專利名稱：一種檢測矩形金屬棒材的檢測方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種矩形金屬棒材的檢測方法和系統，尤其是一種水浸超聲波檢測矩形金屬棒材的檢測方法和系統。
背景技術：
超聲波無損檢測技術是檢測產品內部質量的重要手段。它是利用材料本身或內部缺陷的聲學性質對超聲波傳播的影響，非破壞性地探測材料內部和表面缺陷(如裂縫、氣泡、夾渣等)的大小、形狀和分布情況以及測定材料性質。超聲波用于無損檢測，主要是因為有以下幾個特點(1)超聲波在介質中傳播時， 遇到界面會發生反射；(2)超聲波指向性好，頻率愈高，指向性愈好；(3)超聲波傳播能量高，對各種材料的穿透能力較強。超聲波的場聲速、衰減、阻抗和散射等特性，為超聲波的應用提供了豐富的信息，并且成為超聲波廣泛應用的條件。與其它常規技術相比，它具有被測對象范圍廣、檢測深度大、缺陷定位準確、檢測靈敏度高、成本低、使用方便、速度快、對人體無害及便于現場檢測等優點。幾十年來，超聲波無損檢測已得到了巨大發展和廣泛應用，尤其在鋼鐵、石油化工、有色金屬及裝備制造等工業領域。所以，建立超聲波檢測數控系統和評價系統，可以通過提高超聲波無損檢測的準確性、可靠性，來控制產品質量，對于確保設備安全運行，避免重大災難性事故的發生均具有十分重要的意義。水浸法采用聚集探頭進行檢測，聚焦探頭在聚焦區域內聲能集中，可提高聚焦區內小缺陷檢測的信噪比；同時在焦點附近聲束直徑小，使其橫向分辨力較好，對于面積大于聲束直徑的缺陷，有利于確定缺陷的面積和形狀。軋制、擠壓、拉拔等塑性加工而成的金屬材料在生產中產生的缺陷既有內部的也有表面的。內部缺陷是由錠坯內在缺陷在塑性加工過程延展而成，主要是在中心部位的縮孔和夾雜物，還有在制作過程中以這些缺陷為起點而產生的裂紋等，這類缺陷一般都沿縱軸延展，當變形量較大時，缺陷也會變得更長些。水浸法檢測時，探頭與工件不發生直接接觸，這樣既可減少探頭的磨損，又能消除直接按觸法中那些難以控制的因素，同時也可提高檢測速度，便于實現自動檢測。目前，國內的矩形金屬棒材超聲波無損檢測主要采用手工掃查方式。該方式勞動強度大，檢測效率低，對操作者的素質要求較高。由于手工掃查不均勻，不可避免地存在漏檢現象，掃探質量不穩定，并且只能進行A掃描顯示，不夠直觀，容易引起視覺疲勞，建立超聲波檢測數控系統和評價系統可以通過提高超聲波無損檢測的準確性、可靠性，確保產品內在質量，對于確保關鍵設備的安全運行，避免重大災難性事故的發生具有十分重要的意義。將具有自適應、自調節特點的閉環數控技術、P掃描成像技術、缺陷信號分析處理技術及評價技術和虛擬儀器技術結合起來，組成一套完善的、高速的、高精度的、缺陷識別能力強的超聲波檢測系統具有一定的實用價值，這對提高我國超聲波檢測技術水平具有深遠的
眉、ο

發明內容
對于矩形金屬棒材來說，缺陷的種類一般為縮尾、裂紋、夾渣等等，主要分布在棒材的芯部和近表面。本發明的一種矩形金屬棒材的檢測方法，采用線聚焦探頭，利用脈沖反射法對矩形金屬棒材進行縱波探傷。所述檢測方法采用如下步驟
步驟1 裝設平探頭和TR探頭于檢測裝置上；
步驟2 對浸入水中的待測矩形金屬棒材進行高速和大間距的快速預掃； 步驟3 當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材近表面存在缺陷時，采用TR探頭進行缺陷檢測；或當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材芯部存在缺陷時，采用平探頭進行檢測； 步驟4 根據平探頭和TR探頭的檢測值，重構待測矩形金屬棒材的形狀。本發明還提出一種矩形金屬棒材的檢測系統，所述系統包括
