一种小型不规则铸件声谱无损检测装置及检测方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，特别是一种小型不规则铸件声谱无损检测装置及检测方法。

背景技术：

无损检测是不损害或不影响工件未来使用性能和用途的检测手段。通过无损检测可以发现材料或工件内部存在的缺陷，从而避免使用缺陷工件而造成的损失。

无损检测技术包括X射线法、红外法、声学法、磁粉检测法、液体渗透法、涡流法等等。但是对于内部结构不规则的小型铸件来说，上述方法也存在固有的局限性，如X射线法所用装置体积大、检测速度慢、成本高；涡流法常用于导电材料的无损探伤，但只能检测表面或近表面的缺陷；常见的超声探伤法常用于大型构件的无损探伤，利用超声回波的时差或者相位对缺陷进行测量，但是，这种方法对于内部结构不规则的小型铸件则很难应用，且存在检测速度慢、检测装置成高的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种小型不规则铸件声谱无损检测装置，其结构简单，制造成本低，测量结果精确。

本发明的另一目的是提供一种小型不规则铸件声谱无损检测方法，其操作简单易行，测量过程明确，测量结果准确。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种小型不规则铸件声谱无损检测装置，它包括平板型底座，该底座上设有竖直的立柱，该立柱上套设有固定块，该固定块与水平的夹具固定连接，该夹具末端具有夹持部；该夹持部一侧设有压电陶瓷激励源，另一侧下方的底座上设有声学换能器。

进一步的，所述底座和立柱均采用吸音橡胶包覆。

进一步的，所述声学换能器与所述底座之间设有吸音材料。

进一步的，所述的小型不规则铸件声谱无损检测装置，还包括上位机、控制器和接口装置；该上位机通过该接口装置连接该控制器，所述声学换能器的输出端连接该接口装置的输入端，该接口装置与该控制器互联，该控制器的输出端连接所述压电陶瓷激励源的输入端。

进一步的，所述固定块滑动设于所述立柱上，并通过定位装置固定位置。

一种小型不规则铸件声谱无损检测方法，利用上述的无损检测装置进行，并包括下列步骤：

A.将标准的合格铸件装夹到夹具的夹持部内，上位机发出测试指令，控制器输出控制信号，驱动该夹持部一侧的压电陶瓷激励源；

B.合格铸件在激励下产生振动并发出声波，底座上的声学换能器接收到通过空气传播过来的音频信号，通过控制器经过接口装置传送到该上位机，形成标准共振声谱，并记录；

C.再将待测铸件装夹到该夹具的夹持部内，上位机再次发出测试指令，控制器再次输出控制信号，驱动该夹持部一侧的压电陶瓷激励源；

D.待测铸件在激励下产生振动并发出声波，底座上的声学换能器接收到通过空气传播过来的音频信号，再次通过控制器经过接口装置传送到该上位机，形成待测共振声谱，并记录；

E.将待测共振声谱与该标准共振声谱的共振频率对比，如果共振频率一致，上位机判断待测铸件合格；如果共振频率不一致，上位机判断待测铸件不合格。

进一步的，所述步骤A包括：

A1.控制器初始化：

数字信号处理芯片初始化：时钟、IO、UART和I2C信号初始化；读取EEPROM中的控制参数和系统设置；

A2.装订参数：数字信号处理芯片以UART总线读取所述上位机中的控制、滤波参数，并装订到系统变量结构体中；

A3.等待串口接收中断：设定中断向量表，使能串口中断，使能数字信号处理串口缓冲区接收中断；

A4.检测：数字信号处理芯片通过AD模块拾取所述声学换能器检测到的声学信号；

A5.驱动输出：数字信号处理芯片输出PWM控制信号，PWM功放单元将PWM信号进行功率放大，驱动所述压电陶瓷激励源。

进一步的，所述步骤C包括：

C1.控制器初始化：

数字信号处理芯片初始化：时钟、IO、UART和I2C信号初始化；读取EEPROM中的控制参数和系统设置；

C2.装订参数：数字信号处理芯片以UART总线读取所述上位机中的控制、滤波参数，并装订到系统变量结构体中；

C3.等待串口接收中断：设定中断向量表，使能串口中断，使能数字信号处理串口缓冲区接收中断；

C4.检测：数字信号处理芯片通过AD模块拾取所述声学换能器检测到的声学信号；

C5.驱动输出：数字信号处理芯片输出PWM控制信号，PWM功放单元将PWM信号进行功率放大，驱动所述压电陶瓷激励源。

进一步的，所述接口装置包括隔离RS422和RS232通讯接口。

进一步的，所述数字信号处理芯片为32位。

本发明的有益效果是：本发明利用压电陶瓷激励源对小型不规则铸件进行扫频激励，再通过声学换能器对铸件产生的声频进行拾取，并和无缺陷的标准铸件的声谱进行比对，从而可以识别含有缺陷的铸件，整个装置结构简单，测量方法明确，测量结果准确。

