CN1063848C - 热钢板在线自动化电磁超声探伤系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种无耦合剂(水或油)非接触式热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，它由安全保护系统、探头系统、探头运动控制系统、数据采集系统、数据处理系统、样板输送系统和显示系统所组成。数十个探头同时在钢板上探伤，由计算机采集、筛选出缺陷信号，确定缺陷的类别、大小及位置。可对500℃以下、40毫米厚度、3米宽度、运送速度1米/秒的钢板探伤。主要用于辊道上运送的各种中厚钢板的探伤，也可用于其它金属或非金属材料的探伤。
Description
本发明涉及一种超声探伤系统，尤其是用于辊道上运送的各种热态中厚钢板在线自动化电磁超声探伤系统。
在现有技术中，钢板超声探伤设备大多数由操作者用探头对冷钢板进行人工扫描探伤。此类设备只能用于事后探测冷钢板，而且耗费大量人力，劳动强度大，效率低，人为的因素影响了探测结果，更由于耦合等原因，不能满足更高的探伤要求。近年来，虽然也曾出现过自动探伤技术，如中国专利CN1051086A《电磁超声自动探伤技术》和德国专利DE3314376(即英国专利GB2120789)《电磁超声无损检测》(Non-destructive ultrasonic andmagnetic testing)-用磁通量探测器和电磁声学传感器，解决了自动探伤问题。但由于采用板波，所以只能对厚度18毫米以下的钢板探测，不能满足钢板自动探伤更高的质量要求。
本发明的目的就是要提供一种更为先进和切实可行的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，它能满足更广泛的钢板(或其它材料)的特性，例如不同的材质、不同的宽度、较宽的厚度范围、较高的表面温度、较快的钢板运送速度以及更高的探伤质量要求，具有灵敏、准确、快速、简便的特点。
为实现上述目的，本发明解决技术问题的方案是：采用电磁超声的直射横波对钢板垂直发射进行无耦合剂(水和油)非接触式探伤的热钢板在线自动化探伤系统，它包括安全保护系统、探头系统、探头运动控制系统、数据采集系统、数据处理系统、样板输送系统和显示系统七个部分。探头系统由若干个固定探头和游动探头所组成，为实现100％面积的探伤，若干个固定探头沿垂直于钢板运送方向分三排交错排列布置、周期而交替地产生直射横波对钢板进行无耦合剂(水和油)非接触式探伤。每个探头由U形电磁铁、高频发射器、探伤线圈、前置放大器、探头隔热层等组成。每个探头有两个探伤线圈，在钢板上形成两个探伤区，每个探伤区面积为600-800平方毫米。每个探伤线圈既是发射线圈又是接收线圈，都向钢板发射垂直于钢板的横波，同时又都接收钢板的缺陷回波和钢板底面的回波。所有的高频发射器都是周期而交替的工作，发射周期为几十毫秒，每周期工作时间为1微秒。每个探伤线圈和被探钢板之间由空气喷嘴形成一层薄的隔热层，用以保护探伤线圈不被钢板的热传导而损坏。探头运动控制系统通过可编程序控制器和自编的程序软件控制探头系统运动，达到安全保护、探伤和自检的自动化控制的目的。安全保护系统由若干个探测传感器在线测量钢板运送过程中的不规则因素(如跳动或横向移动以及钢板“翘头”、“飞边”等)，产生安全控制信号，自动控制探头躲避，以免造成探头损坏或踏空。为适应任意可变的钢板宽度，另设有一排游动探头在计算机控制下沿钢板宽度方向游动。数十个探头及相应的探测电路应有相同的增益，为了检查和调整它们之间的增益差异，采用一块符合国标的典型缺陷钢板。在需要增益校正时，它由样板输送系统将此样板送到探头的下面，用计算机程序操作接收电路的校正。数据采集系统对所有缺陷信号进行综合分析，根据计算机事先存入的标准信号确定缺陷类别、所在位置及大小，给出最后的探伤结果。显示系统将探伤结果以图表形式通过显示器显示或打印机打印输出，并通过打标机在钢板上标出质量等级。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.由于采用无耦合剂(水和油)非接触式探伤，因此，本发明可对冷、热钢板探伤，钢板的温度可以高达500℃；长度可由几米到十几米，宽度可由1米到3米，厚度可由几毫米到40毫米；钢板的运送速度可以高达每秒1米，广泛地满足了中厚钢板(或其它材料)的特性和更高的探伤质量要求。
