专利名称：一种铸铁材料缺陷的声学检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种铸铁材料缺陷的声学检测系统。
背景技术：
铸铁材料，由于其具有优良的铸造性、耐磨性和吸震性以及良品率高、成本低的特点，在城市燃气管道、造纸烘缸、汽车等设备或构件上均得到了广泛应用。然而，铸铁材料的固有特征加上铸造工艺的特殊性，使得铸铁类构件和设备中难免存在缺陷，常见的缺陷有:气孔、夹渣、冷隔、缩孔和疏松、裂纹等。目前，铸铁材料内部缺陷的无损检测技术主要有射线检测法和脉冲反射超声波检测法。射线检测法可以检测出气孔、疏松、冷隔和缩孔等制造缺陷，由于需全覆盖射线照射，以及铸铁内部结构的不均匀和灰度上的差别，其检测效率较低，成本高。因受到铸铁材料晶粒粗大的影响，脉冲反射超声波检测法仅能够检测出铸铁材料在制造过程中产生的疏松、夹渣和缩孔缺陷。对于投入使用后的铸铁设备或构件，在运行状态下容易出现的疲劳裂纹缺陷，射线检测法检测灵敏度低、效率低、检测成本高，没有得到应用；而脉冲反射超声波检测法灵敏度较低，目前还没有较成熟的仪器和方法，而且其检测时需要在停产状态下进行大面积的逐点连续扫查，检测效率低、检测时间长，导致用户产生较大的经济损失。现有技术对于金属材料缺陷的超声探测方法包扩反射式探测和透射式探测。其中，反射式探测需要逐点扫查，费时费力；而透射式扫查扫查探头和激励探头分别处于待检面的两侧，两者之间对准困难。更重要的是，现有的声学检测系统对金属进行缺陷检测时，多采用手推测量尺来确定探头的预移动位置，这就使得探头位置确定不准确；而且需要在扫查过程中在待测板上不断标记已检区域，操作费时费力；并且现有的检测系统不能在检测中实时地确定所检位置是否存在缺陷，往往需要根据后期的数据处理才能得到。
实用新型内容(一 )要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何同时实现铸铁材料裂纹缺陷的快速、直观、准确在线检测。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种铸铁材料缺陷的声学检测系统，其包括:激励模块，设置在待测铸铁板上方，用于向所述待测铸铁板发射超声激励脉冲信号；接收模块，设置在所述待测铸铁板上方，用于接收所述激励模块发出的超声激励脉冲信号经过所述待测铸铁板传播衰减后在不同位置处的信号；定标模块，包括至少三个能够固设于所述待测铸铁板表面上的定标单元，以在所述待测铸铁板表面建立坐标系，确定出所述激励模块和接收模块在所述坐标系中的位置；计算模块，与所述接收模块和定标模块相连，用于记录所述接收模块所在位置处的信号幅度，将该信号幅度与标准衰减幅度进行比较，判断所述待测铸铁板是否存在缺陷；其中，所述标准衰减幅度为在无缺陷的同种材料的铸铁板上设置与上述相同的超声激励信号且经过相同的路径到达接收模块时所获得的信号幅度。其中，所述激励模块包括激励探头和与其相连的脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器产生脉冲信号提供给所述激励探头，所述激励探头可拆卸地固定在待测铸铁板上，用于向所述待测铸铁板发射超声激励脉冲信号。其中，所述接收模块包括顺次相连的扫查探头、信号放大器和信号预处理器，所述扫查探头可移动地设置在所述待测铸铁板上，接收所述超声激励脉冲信号经过所述待测铸铁板传播衰减后在不同位置处的信号，接收到的信号经过所述信号放大器放大后输出到所述信号预处理器转换为数字信号，然后输送至所述计算模块的信号采集端。其中，还包括:显示模块，与所述定标模块和计算模块相连，用于显示所述定标模块确定的坐标系，以及所述待测铸铁板所在的表面、激励探头和扫查探头在所述坐标系中的实时位置；并显示所述接收模块所在位置处的信号幅度和系统判断所述待测铸铁板是否存在缺陷时所需的阈值。其中，还包括:存储模块，与所述计算模块相连，用于将各个定标单元的坐标、所述激励探头以及所述扫查探头的各个实时坐标、扫查完成区域、缺陷存在区域以及所述各个扫查位置的信号幅度和标准衰减幅度存储下来。其中，所述各个定标单元、激励探头和扫查探头上分别设置有射频识别标签。其中，还包括与所述扫查探头相连接的移动控制模块，所述移动控制模块用于控制所述扫查探头在待测铸铁板上的移动。(三)有益效果
上述技术方案所提供的铸铁材料缺陷的声学检测系统，适用于铸铁设备或构件裂纹缺陷的快速检测，可在设备或构件正常运行或短暂停止运行过程中进行在线检测，避免了长时间停产检测带来的经济损失；并且能够完成待测、未测区域以及缺陷区域的标定，同时实现直观、快速、准确地获得检测结果。
