專利名稱：變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲成像檢測方法及裝置，尤其涉及一種用于檢測變直徑不可拆卸主軸的原位超聲手動掃查成像檢測方法及檢測裝置。
背景技術(shù)：
軸為機械設(shè)施的核心部件，承載了設(shè)施的絕大部分重量，其質(zhì)量和工作狀況的好壞直接影響著整個設(shè)備的運轉(zhuǎn)乃至公民的人身安全，由于長時間的工作產(chǎn)生疲勞性缺陷和磨損銹蝕的情況不可避免，因此對其質(zhì)量進(jìn)行有效、準(zhǔn)確的檢驗和評定至關(guān)重要。目前最有效的檢測方法是先拆后檢，即先把軸從機械設(shè)施上拆卸下來，然后再用常規(guī)的軸類檢測的方法對其進(jìn)行檢測。然而對于大型的機械設(shè)施而言拆卸和重新安裝都相當(dāng)困難，需要消耗大量的人力、物力、財力、和時間。如果采用現(xiàn)在有人研究的小角度縱波端面入射的方法，在變直徑區(qū)域附近就會產(chǎn)生很大的檢測盲區(qū)，只有當(dāng)缺陷擴展到一定程度才能有效的檢出?，F(xiàn)有的成像設(shè)備普遍采用機械掃查的方式，通過編碼器來確定探頭的位置，但是檢測機械設(shè)施軸類工件時，機械掃查設(shè)備不易安裝。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有檢測方法的不足，提供一種機械設(shè)施不可拆卸主軸的超聲成像檢測方法，在不拆卸軸的條件下，利用超聲探頭軸的變截面處的關(guān)鍵受力部位進(jìn)行檢測并實現(xiàn)缺陷的可視化。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測方法，其檢測步驟如下
a、首先判斷待測軸的距軸端面最近的變截面的長徑比L/D值，其中L為待測軸端面與變截面之間的距離，D為變截面直徑，當(dāng)變截面區(qū)域的長徑比L/D< 1.2時，采用斜探頭檢測軸的該區(qū)域，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機使焦點落在固定有兩個發(fā)光二極管的縱波探頭頂面，手動掃查軸端面進(jìn)行檢測，此時CCD攝像機實時地記錄下探頭的位置信息和入射方向信息， 同時超聲采集卡采集接收到的超聲信號，這些信息都實時地存入計算機，計算機根據(jù)超聲信號、探頭的位置信息、探頭的入射方向信息、探頭的折射角以及待測軸的結(jié)構(gòu)尺寸和聲速實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出，如標(biāo)注為紅色；
b、如變截面區(qū)域的長徑比L/D> 1. 2，則利用縱波探頭進(jìn)行檢測，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機 4使焦點落在固定有兩個發(fā)光二極管的探頭頂面，手動掃查軸的端面，計算機通過數(shù)據(jù)處理實時地畫圖顯示，此時CCD攝像機實時地記錄下探頭的位置信息和入射方向信息，同時超聲采集卡采集接收到的超聲信號，這些信息都實時地存入計算機，計算機根據(jù)超聲信號、探頭的位置信息、探頭的入射方向信息、探頭的折射角以及待測軸的結(jié)構(gòu)尺寸和聲速實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出；
