CN109975430B - 一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置 - Google Patents

一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置 Download PDF

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Abstract

一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，涉及超声自动检测技术领域；包括超声波发射探头、2个线光源、探头支架、超声波接收探头和被检工件；其中，被检工件水平放置；探头支架水平固定安装在被检工件的上方；超声波接收探头固定安装在被检工件的下方；超声波发射探头固定安装在探头支架的上表面的中心位置；探头支架中心设置有通孔，实现超声波的穿过；2个线光源固定安装在超声波发射探头的侧壁处；且2个线光源均向下穿过探头支架，实现对被检工件上表面的照射；本发明实现了空气耦合超声自动检测技术进行复合材料的内部质量检测时，内部缺陷位置的精确标位。

Description

一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置
技术领域
本发明涉及一种超声自动检测技术领域，特别是一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置。
背景技术
随着航天航空事业的不断发展及复合材料生产技术的进步，出现了某些新型特殊的复合材料。这类特殊的复合材料具有高熔点、低密度、耐腐蚀、抗氧化和抗烧蚀等诸多优点，是新型未来航天用的重要材料。由于该类复合材料工艺状态特殊，材料内部会产生分层、局部密度偏低等类型的内部缺陷，导致材料性能下降，在极端复杂工作环境下，会导致产品出现局部大范围损伤甚至完全失效。因此，需要采用有效的无损检测技术手段对复合材料的成型工艺过程中进行质量控制。超声检测技术对于该类材料内部产生的分层、局部密度偏低等类型的缺陷是非常有效的。由于该类材料对传统超声使用的液体耦合剂比较忌讳，因此主要选用空气耦合超声自动检测技术进行检测。
该类材料在进行空气耦合超声自动检测时，如果内部检出缺陷，则只能根据目测的探头位置于产品上标定缺陷的大概位置，与缺陷的实际位置存在着一定的偏差，需要采取更好的方法实现缺陷位置的精确标定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，实现了空气耦合超声自动检测技术进行复合材料的内部质量检测时，内部缺陷位置的精确标位。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，包括超声波发射探头、2个线光源、探头支架、超声波接收探头和被检工件；其中，被检工件水平放置；探头支架水平固定安装在被检工件的上方；超声波接收探头固定安装在被检工件的下方；超声波发射探头固定安装在探头支架的上表面的中心位置；探头支架中心设置有通孔，实现超声波的穿过；2个线光源固定安装在超声波发射探头的侧壁处；且2个线光源均向下穿过探头支架，实现对被检工件上表面的照射。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，所述超声波发射探头与超声波接收探头同轴对应放置。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，所述超声波发射探头的发射端表面距被检工件上表面30-150mm。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，所述超声波接收探头的接收端表面距被检工件下表面30-150mm。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，2个线光源以超声波发射探头声轴为中心的夹角为45°-135°。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，2个线光源的发光下端均伸出探头支架下表面1-10mm。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，所述标定装置的标定方法包括如下步骤：
步骤一、标定超声波发射探头声场横截面的长轴和短轴方向；
步骤二、调节2个线光源在超声波发射探头侧壁的位置；
步骤三、调整超声波发射探头与超声波接收探头，使得同轴对应放置；调整超声波发射探头与超声波接收探头相对被检工件表面的距离，实现超声波检测信号幅度最高；
步骤四、预先在被检工件上表面放置1个已知的模拟缺陷圆片；将超声波发射探头和超声波接收探头的声轴对准已知缺陷圆片，进行标定装置的校准；
步骤五、平移标定装置遍历被检工件的表面，完成被检工件缺陷位置的精确标定。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，所述步骤二中，2个线光源位置的调节方法为：
其中1个线光源投射的光平面在被检工件上表面形成亮线；亮线位于超声波发射探头声场横截面的长轴位置；
另1个线光源投射的光平面在被检工件上表面形成亮线；亮线位于超声波发射探头声场横截面的短轴位置；
实现2个线光源形成的2条亮线的交叉点位于超声波发射探头的声轴上。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，步骤四、设定超声波插值阈值为a；当超声波接收探头接收缺陷点位置的超声波信号小于超声波发射探头发出超声波信号；且缺陷点位置的超声波信号与超声波发射探头发出超声波信号的差值大于等于a时，检测到缺陷位置，标定装置校准完成。
在上述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：所述a为6dB。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明在缺陷位置标定时，利用光学的方法，排除了人为标记不确定的不利因素，可以通过提高线光源的精度和声场测量的精度，有效地保证标记位置的准确性；
(2)本发明利用人工贴膜缺陷的位置，通过对实际缺陷位置的校准进一步提高缺陷位置标记的精确性。
附图说明
图1为本发明标定装置示意图。
图2为本发明标定流程图。
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详细的描述：
