CN108375590A - 万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法。该方法的检测系统主要包括微波矢量网络分析仪、多路复用器、矩形波导探头和固定万向节与矩形波导探头的夹具。该方法主要利用矩形波导探头对标准样件进行微波扫频测量，采集微波线性扫频信号，确定微波检测万向节的判废标准；对待测万向节进行微波扫频测量，采集微波线性扫频信号并进行傅里叶变换，得到倒频谱及光深度，以此修正微波线性扫频信号，消除矩形波导探头与万向节表面间距微小变动造成的检测误差；利用修正后的频谱以及标定的万向节判废标准，确定万向节是否存在表面铸造缺陷。该方法能够快速精准的检测万向节表面铸造缺陷、分检出质量未达标的万向节，具有重要的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及车辆传动装置中万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法。
背景技术
车辆传动装置中，万向节安装在既负责驱动又负责转向的前桥半轴与车轮之间，其主要作用是实现变角度动力传递，是车辆传动装置中的“关节”部件。万向节的生产质量直接影响车辆传动装置的完整性，是保障车辆安全行驶的关键之一。
在万向节的铸造过程中，由于制备工艺的局限和不稳定性，在万向节表面易形成裂纹、凹坑等表面铸造缺陷，该类缺陷的存在严重影响产品的质量，降低了万向节的使用寿命，因此，对万向节铸造缺陷进行有效地检测具有重要的意义。现有的检测方法主要是超声检测和目视检测。超声检测需要检测人员具备一定的专业知识，且检测需要耦合剂，检测速度较慢，难以实现在线检测；目视检测耗时耗力，检测结果极易受到人为等不确定因素干扰，难以保证万向节质量检测结果的可靠性。微波检测在万向节表面铸造缺陷检测领域的有效应用尚存空白，而微波在金属制品表面良好的反射性能以及微波检测无需耦合剂的特性，使得万向节表面铸造缺陷的微波在线检测成为可能，万向节表面铸造缺陷的微波检测方法可大大减少检测的人力物力，提升检测效率，提高产品质量检测结果的可靠性，具有重要工程应用价值。
发明内容
本发明的目的是提出一种万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法，能够对万向节表面铸造缺陷进行快速精准的检测，保证检测结果的可靠性，具有重要的工程应用价值。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法，包括如下步骤：
步骤(1)：万向节表面铸造缺陷微波无损检测的标定，具体方法如下：制作一个万向节标准样件，该标准样件的三个面A面12、B面13和C面14均无表面铸造缺陷，D面15上加工有达到万向节判废标准的深度为h的临界裂纹；将标准样件放置于四个矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7所围区域中，第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7开口端分别到标准样件对应的A面12、B面13、C面14和D面15的间距均为1mm；分别测取标准样件四个面即A面12、B面13、C面14和D面15对应的矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7的微波反射系数频谱，即微波线性扫频信号；进一步处理微波线性扫频信号，获取万向节无表面铸造缺陷时的参考信号和达到万向节判废标准的临界信号；
