所述检波电路，所述检波电路输出分别连接所述自动平衡电路和所述差动放大电路，所述差动放大电路的输出连接所述数据采集电路，所述数据采集电路的输出连接至所述计算机处理电路，所述单片机分别连接所述自动平衡电路和所述计算机处理电路。