檢測裝置利用其上裝設的平探頭和TR探頭檢測待測棒材，并發出檢測信號； 超聲波探傷儀與所述探頭電連接，用于傳遞并接收所述檢測裝置上的探頭發出的檢測信號；
工控機其上裝設有超聲波采集卡、串行接口和輸入裝置，所述超聲波采集卡與所述超聲波探傷儀連接，用于接收所述超聲波探傷儀傳遞的信號，并通過所述串行接口發出相應驅動信號；
驅動裝置與所述串行接口電連接，根據所述驅動信號運轉； 掃描機構與所述驅動裝置連接，并隨所述驅動裝置的運轉而運動； 水槽所述待測矩形金屬棒材置于其中，并沒入水槽中的液體液面以下； 所述檢測裝置裝設于所述掃描機構上，所述輸入裝置輸入檢測指令時，通過所述驅動裝置驅動所述掃描裝置運動，使所述探頭掃描待測矩形金屬棒材，并將檢測信號通過所述超聲波探傷儀和超聲波采集卡發送至所述工控機；所述工控機對所述檢測信號處理后，輸出檢測結果。本發明的有益效果是
1、本發明采用粗、精掃查結合的方式，可保證檢測精度及提高檢測效率。2、通過仿形系統可以適應表面較為粗糙、彎曲度較小的矩形金屬棒材，對棒材檢測快速、準確。3、系統的A+B+C超聲波成像結果向操作人員捉供了全面的探傷信息。


圖1為本發明的矩形金屬棒材檢測系統的系統連接圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步地詳細描述。
參見圖1所述的檢測系統連接圖，待測矩形金屬棒材9置于水槽8中，并沒入液面 81之下，探頭1裝設于掃描機構5上，并與待測矩形金屬棒材9相對設置；超聲波探傷儀2 與探頭1連接，工控機3上裝設有超聲波采集卡31、串行接口 32和輸入裝置33，超聲波采集卡31與超聲波探傷儀2連接，用于接收超聲波探傷儀2的信號，并通過串行接口 32發出驅動信號；驅動裝置4與串行接口 32連接，用于驅動掃描機構5。檢測時，自輸入裝置33輸入檢測指令至工控機3，工控機3進行編譯處理，并通過串行接口 32發出驅動信號，使驅動裝置4驅動掃描裝置5運動，裝設于掃描裝置5上的探頭開始掃描待測矩形金屬棒材9。掃描裝置5可在X、Y、Z三個方向運動，以控制探頭1全面掃描待測矩形金屬棒材 9。待測矩形金屬棒材9可在水槽8中轉動，以使各個面均能得到全面掃描。同時，TR探頭和平探頭將檢測信號發送到超聲波探傷儀2，超聲波探傷儀2輸出相應地模擬電壓，超聲波采集卡31對所述模擬電壓進行選擇性地轉換量化，同時傳送給工控機3，工控機3接收到信號后，進行相應處理，輸出檢測結果。工控機3外接顯示器6，還可連接一打印裝置7，以方便輸出檢測結果。為了能夠檢測到各個位置上的缺陷，所述檢測裝置1可交替使用TR探頭和平探頭。在實際掃查過程中，系統首先進行快速預掃，并且采用最高速和大間距掃查，僅保存B+C 圖像，不保存各點的A圖像。當快速預掃顯示被檢測待測矩形金屬棒材的近表面存在縱向缺陷時，需采用TR探頭進行檢測。T探頭發出的超聲波在內表面沿多邊形傳播，遇到近表面縱向缺陷時，超聲波會產生反射，為R探頭接收，這樣就有效地削弱了表面雜波和其他干擾的影響，減少了誤判。TR探頭靠發射、接收特性的覆蓋而實現相當于聚焦的效果。從結構噪聲的角度來看，TR探頭中，接收探頭避開了發射探頭附近的結構噪聲集中區，因而也具有較好的降低結構噪聲的效果。當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材芯部有缺陷時，還需要采用平探頭進行檢測。選擇水作為耦合劑。為了防止氣泡造成的干擾，檢測用水需要加熱到50°C以上，然后冷卻至20 28°C再進行檢測。系統通過超聲波采集卡31實現超聲波的發射與接收，超聲波采集卡31將超聲波接收電路輸出的模擬信號轉換為數字信號，通過DMA方式將信號送入工控機3。系統在工控機3的控制下以一定的時序進行通道的切換及超聲波的發射、接收， 同時控制檢測裝置1按給定的速度運動。掃查完后。