c、繼續(xù)進(jìn)行下一變截面的檢測，當(dāng)該變截面的長徑比L/DS 1. 2時重復(fù)步驟a，如該變截面區(qū)域的長徑比L/D > 1. 2，則重復(fù)步驟c，直至檢測完所有待測軸的所有變截面。本發(fā)明方法中所采用的縱波探頭的折射角為6° ^25°。斜探頭的折射角為 40° 70° 。本發(fā)明還提供了變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測裝置，包括超聲發(fā)射接收儀、超聲探頭、超聲信號采集卡、CCD工業(yè)攝像機及計算機；超聲發(fā)射接收儀的發(fā)射接收端 R/F與超聲探頭的激勵端STI相連；超聲發(fā)射接收儀的射頻信號輸出端RF與超聲采集卡的采集通道CHl相連，超聲發(fā)射接收儀的同步信號端SYNC與超聲信號采集卡的觸發(fā)端TRIG 相連；超聲信號采集卡的數(shù)據(jù)端USB與計算機的第一USB接口相連，其作用是把采集到的信號輸入計算機存儲；CCD工業(yè)攝像機的數(shù)據(jù)端USB與計算機的第二 USB接口相連，其作用是把拍攝到的視頻圖像輸入計算機；超聲探頭的發(fā)光二極管的電源端口 DC與計算機的第三 USB接口 USB3端相連，為發(fā)光電路提供電源。本發(fā)明所述超聲探頭由縱波探頭或斜探頭及發(fā)光電路構(gòu)成，發(fā)光電路由第一電阻、第二電阻、第一發(fā)光二極管、第二發(fā)光二極管構(gòu)成；電阻與第一發(fā)光二極管串聯(lián)支路與電阻與第二發(fā)光二極管串聯(lián)支路相并聯(lián)，第一發(fā)光二極管與第二發(fā)光二極管安裝在探頭的頂端，第一發(fā)光二極管和第二放光二極管的中點位于探頭入射點所在的中軸線上。本發(fā)明所述的超聲探頭為折射角為6° ^25°的縱波探頭或折射角為40° 70° 的斜探頭。本發(fā)明的機械設(shè)施主軸的原位超聲手動掃查成像檢測方法采用端面入射的方式， 免去了軸的拆卸工作；利用縱波小角度入射和橫波斜入射相結(jié)合的方法，提高了缺陷的檢測率，縮小了檢測盲區(qū)；使用CCD定位方式，用手動掃查代替機械掃查，具有如下優(yōu)點和效果
1.從軸類工件的端面入射超聲波，軸無需從設(shè)備上拆卸下來，能實現(xiàn)現(xiàn)場在役檢測，省時省力。2.采用縱波小角度入射和橫波斜入射相結(jié)合的方法，提高了缺陷的檢測率，同時減小了檢測的盲區(qū)。3.利用CXD攝像機識別兩個不同顏色的發(fā)光二極管來確定探頭的入射點和入射方向，實現(xiàn)方式簡單實用。4.用手動掃查來代替機械掃查，靈活、方便、適應(yīng)能力強，同時避免了機械控制產(chǎn)生的電磁噪聲，信噪比高。5、能實時成像，且能對存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理顯示。6、在不拆卸的條件下，利用超聲探頭對軸的關(guān)鍵受力部位進(jìn)行檢測并實現(xiàn)缺陷的可視化。


圖1為本發(fā)明裝置構(gòu)成示意圖。其中1 一超聲發(fā)射接收儀5077冊、2—超聲探頭PR0BE、3—超聲信號采集卡 USB9822、4一CCD 工業(yè)攝像機 HV1303UC、5—計算機 PC。圖2為本發(fā)明超聲探頭結(jié)構(gòu)示意圖。其中LED1—綠色發(fā)光二極管、LED2—紅色發(fā)光二極管、8—信號線接口、9一探頭的入射點。圖3為本發(fā)明超聲探頭發(fā)光電路的電路圖。圖4為本發(fā)明被檢軸的縱截面圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明裝置由超聲發(fā)射接收儀1 (5077HO、超聲探頭2 (PROBE)、超聲信號采集卡3 (USB9822)、CCD工業(yè)攝像機4 (HV1303UC)、計算機5 (PC)構(gòu)成。超聲發(fā)射接收儀1的發(fā)射接收端R/F與超聲探頭2的激勵端STI相連，其作用是激勵探頭產(chǎn)生超聲波并接受來自工件的反射信號；超聲發(fā)射接收儀1的射頻信號輸出端RF 與超聲采集卡3的采集通道CHl相連，其作用是把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；超聲發(fā)射接收儀1的同步信號端SYNC與超聲信號采集卡3的觸發(fā)端TRIG相連，其作用是觸發(fā)采集卡采集數(shù)據(jù)。