2.由于计算机控制一组探头在钢板上探伤，对所得数据进行对比分析，实时标出被探钢板存在的缺陷类别、大小及位置，完全排除人为因素的影响，探伤结果准确、直观。而且，全过程都是自动化控制完成，大大节省了人力，减轻了劳动强度。
3.被探钢板的探伤面积为100％，无探伤盲区。
下面结合附图和实施例对本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统作进一步的详细说明。
图1是本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统方框图；
图2是本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统详细的原理框图；
图3是本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统探头结构示意图；
图4是本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统现场布置示意图；
图5是本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统系统工作原理示意图。
由图1可以看出，本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统包括安全保护系统(12)、探头系统(16)、探头运动控制系统(13)、数据采集系统(17)、数据处理系统(14)、样板输送系统(18)和显示系统(15)七个部分。如图2所示，安全保护系统(12)由钢板翘头探测器(45)、热钢板测厚仪(46)、测宽仪(47)、测长仪(48)和数据发送器(49)等组成。当被探钢板到达钢板翘头探测器(45)下面时，它发出钢板到达信号，同时测出钢板的轮廓尺寸是否符合约定的要求，是否危及本系统的安全，将相应信号送给管理计算机(56)，同时起动软件包(57)的相应程序。热钢板测厚仪(46)及测宽仪(47)测出热钢板的厚度及宽度，并将此信息通过发送器(49)送给探头运动控制系统(13)的编程控制器(50)以计算探头下降的位置及需要多少个探头参加探伤。测长仪(48)自钢板到达即开始发出信号，起动数据采集系统(17)中的时序电路(43)，不断地给出钢板的长度信息，以使计算机确定钢板出现缺陷信号时的具体位置。探头系统由九十个固定探头(3)和六个游动探头(3Y)所组成，如图4所示。固定探头(3)沿垂直于钢板运送方向分三排交错排列布置，周期而交替地工作，这样不会产生漏探(即无盲区)。游动探头(3Y)之间的相互位置不变，它们在计算机控制下沿钢板宽度方向同时移动，以适应任意的钢板宽度都不会有盲区。由图3可知，每个探头(3.3Y)都包括二个探伤线圈(4)、二个发射器(7)、二个前置放大器(8)和探头运动机构(30)、探头驱动电机(31)、传感器(36)、电磁铁(32)及隔热层(9)等。探伤线圈(4)选用耐高温的绝缘材料，采用专用模具精心绕制而成。每个探伤线圈(4)和被探钢板之间由空气喷嘴喷射空气形成一层薄的隔热层，其厚度为0.5-1毫米，用以保护探伤线圈(4)不被钢板的热传导而损坏。探头(3)受探头运动控制系统(13)控制，它由编程控制器(50)、探头运动控制器(52)、励磁控制器(53)、发射控制器(54)等组成。采用最先进的可编程序控制器，通过自编程序软件，经过执行机构达到安全保护、探伤和自检的自动化控制的目的。探头运动机构(30)受探头运动控制器(52)控制，它再产生控制信号使探头驱动电机(31)工作。励磁器(32)受探头控制系统(13)的励磁控制器(53)控制，发射器(7)受发射器控制器(54)控制。发射器(7)通过探伤线圈(4)向被探钢板垂直发射探伤脉冲，同一探伤线圈(4)收到的回波信号经由前置放大器(8)送往数据采集系统(17)。数据采集系统(17)包括多路开关(37)、数十路主放大器(38)及增益自动调整电路(39)、模拟/数字变换器(40)、缓冲存储器(41)、中央处理器(CPU)(42)、时序电路(43)和接口电路(44)等。由探头系统(16)送来的数十路回波信号经多路开关(37)送到对应的带有增益自动调整电路(39)的主放大器(38)中进行放大，放大后的信号经模拟/数字变换器(40)变成数字信号，存入缓冲存储器(41)中，由中央处理器(42)读取，并进行予处理，甄别筛选，得到缺陷信号，送至数据处理系统(14)。