CN108120766A - 超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置 - Google Patents
超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108120766A CN108120766A CN201810062615.5A CN201810062615A CN108120766A CN 108120766 A CN108120766 A CN 108120766A CN 201810062615 A CN201810062615 A CN 201810062615A CN 108120766 A CN108120766 A CN 108120766A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- axle
- array
- axle body
- flaw
- longitudinal wave
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000008358 core component Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 11
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 2
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000428 dust Substances 0.000 abstract description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 2
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明的一种超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法，将多个阵元的晶片作为相控阵探头的高端核心元器件，探头位于车轴端面中心孔边沿与螺纹孔边沿之间的环形平面内，其位置和布置形式有很大的灵活性，一维、二维环形和线形、矩形阵列皆可实现，利用电子偏转，折射角从零度到二十度超声波束可覆盖普通车轴的轴身，而不会像之前的方法那样使主声束中心局限在某一个位置如二分之一轴身位或四分之一轴身位。本发明对轴身扫描具有可拓展性，可以容易地增加纵波偏转角度，扇形扫描和组合扫描不仅可使超声主声束覆盖任何型号车轴的轴身并且还可以覆盖整个轮座、防尘板座和轴径等多个部位。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置。
背景技术
对火车轴身部位缺陷的超声波检测，传统的方法是采用零度纵波直探头探伤法，这种方法基于声束扩散角弱声压对轴身大裂纹进行检测，因车轴端面存在螺纹孔很容易造成探伤盲区，另外扩散角回波多且杂乱，仪器显示难辨真假缺陷，有时不得不人为地抑制某些回波，这样也极易造成漏探或误报伤。虽然利用小角度纵波探伤法可以克服上述某些缺陷，由于单个晶片的主声束中心线只能对准轴身的某一个部位不可变动，只不过以小角度主声束代替直探头的扩散角，能够使原状态得以改善而已。但并不能使整个轴身得到主声束中心的眷顾，所以还存在很大的改善空间。相控阵技术，是目前世界上最先进的检测技术之一，广泛应用于了军、民高端探测领域。
发明内容
本发明的目的是提供直观、准确、高效且漏探率和误判率低的一种超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置。
本发明的目的由以下技术方案实现：超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法，其特征在于：具有多阵元压电晶片（2）核心元器件的相控阵探头（1），定位于车轴中心孔及车轴端面上，并使多阵元晶片的位置处于车轴端面中心孔边沿与螺纹孔边沿之间的环形平面（8）内，相匹配的相控阵探伤仪对阵元信号进行延时而形成电子偏转（11），利用波的相位可控来影响波阵面，扇形扫描（12）和组合扫描（13）能够达到叠加增强、深度聚焦以及反相位抵消的效果。主声束（7）可覆盖整条车轴的轴身（6）。
本发明所述超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法，对轴身扫描的可拓展性，使得车轴探伤的相控阵纵波折射角可从下限零度角开始至上限临界角。
本发明还提供一种超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的装置，其特征在于：具有多阵元压电晶片（2）核心元器件的相控阵探头（1），定位于车轴中心孔及车轴端面上，并使多阵元晶片的位置处于车轴端面中心孔边沿与螺纹孔边沿之间的环形平面（8）内，相匹配的超声探伤电子***对阵元信号进行延时而形成电子偏转（11），利用波的相位可控来影响波阵面，扇形扫描（12）和组合扫描（13）能够达到叠加增强、深度聚焦以及反相位抵消的效果，主声束（7）可覆盖整条车轴的轴身（6）。
本发明的一种超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置，探头的晶片有多少阵元就相当于有多少个传统晶片，通过对其阵元信号延时补偿、波的叠加同相位增强、反相位抵销等手段，一个探头可对多个目标进行扫描偏转和聚焦，给电子***提供准确的成像信息，不仅直观性大增，检出率也大大提高，误报率大大降低，特别，由于仅仅在车轴端面就能够对全轴进行检测，这给在线检测提供了极大的可能。每年节约成本将以数十亿元计。
附图说明
图1为本发明的车轴探伤示意图。
图2为车轴端面结构示意图。
图3为超声相控阵晶片元件一维线形阵列。
图4为超声相控阵晶片元件二维矩形阵列。
图5为超声相控阵晶片元件二维环形阵列。
图6为超声相控阵晶片元件一维环形阵列。
图7为延时偏转的波前工作原理示意图。
图8为相控阵探头扇形扫描示意图。
图9a为计算机***控制的探头电子扫描示意图。
图9b为计算机***控制的探头扇形扫描示意图。
图9c为计算机***控制的探头深度聚焦扫描示意图。
图10是对存在缺陷的探伤对象进行扫描的效果示意图。
图11是相控阵探头内部结构示意图。
图12是仪器设备中相关部分工作原理图。
1.相控阵探头，2.环形阵列晶片，3.轴径，4.防尘板座，5.轮座，6.轴身，7.相控阵扫描主声束，8.环形平面，9.中心孔，10.螺纹孔，11.延时偏转，12.扇形扫描，13.组合扫描，14.仪器屏幕上对缺陷的探伤效果显示。15.探头内部结构，16.仪器工作原理。
具体实施方式
根据附图，本发明超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置，将环形16阵元压电晶片（2）组装在相控阵探头（1）当中并定位于车轴端面中心孔（9）的边沿与螺纹孔（10）的边沿之间的环形平面（8）内。对于常用的RE型和RD型轴，相控阵探头利用其中心孔定位在端面上，探伤***使得晶片各阵元信号的集合发生电子偏转（12），当折射角从零度到二十度时，超声波束可覆盖整个车轴的轴身（6），而不会像之前的方法那样只是使得主声束中心局限在某一个位置如二分之一轴身位或四分之一轴身位等。由计算机控制的晶片阵列延时波前（11），相控阵探头形成扇形扫描（12）以及由图9（图9a、图9b、图9c）形成的组合扫描（13），使得主声束中心到达轴身每一个检测位置，以给电子***提供准确的轴身缺陷成像信息并且得到探伤对象上缺陷成像效果图。此外还能够加大偏转角度，使纵波主声束覆盖轮座（5）防尘板座（4）和轴径（3）。