超聲信號采集卡3的數(shù)據(jù)端USB與計算機5的第一 USB接口 USBl相連，其作用是把采集到的信號輸入計算機5存儲；CXD工業(yè)攝像機4的數(shù)據(jù)端USB與計算機5的第二 USB 接口 USB2相連，其作用是把拍攝到的視頻圖像輸入計算機；超聲探頭2的發(fā)光二極管的電源端口 DC與計算機5的USB3端相連，為發(fā)光二極管提供電源，使發(fā)光二極管發(fā)光。超聲探頭2由縱波探頭或斜探頭及發(fā)光電路構(gòu)成，發(fā)光電路的電路圖如圖3所示，由第一電阻R1、 第二電阻R2、第一發(fā)光二極管LED1、第二發(fā)光二極管LED2構(gòu)成。電阻Rl與第一發(fā)光二極管 LEDl串聯(lián)支路與電阻R2與第二發(fā)光二極管LED2串聯(lián)支路相并聯(lián)，第一發(fā)光二極管LEDl 與第二發(fā)光二極管LED2分別選用綠色和紅色。本發(fā)明的工作過程為按照圖2改裝小角度縱波探頭和斜探頭，在探頭的頂端安裝綠色第一發(fā)光二極管LEDl和紅色第二發(fā)光二極管LED2，使第一發(fā)光二極管LEDl和第二發(fā)光二極管LED2的中點位于探頭入射點9所在的中軸線上。按圖1連接好檢測裝置并調(diào)節(jié)CCD攝像機4使攝像機的焦點落在發(fā)光二極管LED1、LED2落所在固定兩個二極管的探頭 2頂面。如圖4所示，當(dāng)變截面區(qū)域的長徑比L/D < 1. 2時，采用斜探頭檢測軸的該區(qū)域， 其中L為待測軸端面與變截面之間的距離，D為變截面直徑，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機4使焦點落在固定兩個二極管的探頭2頂面，手動掃查軸端面進(jìn)行檢測，此時CCD攝像機4實時地記錄下探頭2的位置信息和入射方向信息，同時超聲采集卡3采集接收到的超聲信號，這些信息都實時地存入計算機5，計算機5根據(jù)超聲信號、探頭的位置信息、探頭的入射方向信息、 探頭的折射角以及工件(待測軸)的結(jié)構(gòu)尺寸和聲速實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出，如標(biāo)注為紅色。當(dāng)還存在長徑比L/D > 1. 2的變截面的區(qū)域時，保存數(shù)據(jù)后更換為本發(fā)明的縱波探頭檢測該區(qū)域，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機4使焦點落在探頭2的兩個發(fā)光二極管所在平面，手動掃查檢測，此時CXD攝像機4實時地記錄下探頭2的位置信息和入射方向信息，同時超聲采集卡3采集接收到的超聲信號，這些信息都實時地存入計算機5，計算機5根據(jù)超聲信號、探頭的位置信息、探頭的入射方向信息、探頭的折射角以及工件的結(jié)構(gòu)尺寸和聲速實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出紅色。檢測完畢后保存數(shù)據(jù)，之后可對數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理顯示。實施例1按圖1連接好檢測系統(tǒng)。如圖4所示，變截面區(qū)域10的長徑比L/D > 1. 2，利用本發(fā)明縱波探頭檢測該區(qū)域，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機4使焦點落在固定兩個二極管的探頭2頂面， 手動掃查軸的端面，計算機通過數(shù)據(jù)處理實時地畫圖顯示，發(fā)現(xiàn)在區(qū)域10出現(xiàn)了紅色帶， 說明此區(qū)域有缺陷存在，保存數(shù)據(jù)備用。繼續(xù)檢測變截面區(qū)域11，如變截面區(qū)域11的長徑比L/D ^ 1. 2，則更換為本發(fā)明斜探頭，調(diào)節(jié)CXD工業(yè)攝像機4使焦點落在固定兩個二極管的探頭2頂面，手動掃查軸的端面，計算機通過數(shù)據(jù)處理實時地畫圖顯示，發(fā)現(xiàn)在區(qū)域11出現(xiàn)了紅色帶，說明此區(qū)域有缺陷存在。實施例2