接口电路(44)用于和后边的计算机进行数据交换。数据处理系统(14)主要包含有一台数据处理计算机(56)及数据处理软件包(57)和接口电路(55)。送来的缺陷信号在这里进行综合分析处理，确定每个缺陷的类别、大小及位置。整理成一定格式的缺陷表。同时，对照国标缺陷样板确定整块钢板的质量等级。全部探伤结果由显示系统(15)显示或输出。显示系统(15)由显示器(61)、打印机(59)、打标机(60)和接口电路(58)等组成，探伤结果以图表形式在显示器(61)上显示或打印机(59)打印输出。同时，通过打标机(60)在钢板上标出被探钢板的质量等级标记。样板输送系统(18)含有一套受计算机控制的标准缺陷样板的输送系统(63)和带有人工制作的标准缺陷的样板(62)。平时此样板缩藏在不影响探伤系统正常工作的地方。在需要对探伤系统进行检验、调试时，由计算机控制的输送系统(63)将带有人工制作的标准缺陷的样板(62)送到探头系统(16)的下面，对系统进行检验或校整，然后再将样板送回原处。图4是本发明现场布置示意图，(68)是轧钢生产线上的辊道，辊道(68)有许多受电机驱动的辊轮(69)，被探伤的钢板(1)其运动方向如箭头(67)所示。探头(3)布置成三排，每一排探头的位置是固定不变的；它们相互交错，以使探头之间无盲区。游动探头(3Y)共有6个，它们之间的相互位置不变，但可以在计算机控制下，沿钢板宽度方向同时移动。安全保护系统(12)中的诸探测器(45)的位置，超前探头一定距离，以便能提前给出安全保护信息。打标机(60)布置在距探头后面一定距离的位置上。探头运动控制系统(13)、数据处理系统(14)、数据采集系统(17)等设置在辊道(68)近旁；样板输送系统(18)在探头系统(16)的下方，其余部分安置在控制室内。图5是本发明热钢板在线自动化电磁超声探伤系统工作示意图，假设被探钢板(1)中含有一个缺陷(10)。当探头(3)下面的钢板没有缺陷时(如图5a所示)，探头(3)所带的探伤线圈(4)向钢板垂直发射横波(2)，由钢板底表面反射回波(5)，当探头(3)下面的钢板有缺陷(10)时(如图5b所示)，那么，探头(3)所带的探伤线圈(4)向钢板垂直发射横波(2)，由缺陷(10)反射回波(6)。显然，在时间上钢板底表面反射回波(5)距离发射横波(2)远，而缺陷反射回波(6)距离发射横波(2)近。由此，计算机即可判回波(6)为一个缺陷回波。为了使用同一种探伤线圈(4)能对不同厚度的钢板都能有效探伤，本发明引入了钢板厚度信息控制每一个探伤线圈(4)工作波门(11)的宽度变化，用以标志该探伤线圈(4)的工作周期。
本发明主要用于辊道上运送的各种热态中厚钢板的在线自动化探伤，也可用于其它金属或非金属材料的探伤。
Claims (11)
1.一种由探头和主机等组成的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：采用电磁超声的直射横波对被探钢板垂直发射进行无耦合剂(水或油)非接触式探伤，全系统包括安全保护系统(12)、探头系统(16)、探头运动控制系统(13)、数据采集系统(17)、数据处理系统(14)、样板输送系统(18)和显示系统(15)七个部分，每个探头(3)的电磁铁(32)周期地励磁、周期地通过每个探伤线圈(4)向钢板垂直发射探伤脉冲，在钢板内形成直射横波，并通过同一个探伤线圈(4)接受回波信号，由数据采集系统(17)采集并筛选出缺陷信号，送数据处理系统(14)综合处理，确定缺陷的类别、大小及位置，最终的探伤结果以一定的格式由显示系统(15)显示。
2.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：安全保护系统(12)由钢板翘头探测器(45)、热钢板测厚仪(46)、测宽仪(47)、测长仪(48)和数据发送器(49)等组成，当被探钢板到达钢板翘头探测器(45)下面时，该探测器(45)发出钢板到达信号，同时测出钢板的轮廓尺寸是否符合约定的要求，是否危及本系统的安全，并将相应信号送给管理计算机(56)，同时起动软件包(57)的相应程序；热钢板测厚仪(46)及测宽仪(47)测出钢板的厚度及宽度信息，通过发送器(49)送给探头运动控制系统(13)的编程控制器(50)以计算探头(3)下降的位置及需要多少探头(3)参加探伤，测长仪(48)自钢板到达即开始发出信号，起动数据采集系统(17)中的时序电路(43)，并不断地给出钢板的长度信息，以使计算机确定钢板出现缺陷信号时的具体位置。
