CN104316237A - 基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置及方法，该检测装置包括输送辊道，所述输送辊道的两侧分别设有液压高度调节装置，所述液压高度调节装置上设有机架，所述机架上设有横梁，所述横梁上设有轨道，所述轨道上装有超声波发射换能器和接收换能器，所述超声波发射换能器和接收换能器分别连接有驱动电机，所述超声波发射换能器和接收换能器还分别连接有计算机控制系统。本发明装置通过计算机控制系统根据超声波在钢板中的传输时间，计算处理得到残余应力，该装置对于残余应力的在线控制起到了重要的检测作用，检测过程不需人工参与，实现了残余应力的自动控制，具有重要的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业中钢板表面残余应力的检测，具体地指一种基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置及方法。
背景技术
带钢板形控制是轧钢技术领域的重点研究方向，而板形不良的根本原因是残余应力的不均匀分布，目前有大量的板形测量装置应用在生产线上，用以板形控制，但这些板形检测装置只能检测目前板形的优良程度，而当钢板进行加工剪切时，内部应力释放，会导致新的板形不良出现，对于一些自动化加工设备，会因板形在经过剪切时的大变形而造成损坏，因此有必要检测的板坯的残余应力，这样才能从根本上控制板形的好坏。
为了检测带钢的内应力，目前的方法有盲孔、切槽、剥层、取条等破坏性检测方法和X激光干涉、云纹分析、中子衍射、超声波等非破坏性检测方法。例如：公告号为CN102156010的中国专利《一种开平板内应力检测方法》公开了一种开平板内应力测量方法，将开平板均匀切条释放内应力，根据每个测量条的弯曲变形计算其应力释放前的内应力，从而获得整个开平板的内应力分布，该方法与其他方法相比无特殊设备要求，操作简单成本低，但需要离线检测。公告号为CN20120151的中国专利《材料内部应力超声波检测装置》公开了一种材料内部应力的检测装置，利用三个探头组合结构，减小了误差，测量精度高、适应性增强，但使用方便性较差。公告号为CN2842393的中国专利《材料内应力超声波测量装置》也是利用超声波来测量材料的残余应力，但该实用新型发明点在于通过电路设计来提高测量的精度。以上这些专利所提供的装置及方法均需要在现场取样到实验室来进行检测，得到结果后即使应力分布不均也无法对这卷带钢进行调节。
为了降低板坯的内应力，同时又不影响生产效率，就必须采用在线检测板坯残余应力的方法用于闭环调节，而残余应力的检测应采用无损检测的方法。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置及方法，该装置利用超声波在线检测钢板任何一个地方的残余应力，且测量过程无需人工参与，提高了检测的精度和效率，且不影响生产。
实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置，该检测装置包括输送辊道，所述输送辊道的两侧分别设有液压高度调节装置，所述液压高度调节装置上设有机架，所述机架上设有横梁，所述横梁上设有轨道，所述轨道上装有超声波发射换能器和接收换能器，所述超声波发射换能器和接收换能器分别连接有驱动电机，所述超声波发射换能器和接收换能器还分别连接有计算机控制系统。
在上述技术方案中，所述计算机控制系统包括：数据采集单卡，数据采集触发单元，脉冲发射单元，超声波信号放大单元以及工控计算机，所述脉冲发射单元与所述超声波发射换能器连接，然后经过数据采集触发单元后与数据采集卡连接；超声波接收换能器与超声波信号放大单元连接，超声波信号放大单元的输出与数据采集卡连接，数据采集卡与工控计算机连接。
在上述技术方案中，所述超声波发射换能器和超声波接收换能器在竖直平面内的角度调节范围为与±15°。
此外，本发明还提供一种通过上述装置检测钢板表面残余应力的方法，该方法包括：将带钢在输送辊道上运行，在计算机中输入待检测的位置，驱动电机驱动超声波发射换能器和超声波接收换能器通过在轨道上沿带钢宽度方向水平移动到达待测位置，调节液压高度调节装置将机架上横梁的高度向下调节至距带钢表面处，超声波发射换能器和超声波接收换能器自动调节倾斜角度以便更好的接收信号，待调节完毕即可开始测量，计算机控制系统根据超声波发射换能器和超声波接收换能器测量超声波在板坯内部传播固定距离所需要的时间处理计算得到板坯测量点的残余应力大小。
本发明装置通过计算机控制系统根据超声波在钢板中的传输时间，计算处理得到残余应力。可安装于热轧板生产线的冷却与卷取机之间，将板带残余应力的检测结果反馈给控制系统用于调节轧制及冷却工艺，使应力降至最低；也可安装于开平前，对开平起到指导作用。该装置对于残余应力的在线控制起到了重要的检测作用，检测过程不需人工参与，实现了残余应力的自动控制，具有重要的生产使用价值。
附图说明
图1为本发明基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置的结构示意图。
图2为本发明中计算机控制系统及数据处理示意图。