附图说明

图1是本发明小型不规则铸件声谱无损检测装置的结构示意图。

图2是本发明小型不规则铸件声谱无损检测装置的控制系统原理框图。

图3是本发明小型不规则铸件声谱无损检测装置的控制系统流程图。

图4是本发明小型不规则铸件声谱无损检测装置的PWM功放模块。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种小型不规则铸件声谱无损检测装置，它包括平板型底座1，该底座1上设有竖直的立柱2，该立柱2上套设有固定块3，该固定块3与水平的夹具4固定连接，该夹具4末端具有夹持部5，用于夹持工件8。该固定块3滑动设于该立柱2上，可以调整其竖直高度，并通过定位装置固定位置。该夹持部5一侧设有压电陶瓷激励源6，另一侧下方的底座1上设有声学换能器7。压电陶瓷激励源6和夹具4的夹持部5直接刚性联接，可以使振动进行良好的传导。优选的，该底座1和立柱2均采用吸音橡胶包覆，可以使通过固体传导的声波进行最大限度的衰减。另外，该声学换能器7与该底座1之间设有吸音材料，只拾取通过空气传导的声波，最大限度的降低固体传导的声波的干扰。

该小型不规则铸件声谱无损检测装置，还包括上位机、控制器和接口装置。该上位机通过该接口装置连接该控制器，该声学换能器7的输出端连接该接口装置的输入端，该接口装置与该控制器互联，该控制器的输出端连接该压电陶瓷激励源6的输入端。

如图2所示，该上位机通过接口模块对控制模块发送指令，传感器模块的输出端连接接口模块的输入端，接口模块与控制模块互联；该控制模块的输出端连接激励输出模块的输入端，该激励输出模块输出端连接压电陶瓷激励源6。该控制模块包括DSP(数据处理器，数据处理芯片)，该DSP为32位，用于进行声学信号采集和激励信号输出控制，该DSP在测量过程中接受上位机的控制，进行实时调整控制、滤波参数和系统设置并存储到EEPROM中。该接口模块包括隔离RS422和RS232通讯接口。该传感器模块包括声学换能器7、仪表放大器单元和AD转换模块。该激励输出模块包括压电陶瓷激励源6和功率放大模块。

在利用本发明小型不规则铸件声谱无损检测装置进行无损检测时，对于某一型号的铸件，先利用本发明的装置采集其共振声谱。再将待测试铸件装夹到夹具4的夹持部5上，如图3、图4所示，上位机发出测试指令，DSP输出PWM控制信号，PWM功放单元将DSP的PWM信号进行功率放大，驱动压电陶瓷激励源6，待测试铸件在激励下会产生振动并发出声波，位于装置底座1上的声学换能器7接收到通过空气传播过来的音频信号，通过采集模块的放大和AD转换模块被DSP通过接口装置送到上位机。

如果测试工件为完好工件，则采集到的声谱信号的共振尖峰应于标准铸件的共振频率相吻合；如果试件中含有气孔、裂纹等缺陷，则其声谱会明显偏离标准声谱，上位机将给出试件异常提示。

本发明还提供一种小型不规则铸件声谱无损检测方法，利用上述的无损检测装置进行，具体来说，包括下列步骤：

A.将标准的合格铸件装夹到夹具4的夹持部5内，上位机发出测试指令，控制器输出控制信号，驱动该夹持部5一侧的压电陶瓷激励源6。

B.合格铸件在激励下产生振动并发出声波，底座1上的声学换能器7接收到通过空气传播过来的音频信号，通过控制器经过接口装置传送到该上位机，形成标准共振声谱，并记录。

C.再将待测铸件装夹到该夹具4的夹持部5内，上位机再次发出测试指令，控制器再次输出控制信号，驱动该夹持部5一侧的压电陶瓷激励源6。

D.待测铸件在激励下产生振动并发出声波，底座1上的声学换能器7接收到通过空气传播过来的音频信号，再次通过控制器经过接口装置传送到该上位机，形成待测共振声谱，并记录。

E.将待测共振声谱与该标准共振声谱的共振频率对比，如果共振频率一致，上位机判断待测铸件合格。如果共振频率不一致，上位机判断待测铸件不合格。

该步骤A具体包括：

A1.控制器初始化：

数字信号处理芯片初始化：时钟、IO、UART和I2C信号初始化。读取EEPROM中的控制参数和系统设置。

A2.装订参数：数字信号处理芯片以UART总线读取该上位机中的控制、滤波参数，并装订到系统变量结构体中。

A3.等待串口接收中断：设定中断向量表，使能串口中断，使能数字信号处理串口缓冲区接收中断。

A4.检测：数字信号处理芯片通过AD模块拾取该声学换能器检测到的声学信号。

A5.驱动输出：数字信号处理芯片输出PWM控制信号，PWM功放单元将PWM信号进行功率放大，驱动该压电陶瓷激励源。

该步骤C具体包括：

C1.控制器初始化：

数字信号处理芯片初始化：时钟、IO、UART和I2C信号初始化。读取EEPROM中的控制参数和系统设置。

C2.装订参数：数字信号处理芯片以UART总线读取该上位机中的控制、滤波参数，并装订到系统变量结构体中。

C3.等待串口接收中断：设定中断向量表，使能串口中断，使能数字信号处理串口缓冲区接收中断。

C4.检测：数字信号处理芯片通过AD模块拾取该声学换能器检测到的声学信号。

C5.驱动输出：数字信号处理芯片输出PWM控制信号，PWM功放单元将PWM信号进行功率放大，驱动该压电陶瓷激励源。

本发明解决了现有无损探伤方法无法有效、低成本检测小型不规则铸件缺陷的问题，可以有效应用在小型不规则铸件的生产、装配过程中，准确检测、剔除存在缺陷的工件。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。