图1是本实用新型实施例的铸铁材料缺陷的声学检测系统的构成图示；图2是本实用新型实施例的声学检测系统的显示单元的显示图像图示。其中，1:待测铸铁板；2:定标单兀；3:激励探头；4:扫查探头；5:计算|吴块；6:显示模块；7:脉冲信号发生器；8:信号放大器；9:信号预处理器；10:存储模块。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。图1示出了本实施例的铸铁材料缺陷的声学检测系统构成图。参照图示，其主要包括激励模块、接收模块、定标模块、计算模块、显示模块以及存储模块；其中，激励模块，包括激励探头3和与其相连的脉冲信号发生器7，脉冲信号发生器7用于产生脉冲信号提供给激励探头3，激励探头3可拆卸地固定在待测铸铁板I上，用于向待测铸铁板I发射超声激励脉冲信号；接收模块，其包括顺次相连的扫查探头4、信号放大器8和信号预处理器9，扫查探头4可移动地设置在待测铸铁板I上，以接收从激励探头3发出的超声激励脉冲信号经过待测铸铁板I传播衰减后在不同位置处的信号，接收到的信号经过信号放大器8放大后输出到信号预处理器9转换为数字信号，然后输送至计算模块5的信号采集端；定标模块,包括至少三个能够固设于待测铸铁板上的定标单元2,至少三个定标单元2尽可能靠近待测铸铁板I的边界且尽可能的相互远离地设置，以使得各个定标单元2与激励探头3的实时距离，以及各个定标单元2与扫查探头4的实时距离的测定更准确；至少三个定标单元2用于确定待测铸铁板I的表面，在待测铸铁板I的表面上建立坐标系，从中获得至少三个定标单元2的坐标；各个定标单元2相互之间能够相互通信，各个定标单元2与激励探头3之间，各个定标单元2与扫查探头4之间也能够相互通信，以根据它们各自之间的距离关系而在所建立的坐标系中确定激励探头3以及扫查探头4的实时坐标位置，并将所获得的坐标信息输入至计算模块5的坐标采集端；计算模块5，与定标模块和信号预处理器9相连，用于记录扫查探头4所处实时位置处的幅度，将所述幅度与对应距离处的标准衰减幅度进行比较，并进而计算出两者的相差百分比，该处对应距离指的是激励探头3和扫查探头4之间的距离，标准衰减幅度指的是在无缺陷的同种材料的铸铁板上设置与上述相同的超声激励信号且经过相同的路径到达接收模块时所获得的信号幅度；显示模块6，与计算模块5相连，用于显示出上述的相差百分比、设定的允许相差百分比阈值以及所述坐标系，并将待测铸铁板I所在的表面、激励探头3和扫查探头4的实时位置显示在所述坐标系中；存储模块10，与计算模块5相连，用于将各个定标单元2的坐标、激励探头3以及扫查探头4的各个实时坐标、扫查完成区域、缺陷存在区域以及所述各个扫查位置的相差百分比数值存储下来供后期查询。
`[0028]具体地，本实施例中激励探头3和扫查探头4利用夹具固定在平面型的待测铸铁板I上，激励探头3与待测铸铁板I之间设置有耦合剂，扫查探头4与待测铸铁板I之间也设置有耦合剂。由于三个不在同一直线上的点可以确定一个平面，因此，平面型的待测铸铁板I上固设的三个不在同一直线上的定标单元2可以确定待测铸铁板I所在的平面。在所述平面内建立坐标系，其中，原点以及X/Y轴的设立可以为任意，例如，可以以激励探头3的初始位置为原点，以三个定标单元2分别处于不同象限的方式来设立坐标系。在建立的坐标系内获得三个定标单元2的坐标值。利用RFID射频技术，将多个射频识别标签分别设置在上述三个定标单元2以及激励探头3和扫查探头4之上，根据三角定位原理以及三个定标单元2与激励探头3或扫查探头4的相互距离，计算模块5可以计算得到激励探头3或扫查探头4的实时坐标值，各个定标单元2的坐标值以及激励探头3与扫查探头4的实时坐标值被实时传送给显示模块6显示出来。由此，依据公知常识不难得知，也可以采用更多个定标单元来确定具有更复杂表面结构的待测板，例如柱面或锥面表面的待测板，并进而建立三维坐标系；也可以采用声波测距定位的方法来获得激励探头和扫查探头的实时位置。 预先准备一对比试板，该对比试板材质及尺寸形状与待测板完全相同，其内部没有缺陷。对其进行检测，获得按照激励探头3与扫查探头4之间距离变化而变化的标准幅度衰减曲线。计算模块5具有坐标采集端和信号采集端，分别对应采集各个坐标信息和信号信息。计算模块5将待测铸铁板I中的实时测得的所述幅度与对应距离处的标准幅度衰减曲线上的幅度值进行计算比较，从而计算得出两者的相差百分比(相差百分比定义为两者差值占对应标准衰减幅度的百分比)；通过比较幅度衰减，可以确定激励探头3与扫查探头4之间的线段范围内有无缺陷，而无需逐点扫差，从而大大提高了检测速度和效率。在图2中，预先设定允许的相差百分比阈值为6%，超过此阈值的扫查探头4位置与激励探头3位置之间的区域为存在超过允许缺陷的缺陷存在区域，通过逐步缩短扫查探头4与激励探头3之间的扫查间距能够获得该缺陷在所述缺陷存在区域内的具体位置；在图2中，计算得到的扫差探头4的相差百分比为8 %，则此时判定激励探头3与扫查探头4之间的线段上存在超过允许缺陷程度的缺陷，在该线段上通过逐步缩短扫查探头4与激励探头3之间的扫查间距反复移动扫查，最终获得某一位置点处存在超过允许缺陷的缺陷，记录该位置点为缺陷区域，将扫差完成的区域在显示模块中标记为已扫查区域A。