步骤(2)：获取万向节无表面铸造缺陷时的参考信号，具体方法如下：在其它矩形波导探头无激励条件下，对A面12对应的第一矩形波导探头4实施扫频驱动，扫描频段为矩形波导探头正常工作频段(fstart，fend)，其中，fstart为矩形波导探头工作频段的起始频率，fend为矩形波导探头工作频段的终止频率；在扫频驱动过程中，将扫频区间平分为N段，且f0＝fstart、fN＝fend，测取A面12对应的第一矩形波导探头4在f0、f1、f2……fN处的微波反射系数S0a、S1a、S2a……SNa，形成A面12对应的第一矩形波导探头4的微波反射系数频谱，即A面12对应的微波线性扫频信号Sa；依照上述方法，分别测取B面13对应的微波线性扫频信号Sb和C面14对应的微波线性扫频信号Sc；求取Sa、Sb和Sc的平均信号，并以该信号作为万向节无表面铸造缺陷时的参考信号
步骤(3)：获取达到万向节判废标准的临界信号，具体方法如下：驱动D面15所对应的第四矩形波导探头7，同时，其它矩形波导探头无激励，测取D面15对应的微波线性扫频信号Sd，以该信号作为万向节表面铸造缺陷的判废标准的临界信号；
步骤(4)：对待测万向节的质量评定，具体方法如下：将待检测万向节放置于四个矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7所围区域中，第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7开口端分别到待测万向节对应的Aw面12‐1、Bw面13‐1、Cw面14‐1和Dw面15‐1的间距均为1mm；在其它矩形波导探头无激励条件下，对Aw面12‐1对应的第一矩形波导探头4实施扫频驱动，扫描频段为矩形波导探头正常工作频段(fstart，fend)，其中，fstart为矩形波导探头工作频段的起始频率，fend为矩形波导探头工作频段的终止频率；在扫频驱动过程中，将扫频区间平分为N段，且f0＝fstart、fN＝fend，测取Aw面12‐1对应的第一矩形波导探头4在f0、f1、f2……fN处的微波反射系数S0wa、S1wa、S2wa……SNwa，形成Aw面12‐1对应的第一矩形波导探头4的微波反射系数频谱，即Aw面12‐1对应的微波线性扫频信号Swa；依照上述方法，分别测取Bw面13‐1对应的微波线性扫频信号Swb和Cw面14‐1对应的微波线性扫频信号Swc，以及Dw面15‐1对应的微波线性扫频信号Swd；在线检测过程中，四个矩形波导探头开口端和对应的万向节表面间距易出现微小变动，对此加以修正，将四个面的线性扫频信号导入工控机10，分别进行傅里叶变换，得到相应的倒频谱，确定四个矩形波导探头光深度(OD)分别为ha、hb、hc和hd，其中，光深度的最小分辨率为c为光在真空中传播速度，倒频谱中峰值为第m个幅值，光深度h＝2mΔOD；根据四个光深度，确定Aw面12‐1、Bw面13‐1、Cw面14‐1和Dw面15‐1对应的修正系数KA、KB、KC和KD，其中，KA＝1/ha，KB＝1/hb，KA＝1/hc，KA＝1/hd；原微波扫频信号经过修正，得到修正微波扫频信号，分别为KA×Swa、KB×Swb、KC×Swc和KD×Swd；四个修正微波扫频信号分别与标准样件中万向节无表面铸造缺陷时的参考信号S和万向节表面铸造缺陷的判废标准的临界信号Sd比较，若min(KA×Swa,KB×Swb,KC×Swc,KD×Swd)≤Sd，判定所检万向节质量不达标；若Sd≤min(KA×Swa,KB×Swb,KC×Swc,KD×Swd)≤S，判定所检万向节质量合格。
本发明和现有技术相比较，具备如下优点：
相比于超声检测和目视检测等常规万向节检测技术，本方法无需耦合剂，具有快速检测能力，可对万向节铸造质量进行自动判定，操作人员无需具备相关专业知识，有效减少了人力物力，同时，该方法可有效提高产品检测结果可靠性，具有重要的工程应用价值。
下面结合附图进一步说明本发明的具体内容和检测过程。
附图说明
图1为万向节表面铸造缺陷微波无损检测系统示意图。
图2为图1中万向节弧面的A‐A剖面和矩形波导探头相对位置图。
图3为图1中万向节标准样件的局部放大图。