若未發現缺陷，則保持較大的步距，若發現缺陷，則使掃描機構5后退一步，系統轉入精掃查狀態。這種粗、精掃查結合的方式，可保證檢測精度及提高檢測效率。為解決待測矩形金屬棒材彎曲變化的影響，需對待測矩形金屬棒材進行軟件仿形，否則可能導致探頭焦點偏離軸心。檢測需要首先進行仿形，操作檢測系統讀取待測矩形金屬棒材表面的重要邊界點，供系統重構出待測矩形金屬棒材的大致形狀，然后進行仿形掃查，獲取待測矩形金屬棒材表面的幾何信息，修正邊界仿形時生成的待測矩形金屬棒材模型，生成運動點位文件，可根據掃查間距的不同分別生成預掃和正式掃查文件；然后，系統通過驅動裝置4進行快速預掃和實際掃查，通過超聲波采集卡31獲取掃查數據，并進行實時成像，供用戶進行分析。待測矩形金屬棒材的仿形技術包括兩部分機械仿形和軟件仿形。采用掃描機構 5進行機械仿形，利用掃描機構5限制由待測矩形金屬棒材表面不平帶來的探頭振動和偏移，保證探頭的正確位置和水程距。若機械仿形無法完成超聲波掃查，這時需要采用軟件仿
5形方法進行測量，通過掃描機構5來調整探頭的位姿。若待測矩形金屬棒材本身較長，容易發生彎曲變形時，也需要進行軟件仿形，否則可能導致探頭發生偏移。提高檢測的精度方法有以下幾種1.通過補償實現X、Y、Z軸的對準；2.通過探頭 1的超聲波視覺功能進行聲學對準；3.實現間隙軟件補償；4.采用隔離水槽的方法解決待測棒材9轉動造成的水紊流。在常規的超聲波檢測中，最常用的顯示方式是A掃描顯示、B掃描顯示和c掃描顯示，其中Α掃描顯示是一種幅度調制型顯示(Amplitude Modulation Display)，橫坐標表示缺陷回波的傳播時間(距離)，縱坐標表示缺陷回波的幅度，其結果是一種波形顯示。B 掃描顯示是一種輝度調制顯示(Brightness Modulation Display)，它將A型顯示的回波幅度進行輝度調制，如果用顯示器的橫坐標表示探頭位置，用縱坐標表示探頭發射波束的傳播距離，則當探頭直線運動的時候，可顯示由探頭移動直線和探頭發射波束軸線決定的界面圖形。C掃描顯示是一種在深度(Constant Depth)探測的顯示方式，顯示器的縱、橫坐標分別表示探頭在待測矩形金屬棒材9表面上的縱、橫坐標，即顯示器上的光點表示探傷的位置。探頭在選定深度范圍內檢測到的回波幅度用輝度調制顯示，從而得到一幅與待測矩形金屬棒材9表面平行的截面圖象，即頂視圖。在這些成像方式中，掃描顯示的圖像被廣泛采用，但這種成像方式無法給出該截面上各點的詳細信息。為了進一步分析被檢測構件的質量狀況，很多超聲波成像系統往往采用組合成像的方法，提供二維C圖像中的各點的詳細信息。比較常用的有以下幾種方式
(1)C+V(Value)成像顯示在顯示C掃描圖像的同時，給出光標處圖像的坐標值、成像值(缺陷深度或峰值)等，并提供與用戶的交互接口。(2)C+A成像顯示在顯示C掃描圖像的同時，給出光標處圖像點的A探傷信號波形曲線。(3)掃描線上的C+B顯示顯示C掃描圖像的同時，顯示通過光標選定像素點的C 掃描剖面上的B型成像圖。具體地說，這種A+B+C超聲波成像方式就是用一個矩形來代替真正意義上的C圖像，該矩形按照實際的掃查間距被分為若干個小矩形，每一個小矩形對應于待測扁材軸向的一個截面。如果在掃查過程中發現某一截面存在缺陷，與該截面對應的小矩形就被填上調色板中與該缺陷大小相對應的顏色；如果沒有缺陷，小矩形就被填上調色板中正常狀態對應的顏色。同時，界面上還將動態地顯示反映當前截面狀態的B圖像以及反映當前掃查點狀態的A圖像。該系統在掃描過程中，可以保存各點的全波采樣數據和各截面的B掃描數據。 掃查完成后，可以采用不同的分析參數重新進行離線成像，還可以進行基于成像點的分析， 可以從保存的采樣數據文件中讀取超聲波回波的峰值、渡越時間數據和高速采樣數據，進行組合成像顯示。所述的檢測系統可以以PC為硬件平臺，以windows操作系統為軟件平臺。所述系統具有手動及自動編輯、加工程序編輯、插補控制、掃描軌跡顯示和網絡通信等功能，通過軟件的相互結合，完成超聲波無損檢測自動掃描裝置的五軸運動。需要進行說明的是，本發明的檢測方法應用于檢測矩形金屬棒材只是本發明最佳的實施方式之一，本發明還可以應用于無損檢測高鐵的動力軸、電網電氣連接件、電氣接觸件以及電氣化鐵道接觸網零部件等等，為其在高強度下運作提供質量安全保障。