本发明提供一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，克服现有空气耦合超声自动检测技术缺陷位置标定不够精确，提供一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定方法，该标定方法能够实现空气耦合超声自动检测技术进行复合材料的内部质量检测时，内部缺陷位置的精确标位。该方法适用于空气耦合超声自动检测技术进行复合材料的内部质量检测时，内部缺陷位置的精确标位；该标定方法利用两个双线光源辅助空气耦合超声自动检测技术实现被检工件内部检出缺陷位置的精确标定。
如图1所示为标定装置示意图，由图可知，一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，包括超声波发射探头1、2个线光源2、探头支架3、超声波接收探头7和被检工件8；其中，被检工件8水平放置；探头支架3水平固定安装在被检工件8的上方；超声波接收探头7固定安装在被检工件8的下方；超声波发射探头1固定安装在探头支架3的上表面的中心位置；探头支架3中心设置有通孔，实现超声波的穿过；2个线光源2固定安装在超声波发射探头1的侧壁处；且2个线光源2均向下穿过探头支架3，实现对被检工件8上表面的照射。超声波发射探头1与超声波接收探头7同轴对应放置。且超声波发射探头1的发射端表面距被检工件8上表面30-150mm。超声波接收探头7的接收端表面距被检工件8下表面30-150mm。2个线光源2以超声波发射探头1声轴为中心的夹角为45°-135°。2个线光源2的发光下端均伸出探头支架3下表面1-10mm。
如图2所示为标定流程图，由图可知，标定装置的标定方法包括如下步骤：
步骤一、标定超声波发射探头1声场横截面的长轴和短轴方向；通过调节两个线光源的角度，使各自的光平面通过超声波发射探头的超声波声轴且保持一定的角度。
步骤二、调节2个线光源2在超声波发射探头1侧壁的位置；2个线光源2位置的调节方法为：
其中1个线光源2投射的光平面4在被检工件8上表面形成亮线5；亮线5位于超声波发射探头1声场横截面的长轴位置；
另1个线光源2投射的光平面4在被检工件8上表面形成亮线5；亮线5位于超声波发射探头1声场横截面的短轴位置；
实现2个线光源2形成的2条亮线5的交叉点6位于超声波发射探头1的声轴上。
步骤三、调整超声波发射探头1与超声波接收探头7，使得同轴对应放置；调整超声波发射探头1与超声波接收探头7相对被检工件8表面的距离，实现超声波检测信号幅度最高。
步骤四、预先在被检工件8放置1个已知的模拟缺陷圆片；调整模拟缺陷圆片的位置，实现超声波检测信号幅度最低，则声轴对准已知缺陷圆片，同时2个线光源2形成的2条亮线5的交叉点6也应位于已知缺陷圆片中心。否则，应调整2个线光源2，实现2条亮线5的交叉点6位于已知缺陷圆片中心；设定超声波插值阈值为a；当超声波接收探头7接收缺陷点位置的超声波信号小于超声波发射探头1发出超声波信号；且缺陷点位置的超声波信号与超声波发射探头1发出超声波信号的差值大于等于a时，检测到缺陷位置，a为6dB；完成标定装置的校准。
步骤五、平移标定装置遍历被检工件8的表面，完成被检工件8缺陷位置的精确标定。
本发明还可以通过人工贴膜缺陷进行位置的校准。利用表面预置人工贴膜缺陷的工件作为校准对象，完成一次自动扫查后，根据扫查结果自动定位到缺陷位置，查看两个线光源投射亮线的交叉点是否对应位于人工贴膜缺陷的中心，如未对应可调整线光源角度实现该目的。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：包括超声波发射探头(1)、2个线光源(2)、探头支架(3)、超声波接收探头(7)和被检工件(8)；其中，被检工件(8)水平放置；探头支架(3)水平固定安装在被检工件(8)的上方；超声波接收探头(7)固定安装在被检工件(8)的下方；超声波发射探头(1)固定安装在探头支架(3)的上表面的中心位置；探头支架(3)中心设置有通孔，实现超声波的穿过；2个线光源(2)固定安装在超声波发射探头(1)的侧壁处；且2个线光源(2)均向下穿过探头支架(3)，实现对被检工件(8)上表面的照射；
2个线光源(2)以超声波发射探头(1)声轴为中心的夹角为45°-135°；
标定装置的标定方法包括如下步骤：
步骤一、标定超声波发射探头(1)声场横截面的长轴和短轴方向；
步骤二、调节2个线光源(2)在超声波发射探头(1)侧壁的位置；2个线光源(2)位置的调节方法为：
其中1个线光源(2)投射的光平面(4)在被检工件(8)上表面形成亮线(5)；亮线(5)位于超声波发射探头(1)声场横截面的长轴位置；
另1个线光源(2)投射的光平面(4)在被检工件(8)上表面形成亮线(5)；亮线(5)位于超声波发射探头(1)声场横截面的短轴位置；
实现2个线光源(2)形成的2条亮线(5)的交叉点(6)位于超声波发射探头(1)的声轴上；
步骤三、调整超声波发射探头(1)与超声波接收探头(7)，使得同轴对应放置；调整超声波发射探头(1)与超声波接收探头(7)相对被检工件(8)表面的距离，实现超声波检测信号幅度最高；
步骤四、预先在被检工件(8)放置1个已知的模拟缺陷圆片；调整模拟缺陷圆片的位置，实现超声波检测信号幅度最低，则声轴对准已知缺陷圆片，同时2个线光源(2)形成的2条亮线(5)的交叉点(6)位于已知缺陷圆片中心；否则，应调整2个线光源(2)，实现2条亮线(5)的交叉点(6)位于已知缺陷圆片中心；设定超声波差值阈值为a；当超声波接收探头(7)接收缺陷点位置的超声波信号小于超声波发射探头(1)发出超声波信号；且缺陷点位置的超声波信号与超声波发射探头(1)发出超声波信号的差值大于等于a时，检测到缺陷位置；完成标定装置的校准；
步骤五、平移标定装置遍历被检工件(8)的表面，完成被检工件(8)缺陷位置的精确标定。
2.根据权利要求1所述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：所述超声波发射探头(1)与超声波接收探头(7)同轴对应放置。
3.根据权利要求2所述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：所述超声波发射探头(1)的发射端表面距被检工件(8)上表面30-150mm。
4.根据权利要求3所述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：所述超声波接收探头(7)的接收端表面距被检工件(8)下表面30-150mm。
5.根据权利要求4所述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：2个线光源(2)的发光下端均伸出探头支架(3)下表面1-10mm。
6.根据权利要求5所述的一种空气耦合超声自动检测缺陷位置标定装置，其特征在于：所述a为6dB。
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GR01 Patent grant
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