[发明专利]一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于超声波无损检测技术领域，具体涉及一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置，适用于各种尺寸环件的自动化检测。

背景技术

环件被广泛应用于机械、汽车、火车、船舶、石油化工、航空航天、发电等工业领域，主要包含有轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮及轮箍、燃汽轮机环等各类环件。近些年来，随着工业的发展，各行业对环件的需求量越来越大、性能要求也越来越高。环件在加工过程中容易出现裂纹、折叠、白点、缩孔、夹杂等缺陷，需要在环件成形后进行检测。目前环件的检测方法主要是在半精加工后进行人工超声波检测，利用直探头、斜探头、双晶探头对环件的端面和外圆面进行人工检测。然而，人工检测存在很多局限性和缺点，越来越不能满足环件生产的速度和精度要求。因此环锻厂迫切地希望引入超声波自动化检测系统来检测环件的质量。

目前超声波自动化检测系统在环件质量的无损检测中应用甚少，其研究主要集中在水浸B扫描和C扫描自动检测系统，根据探头的声束直径，规定相应的扫描步进量，进行自动成像检测。但存在的问题是，无论采取直探头亦或是聚焦探头，其声束传播方向均垂直于环件端面或外圆面，而环件内部缺陷并无方向性，当缺陷的延伸方向与声束的传播方向不一致，尤其是形成45°夹角时，直探头或聚焦探头的检测精度会有所下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环件自动化超声相控阵无损检测方法及装置，它能实现环件超声自动化无损检测，可以有效地检测出环件内部各个方向上的缺陷，并保证检测的高效率和高精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种环件自动化超声相控阵无损检测方法，包括以下步骤：

S1、将环件和超声相控阵探头均置于装有耦合剂的收集槽内，环件可绕其自身轴线旋转，超声相控阵探头可沿环件轴向做直线运动，超声相控阵探头的初始位置位于环件外圆面上方边缘，超声相控阵探头与环件外圆面之间设有一定提离距离，超声相控阵探头与一超声相控阵检测仪连接，所述超声相控阵检测仪与一工控机连接；

S2、检测环件近外圆面的内部缺陷：

S201、设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ的一半；

S202、超声相控阵检测仪根据探头类型和阵元数时序激励超声相控阵探头发射超声信号，在环件内部形成扇形扫查区，同时通过超声相控阵探头将接收到的超声反射回波信号传输给工控机，形成一段扇形扫查截面图，当环件内部存在缺陷时，超声反射回波在缺陷处形成缺陷回波，根据缺陷回波的位置和幅值可以确定缺陷的深度和尺寸，并将缺陷的深度和尺寸反应在工控机的扇形扫查截面图中；

S203、环件绕其轴线每间隔一定时间Δt旋转一定角度α，每次旋转后重复步骤S202，直至环件旋转一圈为止；

S204、超声相控阵探头沿环件轴向向下移动距离Δz，50％S≤Δz≤85％S，S为超声相控阵探头的覆盖区宽度，重复步骤S202和步骤S203，直到超声相控阵探头移动到环件底部边缘为止；

S3、检测环件近内孔面的内部缺陷：设置超声相控阵探头的聚焦深度为环件壁厚δ，重复步骤S202-S204，即完成环件的超声信号采集和记录。

按上述技术方案，步骤S1中，超声相控阵探头与环件外圆面之间的提离距离为2～3mm。

按上述技术方案，骤S203中，Δt为0.02s，α为0.5°～1°。

按上述技术方案，所述超声相控阵探头为角度声束超声相控阵探头，其聚焦类型为扇形，聚焦方式为真实深度，波型为横波，角度声束探头的最小角度θ₁为30°～40°、最大角度θ₂为50°～65°。

相应的，本发明还提供一种用于实现上述环件自动化超声相控阵无损检测方法的环件自动化超声相控阵无损检测装置，包括装有耦合剂的收集槽、设置在所述收集槽内的回转检测平台、驱动所述回转检测平台绕其自身轴线旋转的R轴伺服电机、z轴线性模组、驱动所述z轴线性模组沿回转检测平台轴向移动的z轴伺服电机、安装在所述z轴线性模组上的超声相控阵探头、与所述超声相控阵探头连接的超声相控阵检测仪、与所述超声相控阵检测仪连接的工控机以及与所述工控机连接的控制柜，所述控制柜与R轴伺服电机和z轴伺服电机连接，环件同轴向固定设置在回转检测平台上，所述超声相控阵探头的初始位置位于环件外圆面上方边缘，超声相控阵探头与环件外圆面之间设有一定提离距离。