以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
權利要求
1.一種檢測矩形金屬棒材的檢測方法，其特征在于所述方法采用線聚焦探頭，利用脈沖反射法對矩形金屬棒材進行縱波探傷。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述方法采用如下步驟 步驟1 裝設平探頭和TR探頭于檢測裝置上；步驟2 對沒入水中的待測矩形金屬棒材進行高速和大間距的快速預掃； 步驟3 當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材近表面存在缺陷時，采用TR探頭進行缺陷檢測；或當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材芯部存在缺陷時，采用平探頭進行檢測； 步驟4 根據平探頭和TR探頭的檢測值，重構待測矩形金屬棒材的形狀。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述步驟4中的重構待測矩形金屬棒材的形狀是根據所述探頭的振動和偏移，重構出待測矩形金屬棒材的基本外形形狀。
4.一種矩形金屬棒材的檢測系統，其特征在于所述系統包括檢測裝置利用其上裝設的平探頭和TR探頭檢測待測棒材，并發出檢測信號； 超聲波探傷儀與所述探頭電連接，用于接收并傳遞所述檢測裝置上的探頭發出的檢測信號；工控機其上裝設有超聲波采集卡、串行接口和輸入裝置，所述超聲波采集卡與所述超聲波探傷儀連接，用于接收所述超聲波探傷儀傳遞的信號，并通過所述串行接口發出相應驅動信號；驅動裝置與所述串行接口電連接，根據所述驅動信號運轉； 掃描機構與所述驅動裝置連接，并隨所述驅動裝置的運轉而運動； 水槽所述待測矩形金屬棒材置于其中，并沒入水槽中的液體液面以下； 所述檢測裝置裝設于所述掃描機構上，所述輸入裝置輸入檢測指令時，通過所述驅動裝置驅動所述掃描裝置運動，使所述探頭掃描待測矩形金屬棒材，并將檢測信號通過所述超聲波探傷儀和超聲波采集卡發送至所述工控機；所述工控機對所述檢測信號處理后，輸出檢測結果。
全文摘要
本發明涉及一種檢測矩形金屬棒材的檢測方法和系統，所述檢測方法采用如下步驟步驟1裝設平探頭和TR探頭于檢測裝置上；步驟2對待測矩形金屬棒材進行高速和大間距的快速預掃；步驟3當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材近表面存在缺陷時，采用TR探頭進行缺陷檢測；或當快速預掃顯示待測矩形金屬棒材芯部存在缺陷時，采用平探頭進行檢測；步驟4根據平探頭和TR探頭的檢測值，重構待測矩形金屬棒材的形狀。本發明還提出一種矩形金屬棒材的檢測系統，當輸入裝置輸入檢測指令時，驅動裝置驅動掃描裝置使探頭掃描待測矩形金屬棒材，并將檢測信號通過超聲波掃描儀和超聲波采集卡發送至工控機；工控機對檢測信號處理后，輸出檢測結果。
文檔編號G01N29/06GK102507740SQ20111038710
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者佘京鵬, 李上吉, 李立鴻, 羅民寄, 陳鋼 申請人:汕頭華興冶金設備股份有限公司