图4为待测万向节的局部放大图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，万向节表面铸造缺陷的在线无损检测系统，包括微波矢量网络分析仪1，通过同轴电缆线2与微波矢量网络分析仪1连接的多路复用器3，与多路复用器3连接的第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7，固定万向节和矩形波导探头的夹具8，待检测万向节9，通过GPIB连接线11与微波矢量网络分析仪1连接的工控机10；所述多路复用器3，一端通过同轴电缆线2连接微波矢量网络分析仪1，另一端分为四支，通过同轴电缆线2分别连接四个矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7；所述万向节9由夹具8固定，可调整位置；所述第一矩形波导探头4和第三矩形波导探头6的中心对称轴与图1所示的对称轴16对齐，第二矩形波导探头5和第四矩形波导探头7的中心对称轴与图1所示的对称轴17对齐，即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7分别正对万向节9图3中的位置A面12、B面13、C面14和D面15所示弧面，如图2所示，矩形波导探头中心轴与万向节9的厚度中心对齐；所述微波矢量网络分析仪1产生激励，微波经矩形波导探头传播到万向节9各弧面，万向节9各弧面反射微波，由同一个矩形波导探头接收反射微波；扫频测量时，在微波矢量网络分析仪1中生成微波反射系数频谱图，即微波线性扫频信号；当万向节各弧面存在表面铸造缺陷时，传播到万向节各弧面的微波在缺陷处发生散射，造成反射微波的衰减以及微波反射系数的减小，所拾取的微波线性扫频信号幅值减弱，由此可检测出万向节表面铸造缺陷；所述工控机10经由GPIB连接线11控制微波矢量网络分析仪1的微波扫频频段，同时处理微波矢量网络分析仪1生成的微波线性扫频信号。
在工业中，万向节9易出现表面铸造缺陷的位置为图3中12、13、14和15所示四部分，故四个矩形波导探头分别对准12、13、14和15所示的四个位置。
万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法，包括万向节表面铸造缺陷微波无损检测的标定和对待测万向节的质量评定：
步骤(1)：万向节表面铸造缺陷微波无损检测的标定，具体方法如下：制作一个万向节标准样件(如图3所示)，该标准样件的三个面A面12、B面13和C面14均无表面铸造缺陷，D面15上加工有达到万向节判废标准的深度为h的临界裂纹；将标准样件放置于四个矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7所围区域中，第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7开口端分别到标准样件对应的A面12、B面13、C面14和D面15的间距均为1mm；分别测取标准样件四个面即A面12、B面13、C面14和D面15对应的矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7的微波反射系数频谱，即微波线性扫频信号；进一步处理微波线性扫频信号，获取万向节无表面铸造缺陷时的参考信号和达到万向节判废标准的临界信号；
步骤(2)：获取万向节无表面铸造缺陷时的参考信号，具体方法如下：在其它矩形波导探头无激励条件下，对A面12对应的第一矩形波导探头4实施扫频驱动，扫描频段为矩形波导探头正常工作频段(fstart，fend)，其中，fstart为矩形波导探头工作频段的起始频率，fend为矩形波导探头工作频段的终止频率；在扫频驱动过程中，将扫频区间平分为N段，且f0＝fstart、fN＝fend，测取A面12对应的第一矩形波导探头4在f0、f1、f2……fN处的微波反射系数S0a、S1a、S2a……SNa，形成A面12对应的第一矩形波导探头4的微波反射系数频谱，即A面12对应的微波线性扫频信号Sa；依照上述方法，分别测取B面13对应的微波线性扫频信号Sb和C面14对应的微波线性扫频信号Sc；求取Sa、Sb和Sc的平均信号，并以该信号作为万向节无表面铸造缺陷时的参考信号
