CN104597122A - 用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，即本系统的储辊单元用于存放待测连铸辊，扫查传动单元驱动扫查执行单元连接储辊单元上的待测连铸辊端，超声相控阵发生器控制扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷，耦合液供给单元供给扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷的耦合液，工控计算机连接超声相控阵发生器和扫查传动单元用于控制扫查执行单元执行待测连铸辊缺陷的检测、记录存储检测数据和控制扫查传动单元对扫查执行单元的驱动。本检测系统实现连铸辊缺陷的自动检测，有效提高检测效率及缺陷检出率，可准确，直观的显示缺陷横向信息，便于保存完整的检测信息，保证了连铸辊的在线运行。

Description

用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统

技术领域

本发明涉及一种用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统。

背景技术

超声相控阵技术早期主要用于医疗B超领域，使用在材料无损检测领域时间并不长，在电子技术方面对延迟的控制精度和电路的复杂控制是难点，检测方法上金属材料与人体检测相比具有更大难度，主要源于材料检测需要更高的线性要求和材料组织的不确定性多样因素。随着电子技术的发展和该项技术较高的缺陷检出率，该技术逐步应用于机械制造类行业。与常规超声检测方法相比，清晰成像比时间轴显示更具有实用性，让缺陷检测更加清晰直观。

常规的超声波检测根据超声波声程或时间作为X轴，将回波高度幅值作为Y轴显示，通过对回波高度和位置的解读，通过计算获取材料内部缺陷相对传感器探头的空间位置。超声相控阵技术采用多路晶片之间的时延控制或聚焦法则实现声波叠加，从而实现动态偏转效果，不需要移动探头，可对特定区域实现材料缺陷检测。

就机械制造类行业而言，超声相控阵自动检测系统并不多见，一般用于标准化产品或外形结构类似产品，而连铸辊缺陷检测目前大多采用便携式超声相控阵设备作单体检测，其检测效率低、无法自动获取缺陷长度信息、无法形成完整的缺陷分析报告、无法直观评价缺陷空间位置状态，影响了连铸辊的缺陷检出率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，本检测系统实现连铸辊缺陷的自动检测，有效提高检测效率及缺陷检出率，可准确，直观的显示缺陷横向信息，便于保存完整的检测信息，保证了连铸辊的在线运行。

为解决上述技术问题，本发明用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统包括储辊单元、扫查传动单元、扫查执行单元、超声相控阵发生器、耦合液供给单元和工控计算机，所述储辊单元用于存放待测连铸辊，所述扫查传动单元驱动所述扫查执行单元连接所述储辊单元上的待测连铸辊端，所述超声相控阵发生器控制所述扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷，所述耦合液供给单元供给所述扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷的耦合液，所述工控计算机连接所述超声相控阵发生器和扫查传动单元用于控制所述扫查执行单元执行待测连铸辊缺陷的检测、记录存储检测数据和控制所述扫查传动单元对所述扫查执行单元的驱动。

进一步，上述储辊单元包括储辊架和若干定位块，所述若干定位块分别间隔设于所述储辊架两侧。

进一步，上述扫查传动单元包括底座、两根导轨、伺服控制器、纵向伺服电机和横向伺服电机，所述底座设于所述储辊单元一侧，所述两根导轨设于所述底座两侧，所述伺服控制器连接所述纵向伺服电机和横向伺服电机，所述纵向伺服电机驱动所述扫查执行单元探头纵向移动，所述横向伺服电机驱动所述扫查执行单元沿导轨横向移动。

进一步，本系统还包括三个激光水平定位器，所述三个激光水平定位器分别间隔设于所述底座上。

进一步，上述扫查执行单元包括滑动架、滑轮、丝杠、两根导向杆、传动块、定位板、连接杆和超声相控阵检测探头，所述滑轮设于所述滑动架底面并位于所述两根导轨上，所述定位板垂直设于所述滑动架内，所述丝杠活动设于所述滑动架尾端与定位板之间，所述两根导向杆分别平行设于所述丝杠两侧，所述传动块设有螺孔和螺孔两侧的通孔，所述传动块螺孔拧于所述丝杠、通孔穿入所述两根导向杆，所述超声相控阵检测探头位于所述滑动架前端并通过连接杆连接所述传动块，所述纵向伺服电机设于所述滑动架尾端并转轴连接所述丝杠，所述横向伺服电机设于所述滑动架并驱动滑动架沿两根导轨移动。