按圖1連接好檢測系統(tǒng)。如圖4所示，變截面區(qū)域10的長徑比L/D ( 1. 2，同時變截面區(qū)域11的長徑比L/D ( 1. 2，所以只采用斜探頭檢測這兩個區(qū)域。調(diào)節(jié)CXD工業(yè)攝像機 4使焦點落在固定兩個二極管的探頭2頂面，手動掃查軸的端面，計算機通過數(shù)據(jù)處理實時地畫圖顯示，發(fā)現(xiàn)在區(qū)域10和區(qū)域11都出現(xiàn)了紅色帶，說明兩個區(qū)域有缺陷存在。實施例3
按圖1連接好檢測系統(tǒng)。如圖4所示，變截面區(qū)域10的長徑比L/D > 1. 2，同時變截面區(qū)域11的長徑比L/D > 1. 2，所以只采用本發(fā)明縱波探頭檢測這兩個區(qū)域。調(diào)節(jié)CXD工業(yè)攝像機4使焦點落在固定兩個二極管的探頭2頂面，手動掃查軸的端面，計算機通過數(shù)據(jù)處理實時地畫圖顯示，發(fā)現(xiàn)在區(qū)域10和區(qū)域11都出現(xiàn)了紅色帶，說明兩個區(qū)域有缺陷存在。
權(quán)利要求
1.一種變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測方法，其特征在于步驟如下a、首先判斷待測軸的距軸端面最近的變截面的長徑比L/D值，其中L為待測軸端面與變截面之間的距離，D為變截面直徑，當(dāng)變截面區(qū)域的長徑比L/D ^ 1. 2時，采用斜探頭檢測軸的該區(qū)域，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機使焦點落在固定有兩個發(fā)光二極管的縱波探頭頂面，手動掃查軸端面進(jìn)行檢測，利用超聲發(fā)射接收儀產(chǎn)生激勵脈沖來激勵超聲探頭，使其產(chǎn)生超聲波進(jìn)入待測工件內(nèi)部，并接受來自工件的反射回波信號，超聲采集卡采集超聲接收儀接收到的回波信號，同時將信號輸?shù)接嬎銠C存儲，CCD工業(yè)攝像機實時地拍攝檢測端面的畫面，并通過成像軟件來識別超聲探頭頂端設(shè)置的兩個發(fā)光二極管的位置，從而獲得手動掃查時探頭的位置信息和超聲波入射的方向信息，同時將信息存入計算機，計算機根據(jù)超聲信號、探頭的位置信息、超聲波的入射方向信息、探頭的折射角、工件的聲速以及待測軸的結(jié)構(gòu)尺寸實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出，如標(biāo)注為紅色；b、如變截面區(qū)域的長徑比L/D > 1. 2，則利用縱波探頭進(jìn)行檢測，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機 4使焦點落在固定有兩個發(fā)光二極管的探頭頂面，手動掃查軸的端面，利用超聲發(fā)射接收儀產(chǎn)生激勵脈沖來激勵超聲探頭，使其產(chǎn)生超聲波進(jìn)入待測工件內(nèi)部，并接受來自工件的反射回波信號，超聲采集卡采集超聲接收儀接收到的回波信號，同時將信號輸?shù)接嬎銠C存儲， CXD工業(yè)攝像機實時地拍攝檢測端面的畫面，并通過成像軟件來識別超聲探頭頂端設(shè)置的兩個發(fā)光二極管的位置，從而獲得手動掃查時探頭的位置信息和超聲波入射的方向信息， 同時將信息存入計算機，計算機根據(jù)超聲信號、探頭的位置信息、超聲波的入射方向信息、 探頭的折射角、工件的聲速以及待測軸的結(jié)構(gòu)尺寸實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出；c、繼續(xù)進(jìn)行下一變截面的檢測，當(dāng)該變截面的長徑比L/DS 1. 2時重復(fù)步驟a，如該變截面區(qū)域的長徑比L/D > 1. 2，則重復(fù)步驟c，直至檢測完所有待測軸的所有變截面。