步骤(3)：获取达到万向节判废标准的临界信号，具体方法如下：驱动D面15所对应的第四矩形波导探头7，同时，其它矩形波导探头无激励，测取D面15对应的微波线性扫频信号Sd，以该信号作为万向节表面铸造缺陷的判废标准的临界信号；
步骤(4)：对待测万向节的质量评定，具体方法如下：将待检测万向节放置于四个矩形波导探头即第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7所围区域中，第一矩形波导探头4、第二矩形波导探头5、第三矩形波导探头6和第四矩形波导探头7开口端分别到待测万向节对应的Aw面12‐1、Bw面13‐1、Cw面14‐1和Dw面15‐1(如图4所示)的间距均为1mm；在其它矩形波导探头无激励条件下，对Aw面12‐1对应的第一矩形波导探头4实施扫频驱动，扫描频段为矩形波导探头正常工作频段(fstart，fend)，其中，fstart为矩形波导探头工作频段的起始频率，fend为矩形波导探头工作频段的终止频率；在扫频驱动过程中，将扫频区间平分为N段，且f0＝fstart、fN＝fend，测取Aw面12‐1对应的第一矩形波导探头4在f0、f1、f2……fN处的微波反射系数S0wa、S1wa、S2wa……SNwa，形成Aw面12‐1对应的第一矩形波导探头4的微波反射系数频谱，即Aw面12‐1对应的微波线性扫频信号Swa；依照上述方法，分别测取Bw面13‐1对应的微波线性扫频信号Swb和Cw面14‐1对应的微波线性扫频信号Swc，以及Dw面15‐1对应的微波线性扫频信号Swd；在线检测过程中，四个矩形波导探头开口端和对应的万向节表面间距易出现微小变动，对此加以修正，将四个面的线性扫频信号导入工控机10，分别进行傅里叶变换，得到相应的倒频谱，确定四个矩形波导探头光深度(OD)分别为ha、hb、hc和hd，其中，光深度的最小分辨率为c为光在真空中传播速度，倒频谱中峰值为第m个幅值，光深度h＝2mΔOD；根据四个光深度，确定Aw面12‐1、Bw面13‐1、Cw面14‐1和Dw面15‐1对应的修正系数KA、KB、KC和KD，其中，KA＝1/ha，KB＝1/hb，KA＝1/hc，KA＝1/hd；原微波扫频信号经过修正，得到修正微波扫频信号，分别为KA×Swa、KB×Swb、KC×Swc和KD×Swd；四个修正微波扫频信号分别与标准样件中万向节无表面铸造缺陷时的参考信号S和万向节表面铸造缺陷的判废标准的临界信号Sd比较，若min(KA×Swa,KB×Swb,KC×Swc,KD×Swd)≤Sd，判定所检万向节质量不达标；若Sd≤min(KA×Swa,KB×Swb,KC×Swc,KD×Swd)≤S，判定所检万向节质量合格。
Claims (1)
1.万向节表面铸造缺陷的在线无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)：万向节表面铸造缺陷微波无损检测的标定，具体方法如下：制作一个万向节标准样件，该标准样件的三个面A面(12)、B面(13)和C面(14)均无表面铸造缺陷，D面(15)上加工有达到万向节判废标准的深度为h的临界裂纹；将标准样件放置于四个矩形波导探头即第一矩形波导探头(4)、第二矩形波导探头(5)、第三矩形波导探头(6)和第四矩形波导探头(7)所围区域中，第一矩形波导探头(4)、第二矩形波导探头(5)、第三矩形波导探头(6)和第四矩形波导探头(7)开口端分别到标准样件对应的A面(12)、B面(13)、C面(14)和D面(15)的间距均为1mm；分别测取标准样件四个面即A面(12)、B面(13)、C面(14)和D面(15)对应的矩形波导探头即第一矩形波导探头(4)、第二矩形波导探头(5)、第三矩形波导探头(6)和第四矩形波导探头(7)的微波反射系数频谱，即微波线性扫频信号；进一步处理微波线性扫频信号，获取万向节无表面铸造缺陷时的参考信号和达到万向节判废标准的临界信号；
