[发明专利]一种用于阶梯轴裂纹检测的超声阵列检测方法及系统装置

说明书

本发明提供了一种用于阶梯轴裂纹检测的超声阵列检测方法及系统装置，其中所述方法包括：布置于阶梯轴端面的N个传感器阵元相继激发，发射信号；所述N个传感器阵元接收反馈的N²个回波信号；检测系统获取所述回波信号提取裂纹散射信号；所述检测系统获取所述裂纹散射信号提取散射系数，生成散射系数矩阵。本发明公布一种基于超声散射系数矩阵对阶梯轴裂纹检测的方法，利用裂纹处超声散射的特性，在阶梯轴轴端面布置传感器阵列阵元，建立轴裂纹的散射系数矩阵，并根据散射矩阵提出衡量裂纹深度的参数指标。提出的最大散射系数、偏离度、散射宽度都可以作为衡量裂纹深度的参数指标，且利于实现检测的自动化。

技术领域

本发明涉及一种无损检测方法，特别是涉及一种阶梯轴裂纹的超声检测方法。

背景技术

轴是机械传动装置中的重要部件，轴通常制作成阶梯轴形式，用于安装、定位齿轮及轴套等部件。阶梯轴的运转过程中受到扭矩、弯矩和冲击力等综合作用，在变截面处更易形成微小裂纹，若小裂纹进一步扩展为大裂纹，造成阶梯轴的断裂，将会带来严重的安全事故，给企业造成巨大的经济损失。

目前常规的无损检测方法包括射线检测、涡流检测、磁粉检测、渗透检测。以上检测技术操作简单，显示直观，但对工件表面粗糙度要求较高且存在检测安全等问题。比较以上几种无损检测方法，超声检测操作安全，对检测工件材质没有特殊要求，且检测易于实现自动化检测等使超声检测在轴裂纹检测上具有综合优势。利用超声对阶梯轴裂纹的检测方法一般有以下几种：利用纵波单探头在阶梯轴端面进行移动式扫描。单探头在轴端面移动扫描时，由于是人工操作，无法保证声束平行于轴线，影响了探伤的精度。另外在阶梯轴拆解的情况下，对阶梯轴轴身进行横波探伤。这种检测方式需要拆解轴，检测过程麻烦，检测耗时长，不利于在役轴的检测。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种基于超声散射系数矩阵的轴裂纹检测方法。将传感器阵列布置在轴端部截面。在轴端面沿径向从上到下布置n个传感器阵列阵元，命名从S1～Sn。n个阵元每一个阵元相继激发一次，对每一个阵元激发后，n个阵元均接收到一个回波信号，这样就有n×n个回波信号。将n×n个回波信号提取裂纹散射系数值组合成一个n×n的矩阵，即可得到裂纹的散射系数矩阵图。从散射系数矩阵中提取最大散射系数、偏离度、散射宽度作为衡量裂纹深度的参数指标。其具体技术方案如下：

第一方面，一种用于阶梯轴裂纹检测的超声阵列检测方法，所述方法包括：

布置于阶梯轴端面的N个传感器阵元相继激发，发射信号，所述N≥1；

所述N个传感器阵元接收反馈的N²个回波信号；

检测系统获取所述回波信号提取裂纹散射信号；

所述检测系统获取所述裂纹散射信号提取散射系数，生成散射系数矩阵。

结合第一方面，在第一方面可能的实现方式中的第一种情况为，所述方法还包括：

所述检测系统获取散射系数矩阵，提取衡量裂纹大小的参数。

结合第一方面及第一方面的第一种情况，在第一方面可能的实现方式中的第二种情况为，所述检测系统获取所述回波信号提取裂纹散射信号的方法包括：

所述检测系统预设有参考信号x₀(t)，所述参考信号为阶梯轴无裂纹时所测回波信号，所述t为回报信号的时间，其t≤N²；

所述检测系统操作所述回波信号x_a(t)减去参考信号x₀(t)，即

s_a(t)＝x_a(t)-x₀(t)，

其差为裂纹散射信号s_a(t)，所述a为裂纹深度。