2.如權(quán)利要求1所述變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測方法，其特征在于所述縱波探頭的折射角為6° ^25°。
3.如權(quán)利要求1或2所述變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測方法，其特征在于 所述斜探頭的折射角為40° 70°。
4.一種變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測裝置，其特征在于包括超聲發(fā)射接收儀、超聲探頭、超聲信號采集卡、CCD工業(yè)攝像機及計算機；超聲發(fā)射接收儀的發(fā)射接收端R/F與超聲探頭的激勵端STI相連；超聲發(fā)射接收儀的射頻信號輸出端RF與超聲采集卡的采集通道CHl相連，超聲發(fā)射接收儀的同步信號端SYNC 與超聲信號采集卡的觸發(fā)端TRIG相連；超聲信號采集卡的數(shù)據(jù)端USB與計算機的第一 USB接口相連，其作用是把采集到的信號輸入計算機存儲；CCD工業(yè)攝像機的數(shù)據(jù)端USB與計算機的第二 USB接口相連，其作用是把拍攝到的視頻圖像輸入計算機；超聲探頭的發(fā)光二極管的電源端口 DC與計算機的第三USB接口 USB3端相連，為發(fā)光電路提供電源。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的成像檢測裝置，其特征在于超聲探頭由縱波探頭或斜探頭及發(fā)光電路構(gòu)成，發(fā)光電路由第一電阻、第二電阻、第一發(fā)光二極管、第二發(fā)光二極管構(gòu)成； 電阻與第一發(fā)光二極管串聯(lián)支路與電阻與第二發(fā)光二極管串聯(lián)支路相并聯(lián)，第一發(fā)光二極管與第二發(fā)光二極管安裝在探頭的頂端，第一發(fā)光二極管和第二放光二極管的中點位于探頭入射點所在的中軸線上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的成像檢測裝置，其特征在于所述的超聲探頭為折射角為6° 25°的縱波探頭或折射角為40° 70°的斜探頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及變直徑不可拆卸主軸原位超聲成像檢測方法及檢測裝置。其檢測步驟如下首先判斷待測軸的距軸端面最近的變截面的長徑比L/D值≤1.2時，采用縱波探頭檢測軸的該區(qū)域，調(diào)節(jié)CCD工業(yè)攝像機使焦點落在固定有兩個發(fā)光二極管的縱波探頭頂面，手動掃查軸端面進(jìn)行檢測，此時CCD攝像機實時地記錄圖像存入計算機，計算機實時地畫圖顯示，如果有缺陷，計算機會在出現(xiàn)缺陷的地方標(biāo)示出，如標(biāo)注為紅色；如變截面區(qū)域的長徑比L/D＞1.2，則利用斜探頭進(jìn)行檢測，本發(fā)明方法及成像檢測裝置能滿足原位在役檢測的要求，裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適應(yīng)場地能力強，信噪比高，能實時成像和后處理成像，所顯示缺陷的位置信息準(zhǔn)確。
文檔編號G01N29/04GK102331454SQ20111019842
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者劉勛豐, 劉志云, 李昌勝, 陸銘慧 申請人:南昌航空大學(xué)