步骤(2)：获取万向节无表面铸造缺陷时的参考信号，具体方法如下：在其它矩形波导探头无激励条件下，对A面(12)对应的第一矩形波导探头(4)实施扫频驱动，扫描频段为矩形波导探头正常工作频段(fstart，fend)，其中，fstart为矩形波导探头工作频段的起始频率，fend为矩形波导探头工作频段的终止频率；在扫频驱动过程中，将扫频区间平分为N段，且f0＝fstart、fN＝fend，测取A面(12)对应的第一矩形波导探头(4)在f0、f1、f2……fN处的微波反射系数S0a、S1a、S2a……SNa，形成A面(12)对应的第一矩形波导探头(4)的微波反射系数频谱，即A面(12)对应的微波线性扫频信号Sa；依照上述方法，分别测取B面(13)对应的微波线性扫频信号Sb和C面(14)对应的微波线性扫频信号Sc；求取Sa、Sb和Sc的平均信号，并以该信号作为万向节无表面铸造缺陷时的参考信号
步骤(3)：获取达到万向节判废标准的临界信号，具体方法如下：驱动D面(15)所对应的第四矩形波导探头(7)，同时，其它矩形波导探头无激励，测取D面(15)对应的微波线性扫频信号Sd，以该信号作为万向节表面铸造缺陷的判废标准的临界信号；
步骤(4)：对待测万向节的质量评定，具体方法如下：将待检测万向节放置于四个矩形波导探头即第一矩形波导探头(4)、第二矩形波导探头(5)、第三矩形波导探头(6)和第四矩形波导探头(7)所围区域中，第一矩形波导探头(4)、第二矩形波导探头(5)、第三矩形波导探头(6)和第四矩形波导探头(7)开口端分别到待测万向节对应的Aw面(12-1)、Bw面(13-1)、Cw面(14-1)和Dw面(15-1)的间距均为1mm；在其它矩形波导探头无激励条件下，对Aw面(12-1)对应的第一矩形波导探头(4)实施扫频驱动，扫描频段为矩形波导探头正常工作频段(fstart，fend)，其中，fstart为矩形波导探头工作频段的起始频率，fend为矩形波导探头工作频段的终止频率；在扫频驱动过程中，将扫频区间平分为N段，且f0＝fstart、fN＝fend，测取Aw面(12-1)对应的第一矩形波导探头(4)在f0、f1、f2……fN处的微波反射系数S0wa、S1wa、S2wa……SNwa，形成Aw面(12-1)对应的第一矩形波导探头(4)的微波反射系数频谱，即Aw面(12-1)对应的微波线性扫频信号Swa；依照上述方法，分别测取Bw面(13-1)对应的微波线性扫频信号Swb和Cw面(14-1)对应的微波线性扫频信号Swc，以及Dw面(15-1)对应的微波线性扫频信号Swd；在线检测过程中，四个矩形波导探头开口端和对应的万向节表面间距易出现微小变动，对此加以修正，将四个面的线性扫频信号导入工控机(10)，分别进行傅里叶变换，得到相应的倒频谱，确定四个矩形波导探头光深度OD分别为ha、hb、hc和hd，其中，光深度的最小分辨率为c为光在真空中传播速度，倒频谱中峰值为第m个幅值，光深度h＝2mΔOD；根据四个光深度，确定Aw面(12-1)、Bw面(13-1)、Cw面(14-1)和Dw面(15-1)对应的修正系数KA、KB、KC和KD，其中，KA＝1/ha，KB＝1/hb，KA＝1/hc，KA＝1/hd；原微波扫频信号经过修正，得到修正微波扫频信号，分别为KA×Swa、KB×Swb、KC×Swc和KD×Swd；四个修正微波扫频信号分别与标准样件中万向节无表面铸造缺陷时的参考信号S和万向节表面铸造缺陷的判废标准的临界信号Sd比较，若min(KA×Swa,KB×Swb,KC×Swc,KD×Swd)≤Sd，判定所检万向节质量不达标；若Sd≤min(KA×Swa,KB×Swb,KC×Swc,KD×Swd)≤S，判定所检万向节质量合格。
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