进一步，上述纵向伺服电机转轴通过弹性联轴器连接所述丝杠。

进一步，本系统还包括摄像头和照明灯，所述摄像头和照明灯设于所述超声相控阵检测探头内。

进一步，本系统还包括三爪卡盘，所述三爪卡盘设于所述滑动架前端。

进一步，上述照明灯是LED灯。    

由于本发明用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统采用了上述技术方案，即本系统的储辊单元用于存放待测连铸辊，扫查传动单元驱动扫查执行单元连接储辊单元上的待测连铸辊端，超声相控阵发生器控制扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷，耦合液供给单元供给扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷的耦合液，工控计算机连接超声相控阵发生器和扫查传动单元用于控制扫查执行单元执行待测连铸辊缺陷的检测、记录存储检测数据和控制扫查传动单元对扫查执行单元的驱动。本检测系统实现连铸辊缺陷的自动检测，有效提高检测效率及缺陷检出率，可准确，直观的显示缺陷横向信息，便于保存完整的检测信息，保证了连铸辊的在线运行。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统框图；

图2为本检测系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统包括储辊单元6、扫查传动单元5、扫查执行单元4、超声相控阵发生器2、耦合液供给单元3和工控计算机1，所述储辊单元6用于存放待测连铸辊61，所述扫查传动单元5驱动所述扫查执行单元4连接所述储辊单元6上的待测连铸辊61端，所述超声相控阵发生器2控制所述扫查执行单元4检测待测连铸辊61缺陷，所述耦合液供给单元3供给所述扫查执行单元4检测待测连铸辊61缺陷的耦合液，所述工控计算机1连接所述超声相控阵发生器2和扫查传动单元5用于控制所述扫查执行单元4执行待测连铸辊61缺陷的检测、记录存储检测数据和控制所述扫查传动单元5对所述扫查执行单元4的驱动。

如图2所示，进一步，上述储辊单元包括储辊架62和若干定位块63，所述若干定位块63分别间隔设于所述储辊架62两侧。待测连铸辊61置于储辊架62上并通过定位块63予以固定及定位。

进一步，上述扫查传动单元包括底座51、两根导轨52、伺服控制器53、纵向伺服电机54和横向伺服电机55，所述底座51设于所述储辊单元一侧，所述两根导轨52设于所述底座51两侧，所述伺服控制器53连接所述纵向伺服电机54和横向伺服电机55，所述纵向伺服电机54驱动所述扫查执行单元探头纵向移动，所述横向伺服电机55驱动所述扫查执行单元沿导轨52横向移动。

进一步，本系统还包括三个激光水平定位器56，所述三个激光水平定位器56分别间隔设于所述底座51上。激光水平定位器用于调定底座的水平位置，确保扫查执行单元与待测连铸辊的空间位置。

进一步，上述扫查执行单元包括滑动架41、滑轮、丝杠42、两根导向杆43、传动块44、定位板45、连接杆46和超声相控阵检测探头47，所述滑轮设于所述滑动架41底面并位于所述两根导轨52上，所述定位板45垂直设于所述滑动架41内，所述丝杠42活动设于所述滑动架41尾端与定位板45之间，所述两根导向杆43分别平行设于所述丝杠42两侧，所述传动块44设有螺孔和螺孔两侧的通孔，所述传动块44螺孔拧于所述丝杠42、通孔穿入所述两根导向杆43，所述超声相控阵检测探头47位于所述滑动架41前端并通过连接杆46连接所述传动块44，所述纵向伺服电机54设于所述滑动架41尾端并转轴连接所述丝杠42，所述横向伺服电机55设于所述滑动架41并驱动滑动架41沿两根导轨52移动。通过横向伺服电机驱动滑动架沿导轨横向移动以使超声相控阵检测探头分别对准储辊架上的连铸辊，通过纵向伺服电机驱动丝杠使传动块在两根导向杆的引导下在滑动架内前后移动，从而通过连接杆带动超声相控阵检测探头伸入连铸辊内部的通水孔内实施缺陷检测。

进一步，上述纵向伺服电机54转轴通过弹性联轴器48连接所述丝杠42。弹性联轴器避免由于待测连铸辊内部不平整等因素导致的超声相控阵检测探头损坏。

进一步，本系统还包括摄像头49和照明灯50，所述摄像头49和照明灯50设于所述超声相控阵检测探头47内。摄像头和照明灯便于直接观察待测连铸辊内部情况，为缺陷检测提供便利。

进一步，本系统还包括三爪卡盘40，所述三爪卡盘40设于所述滑动架41前端。三爪卡盘用于抓取待测连铸辊轴端，保证扫查执行单元与待测连铸辊的可靠连接，同时定位超声相控阵检测探头与待测连铸辊的空间位置，确保超声相控阵检测探头伸入连铸辊内部的通水孔。

进一步，上述照明灯是LED灯。

本系统将超声相控阵检测技术结合自动化控制系统实施连铸辊缺陷检测，与常规超声检测相比，检测更全面，结果更直观，操作难度大大降低，同时检测结果重复性好，对于复杂曲面的判断更容易。与便携式超声相控阵设备检测相比，会大大提高检测速度，准确，直观的显示缺陷横向信息，便于保存完整的检测数据。经实际使用表明，采用本系统作连铸辊缺陷检测可发现大量以前常规检测未能发现的缺陷，极为有效的解决了连铸辊频繁断辊的问题。

