大型回转轴超声波自动探伤系统

　　0　引言

　　UT检测技术作为工业上5大常规无损检测技术之一,一直被人们广泛地使用。随着数字化技术的飞速发展,数字化探伤仪的使用已经相对广泛,但目前数字化探伤仪基本还是采用人工操作的方式,检测大型工件时,费时费力,自动化程度低,检测质量一定程度上与操作者经验水平和责任心相关[1]。当前,数字化自动探伤系统已经成为无损探伤发展的主要方向,但大型回转件实现自动探伤仍有困难。

　　大型回转件(直径通常在1~2 m,长10 m以上)是国家重大工程装备的核心构件。国内重大装备的制造企业,通常在其锻压和粗加工之后、精加工之前进行超声波检测。这一加工阶段的大型回转件带有一定的轴向圆锥度和径向椭圆度,很难在车床上利用刀架实现探头自动定位。国外生产类似产品和研究的公司主要有美国的泛美(PANAMETRICS)公司、加拿大的R /D TECH公司,德国的K-K公司[2],但是有关超声波自动检测大型回转件的技术还处于保密阶段。国内少数大学和科研机构最近几年相继开展了超声波自动探伤的研究,重点是各类数字化超声波检测设备和超声波发射/采集卡,但未见针对上述大型回转件的超声波在线自动检测系统的研究报道。

　　介绍的超声波自动化探伤系统采用单探头纵波直入射脉冲反射法非接触检测方式[3],针对大型回转轴在线车削时装夹的现状,实现了探头的自动定位、信号的自动采集和处理。现场试用表明:此系统融合了计算机技术、数据处理技术、电子技术及机械定位技术,自动化程度高,质量好,能满足大型工件的实时自动检测要求。

　　1　系统的工作原理

　　超声波自动探伤系统主要包括超声信号发射/采集卡、自适应探头定位装置、压力供油(作为耦合剂)系统和VC++系统软件等4大部分。其中硬件部分包括高性能工控机、超声卡、编码器、超声波探头和探头定位、装夹、驱动机构;软件包括信号的自动采集,缺陷信号的自动判别、波形实时显示,数据的存储和回放以及打印各种报表等各种功能。系统结构原理如图1所示。

　　现场检测时,装夹在刀架上的自适应定位装置实现探头的准确定位;探头和工件保持适当的耦合距离;供油系统为探头和工件提供机油作为耦合剂。打开工控机,通过软件启动超声卡开始发射/采集信号;开动机床,大型回转轴开始转动,超声波系统轴向移动,同时编码器检测探头的轴向位置。超声波信号和位置信号通过软件进行实时处理、显示和存储,必要时可进行后续的数据回放和缺陷信号的离线分析处理。

　　2　系统硬件结构

　　2. 1　超声信号采集系统

　　超声信号发射/采集系统包括超声波探头、超声卡和工控机3部分。其中超声波探头选用德国KK公司的直探头,发射频率为2 MHz;超声卡是法国的SYNCHRONIZING USPC 3100多通道超声波发射/接收卡,具有板卡小,集成度高,通道选择灵活等特点。其最大重复频率是300μs,最高采样频率是100MHz,测试范围为0~5×10³mm(钢纵波),能够满足现场检测需要。这种卡集成了采集正交方波信号的功能,不用另外加卡就能同时得到编码器的位置信息,经济性好。多通道超声波发射/接收卡采用计算机标准PCI总线制作,板卡装有四个完全独立的工作通道,亦可根据需要多卡级连,构成更多通道超声波探伤系统。