图中，1-液压高度调节装置，2-机架，3-横梁，4-超声波发射换能器，5-超声波接收换能器，6-带钢，7-输送辊道，8-轨道，9-计算机控制系统。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置包括输送辊道7，输送辊道7的两侧分别设有液压高度调节装置1，位于两侧的液压高度调节装置1的上端通过机架2连接，机架2上设有横梁3，横梁3上设有轨道8，轨道8上装有超声波发射换能器4和超声波接收换能器5，超声波发射换能器4和超声波接收换能器5分别连接有驱动电机(图中未示出)，超声波发射换能器4和超声波接收换能器5还分别与计算机控制系统9连接，本实施例中，计算机控制系统9包括：数据采集单卡，数据采集触发单元，脉冲发射单元，超声波信号放大单元以及工控计算机9.1，脉冲发射单元与超声波发射换能器4连接，然后经过数据采集触发单元后与数据采集卡连接；超声波接收换能器5与超声波信号放大单元连接，超声波信号放大单元的输出与数据采集卡连接，数据采集卡与工控计算机9.1连接。
脉冲发射单元获得超声波发射换能器4发射超声波的信号，该信号经过数据采集触发单元传输到数据采集卡，此外，超声波信号放大单元将获超声波接收换能器5接收的超声波信号放大后传输至数据采集卡，数据卡将发射的超声波信号和接收的超声波信号传输至工控机，工控机根据通过超声波发射换能器4和超声波接收换能器5精确测量出在被测钢板内部传播固定距离所需要的时间，由传播时间和材料残余应力之间的关系，经过处理后得到材料被测部位的残余应力的值。
下面以两个具体实施例来说明本发明基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置的工作过程。
实施例1，测量带钢中部的残余应力
带钢6在输送辊道7上运行，在计算机9.1中输入待检测的位置为1/2宽度处，输入带钢厚度为4mm，超声波发射换能器4和超声波接收换能器5通过驱动电机在轨道8上水平移动到达待测位置带钢6中部，调节液压高度调节装置1，将机架2上横梁3的高度向下调节至距带钢表面10mm处，超声波发射换能器4和超声波接收换能器5自动调节倾斜角度以便更好的接收信号，待调节完毕即可开始测量，通过超声波发射换能器和超声波接收换能器测量超声波在板坯内部传播固定距离所需要的时间，经计算机控制系统9处理后得到板坯测量点的残余应力大小。
实施例2，测量带钢1/4处的残余应力
板坯6在传输辊道7上运行，在计算机9.1中输入待检测的位置为1/4宽度处，输入带钢厚度为8mm，驱动电机驱动超声波发射换能器4和超声波接收换能器5在轨道8上水平移动到达待测位置距带钢6边部1/4处操作液压高度调节装置1动作，将机架2上横梁3的高度向下调节至距带钢表面12mm处，超声波发射换能器4和超声波接收换能器5自动调节倾斜角度以便更好的接收信号，待调节完毕即可开始测量，通过超声波发射换能器4和超声波接收换能器5测量超声波在板坯内部传播固定距离所需要的时间，经计算机控制系统9处理后得到距板坯1/4处的残余应力大小。
Claims (5)
1.一种基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置，其特征在于：包括输送辊道，所述输送辊道的两侧分别设有液压高度调节装置，位于两侧的液压高度调节装置上端通过机架连接，所述机架上设有横梁，所述横梁上设有轨道，所述轨道上装有超声波发射换能器和超声波接收换能器，所述超声波发射换能器和超声波接收换能器分别连接有驱动电机，所述超声波发射换能器和超声波接收换能器还分别连接有计算机控制系统。
2.根据权利要求1所述基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置，其特征在于所述计算机控制系统包括：数据采集单卡，数据采集触发单元，脉冲发射单元，超声波信号放大单元以及工控计算机，所述脉冲发射单元与所述超声波发射换能器连接，然后经过数据采集触发单元后与数据采集卡连接；超声波接收换能器与超声波信号放大单元连接，超声波信号放大单元的输出与数据采集卡连接，数据采集卡与工控计算机连接。
3.根据权利要求1所述基于在线超声波的钢板表面残余应力检测装置，其特征在于：所述超声波发射换能器和超声波接收换能器在竖直平面内的角度调节范围为与±15°。
4.一种通过权利要求1所述装置检测钢板表面残余应力的方法，其特征在于：将带钢在输送辊道上运行，在计算机中输入待检测的位置，驱动电机驱动超声波发射换能器和超声波接收换能器通过在轨道上沿带钢宽度方向水平移动到达待测位置，调节液压高度调节装置将机架上横梁的高度向下调节至距带钢表面处，超声波发射换能器和超声波接收换能器自动调节倾斜角度以便更好的接收信号，待调节完毕即可开始测量，计算机控制系统根据超声波发射换能器和超声波接收换能器测量超声波在板坯内部传播固定距离所需要的时间处理计算得到板坯测量点的残余应力大小。
5.根据权利要求4所述装置检测钢板表面残余应力的方法，其特征在于：调节液压高度调节装置使得机架距带钢表面8-12mm。
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