在连铸辊缺陷检测时，待测连铸辊经清理后，批量上载至储辊单元，即装入检测工位；扫查传动单元将扫查执行单元沿辊轴中心线定位并推送至连铸辊轴头部位，采用三爪卡盘固定扫查执行单元和待测连铸辊，并确保超声相控阵检测探头与辊轴中轴线一致；工控计算机按照设定好的检测程序对超声相控阵发生器进行检测设定，同时设定扫查传动单元的伺服控制器，以确定纵向伺服电机和横向伺服电机的驱动时序，通过扫查执行单元的超声相控阵检测探头对储辊单元上各连铸辊依次实行自动缺陷检测，并采集所有检测数据传输至工控计算机进行存储、分析并生成缺陷检测报告。单根连铸辊检测完成后，松开三爪卡盘，扫查传动单元将扫查执行单元驱动至下一检测工位，对后续待测连铸辊进行检测。待储辊单元上批量连铸辊检测完成后，卸载储辊单元上所有连铸辊，更换下一批连铸辊后重复实施上述检测工序。

本系统中超声相控阵检测探头能够在连铸辊内孔精确前进和后退，并探头本身实现大于360度的旋转。将超声相控阵显示的扇形扫查（S扫）转化为三维显示的图像，在工控计算机显示屏中呈现，并对呈现结果能够自动测量缺陷长度、位置、大小并自动生成缺陷检测报告。

本系统与常规采用的便携式超声相控阵检测设备相比，本系统的检测位置从传统的连铸辊外圈转变为内孔，有效提高了检测灵敏度。采用常规便携式超声相控阵检测设备缺陷检测时，发现外表面缺陷需要采用经过内孔反射的二次回波进行检测，由于内孔直径小，且为圆弧面，反射效果很难保证。本系统从连铸辊内孔面采用一次回波检测缺陷，其检测效果更好，精度和便捷性有很大提高。

Claims (9)

1.一种用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：本系统包括储辊单元、扫查传动单元、扫查执行单元、超声相控阵发生器、耦合液供给单元和工控计算机，所述储辊单元用于存放待测连铸辊，所述扫查传动单元驱动所述扫查执行单元连接所述储辊单元上的待测连铸辊端，所述超声相控阵发生器控制所述扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷，所述耦合液供给单元供给所述扫查执行单元检测待测连铸辊缺陷的耦合液，所述工控计算机连接所述超声相控阵发生器和扫查传动单元用于控制所述扫查执行单元执行待测连铸辊缺陷的检测、记录存储检测数据和控制所述扫查传动单元对所述扫查执行单元的驱动。

2.根据权利要求1所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：所述储辊单元包括储辊架和若干定位块，所述若干定位块分别间隔设于所述储辊架两侧。

3.根据权利要求1或2所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：所述扫查传动单元包括底座、两根导轨、伺服控制器、纵向伺服电机和横向伺服电机，所述底座设于所述储辊单元一侧，所述两根导轨设于所述底座两侧，所述伺服控制器连接所述纵向伺服电机和横向伺服电机，所述纵向伺服电机驱动所述扫查执行单元探头纵向移动，所述横向伺服电机驱动所述扫查执行单元沿导轨横向移动。

4.根据权利要求3所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：本系统还包括三个激光水平定位器，所述三个激光水平定位器分别间隔设于所述底座上。

5.根据权利要求3所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：所述扫查执行单元包括滑动架、滑轮、丝杠、两根导向杆、传动块、定位板、连接杆和超声相控阵检测探头，所述滑轮设于所述滑动架底面并位于所述两根导轨上，所述定位板垂直设于所述滑动架内，所述丝杠活动设于所述滑动架尾端与定位板之间，所述两根导向杆分别平行设于所述丝杠两侧，所述传动块设有螺孔和螺孔两侧的通孔，所述传动块螺孔拧于所述丝杠、通孔穿入所述两根导向杆，所述超声相控阵检测探头位于所述滑动架前端并通过连接杆连接所述传动块，所述纵向伺服电机设于所述滑动架尾端并转轴连接所述丝杠，所述横向伺服电机设于所述滑动架并驱动滑动架沿两根导轨移动。

6.根据权利要求5所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：所述纵向伺服电机转轴通过弹性联轴器连接所述丝杠。

7.根据权利要求5所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：本系统还包括摄像头和照明灯，所述摄像头和照明灯设于所述超声相控阵检测探头内。

8.根据权利要求5所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：本系统还包括三爪卡盘，所述三爪卡盘设于所述滑动架前端。

9.根据权利要求7所述的用于连铸辊缺陷检测的超声相控阵自动检测系统，其特征在于：所述照明灯是LED灯。