本发明超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的装置具体为，将环形压电晶片（2）组装在相控阵探头（1）当中并定位于车轴端面中心孔（9）的边沿与螺纹孔（10）的边沿之间的环形平面（8）内，相控阵探头结构（1）中，压电晶片分割成16阵元，与其配套的有多导体同轴电缆引线与金属镀层，还有匹配层和背衬用于声阻抗匹配和声吸收并安装于套筒壳体之中形成基本完整的探头，对于的RE型和RD型轴，相控阵探头利用其中心孔定位在端面上，探伤***使得晶片各阵元信号的集合发生电子偏转（12），当折射角从零度到二十度时，超声波束可覆盖整个车轴的轴身（6），而不会像之前的方法那样只是使得主声束中心局限在某一个位置如二分之一轴身位或四分之一轴身位等。由计算机控制的晶片阵列延时波前（11），相控阵探头形成扇形扫描（12）以及由图9（图9a、图9b、图9c）形成的组合扫描（13），使得主声束中心到达轴身每一个检测位置。配套的相控阵探伤仪（图12）按编制好的程序给晶片各阵元提供电脉冲发射信号，并且接受反射体的回波信号，由计算机对各信号进行处理。最终，准确的轴身缺陷声波信息转换成电信号从而得到探伤对象上缺陷成像效果图。此外还能够加大偏转角度，使纵波主声束覆盖轮座（5）防尘板座（4）和轴径（3）。
Claims (3)
1.超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法，其特征在于：具有多阵元压电晶片（2）核心元器件的相控阵探头（1），定位于车轴中心孔及车轴端面上，并使多阵元晶片的位置处于车轴端面中心孔边沿与螺纹孔边沿之间的环形平面（8）内，相匹配的相控阵探伤仪对阵元信号进行延时而形成电子偏转（11），主声束（7）可覆盖整条车轴的轴身（6）。
2.根据权利要求1所述超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法，其特征在于：对轴身扫描的可拓展性，使得车轴探伤的相控阵纵波折射角可从下限零度角开始至上限临界角。
3.超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的装置，其特征在于：具有多阵元压电晶片（2）核心元器件的相控阵探头（1），定位于车轴中心孔及车轴端面上，并使多阵元晶片的位置处于车轴端面中心孔边沿与螺纹孔边沿之间的环形平面（8）内，相匹配的超声探伤电子***对阵元信号进行延时而形成电子偏转（11），主声束（7）可覆盖整条车轴的轴身（6）。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810062615.5A CN108120766A (zh) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | 超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810062615.5A CN108120766A (zh) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | 超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108120766A true CN108120766A (zh) | 2018-06-05 |
Family
ID=62233213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810062615.5A Pending CN108120766A (zh) | 2018-01-23 | 2018-01-23 | 超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108120766A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110118824A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-13 | 武汉中科创新技术股份有限公司 | 一种管道斜向缺欠检测***及方法 |
| CN110702790A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-01-17 | 成都主导科技有限责任公司 | 一种用于远声程检测的超声波探头 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008256624A (ja) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Jfe Steel Kk | 軸部材の超音波探傷方法、超音波探傷装置および超音波探傷システム |
| CN102866203A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-09 | 成都主导科技有限责任公司 | 一种实心车轴的相控阵超声检测装置及方法 |
| CN103278564A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-09-04 | 吴来政 | 车轴端面超声小角度纵波对轴身进行探伤的方法 |
| CN103293230A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-09-11 | 吴来政 | 车轴端面多角度组合探头对全轴进行超声探伤的方法 |
| CN105486750A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-04-13 | 吉林大学 | 一种轨道车辆车轴相控阵超声探伤平台 |
| CN105911145A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-31 | 浙江省特种设备检验研究院 | 一种换热器管板角焊缝超声相控阵检测方法和装置 |
-
2018
- 2018-01-23 CN CN201810062615.5A patent/CN108120766A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008256624A (ja) * | 2007-04-09 | 2008-10-23 | Jfe Steel Kk | 軸部材の超音波探傷方法、超音波探傷装置および超音波探傷システム |
| CN102866203A (zh) * | 2012-10-12 | 2013-01-09 | 成都主导科技有限责任公司 | 一种实心车轴的相控阵超声检测装置及方法 |
| CN103278564A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-09-04 | 吴来政 | 车轴端面超声小角度纵波对轴身进行探伤的方法 |