3.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：探头运动控制系统(13)由编程控制器(50)、探头运动控制器(52)、励磁控制器(53)、发射控制器(54)等组成，采用最先进的可编程序控制器，通过自编程序软件，经过执行机构控制探头系统(16)，达到安全保护、探伤和自检的自动控制目的。
4.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：探头系统(16)由若干个固定探头(3)和几个游动探头(3Y)所组成，固定探头(3)沿垂直于钢板运送方向分三排交错排列布置，周期而交错地工作，以保证在所探的范围内无盲区；发射周期为几十毫秒，发射时间为1微秒；游动探头(3Y)之间的相互位置不变，但可在计算机控制下沿钢板厚度方向同时移动，以适应任意的钢板宽度都不会有盲区。
5.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：探头系统(16)的每个探头包括探头运动机构(30)、驱动电机(31)、电磁铁(32)、两个发射器(7)、两个前置放大器(8)、两个探伤线圈(4)、两个探头隔热层(9)和传感器(36)等，它在钢板上形成两个探伤区，每个探伤区的面积为600～800平方毫米。
6.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：探头隔热层(9)是由每个探伤线圈(4)和被探钢板之间有一个由空气喷嘴喷射空气形成的隔热层(9)，其厚度为0.5～1毫米，用以保护探伤线圈(4)不被钢板的热传导而损坏。
7.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：探伤线圈(4)选用耐高温的绝缘材料，采用专用模具精心绕制而成。
8.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：数据采集系统(17)是由多路开关(37)、数十路主放大器(38)及增益自动调整电路(39)、模拟/数字变换器(40)、缓冲存储器(41)、中央处理器(CPU)(42)、时序电路(43)和接口电路(44)等组成，由探头(16)送来的数十路回波信号经多路开关(37)送到对应的带有增益自动调整电路(39)的主放大器(38)中进行放大，放大后的信号经模拟/数字变换器(40)变成数字信号，存入缓冲存储器(41)中，由中央处理器(42)读取，并进行预处理，对其甄别、筛选，得到缺陷信号，送到数据处理系统(14)。
9.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：数据处理系统(14)主要包括一台数据处理计算机(56)及数据处理软件包(57)和接口电路(55)，送来的缺陷信号在这里进行综合分析及处理，确定每个缺陷的类别、大小及位置并整理成一定格式的缺陷表在显示系统(15)上显示或输出；同时对照国际缺陷样板确定整块钢板的质量等级。
10.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：显示系统(15)由显示器(61)、打印机(59)、打标机(60)和接口电路(58)等组成，探伤结果以表格形式由显示器(61)显示或打印机(59)打印输出，同时，通过打标机(60)在钢板上打出质量标记。
11.根据权利要求1所述的热钢板在线自动化电磁超声探伤系统，其特征在于：样板输送系统(18)包含一套受计算机控制的标准缺陷样板的输送系统(63)及带有人工制作的标准缺陷的样板(62)，平时该样板缩藏在不影响探伤系统正常工作的地方；在需要对探伤系统进行检验、调试时，由计算机控制的输送系统(63)将带有人工制作的标准缺陷的样板(62)送到探头系统(16)的下面，用计算机程序对系统进行检验或校正，然后再将样板(62)送回。
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