整个扫查过程中的坐标以及幅度信号数据记录在存储模块10中。由以上实施例可以看出，本实用新型实施例适用于铸铁设备或构件裂纹缺陷的快速检测，可在设备或构件正常运行或短暂停止运行过程中进行在线检测，避免了长时间停产检测带来的经济损失；并且能够完成待测、未测区域以及缺陷区域的标定，同时实现直观、快速、准确地获得检测结果。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用·新型的保护范围。
权利要求1.一种铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，包括:激励模块，设置在待测铸铁板上方，用于向所述待测铸铁板发射超声激励脉冲信号；接收模块，设置在所述待测铸铁板上方，用于接收所述激励模块发出的超声激励脉冲信号经过所述待测铸铁板传播衰减后在不同位置处的信号；定标模块，包括至少三个能够固设于所述待测铸铁板表面上的定标单元，以在所述待测铸铁板表面建立坐标系，确定出所述激励模块和接收模块在所述坐标系中的位置；计算模块，与所述接收模块和定标模块相连，用于记录所述接收模块所在位置处的信号幅度，将该信号幅度与标准衰减幅度进行比较，判断所述待测铸铁板是否存在缺陷；其中，所述标准衰减幅度为在无缺陷的同种材料的铸铁板上设置与上述相同的超声激励信号且经过相同的路径到达接收模块时所获得的信号幅度。
2.如权利要求1所述的铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，所述激励模块包括激励探头和与其相连的脉冲信号发生器，所述脉冲信号发生器产生脉冲信号提供给所述激励探头，所述激励探头可拆卸地固定在待测铸铁板上，用于向所述待测铸铁板发射超声激励脉冲信号。
3.如权利要求2所述的铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，所述接收模块包括顺次相连的扫查探头、信号放大器和信号预处理器，所述扫查探头可移动地设置在所述待测铸铁板上，接收所述超声激励脉冲信号经过所述待测铸铁板传播衰减后在不同位置处的信号，接收到的信号经过所述信号放大器放大后输出到所述信号预处理器转换为数字信号，然后输送至所述计算模块的信号采集端。
4.如权利要求3所述的铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，还包括:显示模块，与所述定标模块和计算模块相连，用于显示所述定标模块确定的坐标系，以及所述待测铸铁板所在的表面、激励探头和扫查探头在所述坐标系中的实时位置；并显示所述接收模块所在位置处的信号幅度和系统判断所述待测铸铁板是否存在缺陷时所需的阈值。
5.如权利要求3所述的铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，还包括:存储模块，与所述计算模块相连，用于将各个定标单元的坐标、所述激励探头以及所述扫查探头的各个实时坐标、扫查 完成区域、缺陷存在区域以及所述各个扫查位置的信号幅度和标准衰减幅度存储下来。
6.如权利要求3所述的铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，所述各个定标单元、激励探头和扫查探头上分别设置有射频识别标签。
7.如权利要求3所述的铸铁材料缺陷的声学检测系统，其特征在于，还包括与所述扫查探头相连接的移动控制模块，所述移动控制模块用于控制所述扫查探头在待测铸铁板上的移动。
专利摘要本实用新型涉及一种铸铁材料缺陷的声学检测系统，其包括激励模块、接收模块、定标模块、计算模块、显示模块以及存储模块。其中，所述定标模块用于确定待侧板表面所在的坐标系，所述计算模块用于计算扫查探头所处实时位置处的幅度，将所述幅度与对应距离处的标准衰减幅度进行比较，并进而计算出两者的相差百分比；显示模块用于显示出所述相差百分比、设定的允许相差百分比阈值以及显示所述定标模块所确定的坐标系，并将所述待测铸铁板所在的表面、激励探头和扫查探头的实时位置显示在所述坐标系中。本实用新型能够同时实现直观、快速、准确地获得检测结果。
文档编号G01N29/11GK203148899SQ201220018849
公开日2013年8月21日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者沈功田, 李丽菲, 吴占稳, 张峥 申请人:中国特种设备检测研究院, 北京航空航天大学