| CN103293230A (zh) * | 2013-06-06 | 2013-09-11 | 吴来政 | 车轴端面多角度组合探头对全轴进行超声探伤的方法 |
| CN105486750A (zh) * | 2015-12-24 | 2016-04-13 | 吉林大学 | 一种轨道车辆车轴相控阵超声探伤平台 |
| CN105911145A (zh) * | 2016-06-06 | 2016-08-31 | 浙江省特种设备检验研究院 | 一种换热器管板角焊缝超声相控阵检测方法和装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 彭朝勇;蒋秋月;高晓蓉;李金龙;: "实心车轴的超声相控阵探伤", 微型机与应用, no. 01, pages 83 - 86 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110118824A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-13 | 武汉中科创新技术股份有限公司 | 一种管道斜向缺欠检测***及方法 |
| CN110702790A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-01-17 | 成都主导科技有限责任公司 | 一种用于远声程检测的超声波探头 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107219305B (zh) | 一种基于环形阵列换能器的全聚焦成像检测方法 | |
| JP4544240B2 (ja) | 管体の超音波探傷装置および超音波探傷方法 | |
| Fidahoussen et al. | IMAGING OF DEFECTS IN SEVERAL COMPLEX CONFIGURATIONS BY SIMULATION‐HELPED PROCESSING OF ULTRASONIC ARRAY DATA | |
| US20090150094A1 (en) | Guided waves for nondestructive testing of pipes | |
| US8286488B2 (en) | Apparatus and system for measuring material thickness | |
| Samokrutov et al. | Ultrasonic tomography of metal structures using the digitally focused antenna array method | |
| US10724998B2 (en) | Method and system for inspecting a rail profile using phased array technology | |
| CN108120766A (zh) | 超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的方法及装置 | |
| Camacho et al. | Auto-focused virtual source imaging with arbitrarily shaped interfaces | |
| Chen et al. | Ultrasonic inspection of curved structures with a hemispherical-omnidirectional ultrasonic probe via linear scan SAFT imaging | |
| US8091423B2 (en) | Weld verification system and method | |
| CN207964729U (zh) | 超声相控阵小角度纵波对轴身进行探伤的装置 | |
| Han et al. | Application of ultrasonic phased array total focusing method in weld inspection using an inclined wedge | |
| Huang et al. | A parametric study of beam steering for ultrasonic linear phased array transducer | |
| Prashar et al. | Comparison and optimisation of fast array-based ultrasound testing | |
| CN204389449U (zh) | 相控阵超声导波探头 | |
| CN204514866U (zh) | 一种薄板工件相控阵超声导波成像检测*** | |
| Yu | In-situ structural health monitoring with piezoelectric wafer active sensor guided-wave phased arrays | |
| Larche et al. | Progress in the development and demonstration of a 2D-matrix phased array ultrasonic probe for under-sodium viewing | |
| Stepinski | Synthetic aperture focusing technique in ultrasonic inspection of coarse grained materials | |
| Higuti | Ultrasonic image compounding method based on the instantaneous phase image | |
| Neau et al. | The promise of ultrasonic phased arrays and the role of modeling in specifying systems | |
| Reverdy | The Evolution Of Ultrasonic Testing (UT) From Conventional UT To Total Focusing Method | |
| Kreutzbruck et al. | Progress in acoustical defect sizing NDT methods for the inspection of power-plant components | |
| Kachanov et al. | Features of applying the method of focusing to a point in ultrasonic testing of products manufactured from complexly structured materials |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |