[发明专利]汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测装置及方法

权利要求书

1.汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测装置，其特征在于，包括超声检测仪、水箱、六自由度机械手、超声相控阵探头和旋转支座，所述超声检测仪通过所述六自由度机械手与所述超声相控阵探头相连，所述旋转支座包括四爪卡盘和旋转托盘，所述旋转托盘安设于所述水箱内部，所述四爪卡盘安设于旋转托盘上，用于卡装待测轮毂轴承外圈。

2.采用权利要求1所述的汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下内容：

S1)划分检测区域：根据待测轮毂轴承外圈的外廓面结构将其划分为四种区域：圆柱面、端平面、内凹面和外凸面；

S2)超声检测：旋转支座不动，超声检测仪驱动六自由度机械手使超声相控阵探头移动到轮毂轴承外圈顶部的初始位置，与轮毂轴承外圈表面保持一定的间距，驱动旋转支座转动，超声相控阵探头沿轮毂轴承外圈的表面步进移动扫查，即旋转支座带动轮毂轴承旋转每旋转一周，超声相控阵探头步进一次，直至完成整个轮毂轴承外圈的扫查；

S3)数据处理：检测时记录该过程中检测的超声数据、轮毂轴承转动位置以及相控阵探头的三维坐标，对于端平面和圆柱面区域采集完成后的超声数据采用规则界面的频域合成孔径算法进行成像，对于内凹面和外凸面区域采集完成后的超声数据采用基于虚拟源的非规则界面频域合成孔径算法进行成像。

3.根据权利要求2所述的汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法，其特征在于，所述四种区域的检测方法如下：

圆柱面检测：超声相控阵探头平行于待测圆柱面，且探头阵元的分布方向平行于轮毂轴承外圈的轴线放置，保持一定的间距，驱动旋转支座转动一周，超声相控阵探头沿轮毂轴承外圈的轴向向下步进一段距离，直至完成该外壁圆柱面区域的扫查；

端平面检测：超声相控阵探头平行于待测端平面，且探头阵元的排列方向平行于端平面的径向，保持一定的间距，驱动旋转支座转动一周，超声相控阵探头沿端平面的径向步进一段距离，直至完成该端平面区域的扫查；

内凹面和外凸面检测：超声相控阵探头移动到圆柱表面与端面相接的内凹面或外凸面的上方，超声相控阵探头平行于待测面的弧度起始位置，且探头阵元的排列方向平行于起始点与弧面的切面，保持一定的间距，驱动旋转支座转动一周，超声相控阵探头沿内凹面或外凸面步进一个角度，使超声相控阵平面始终平行于距离超声相控阵探头最近的点所在的切面方向，直至完成该内凹面或外凸面区域的扫查。

4.根据权利要求3所述的汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法，其特征在于，步骤S3中所述规则界面频域合成孔径算法成像包括如下步骤：

a.频域-波数域和时空域之间标量波动方程的联系，并通过二维傅里叶变换将波场变换到频域-波数域；

b.通过频域-波数域中与相邻深度z上波场之间的关系推导计算整个频域-波数域；

c.通过反傅里叶变换将频域-波数域波场变换回时空域进行成像。

5.根据权利要求3或4所述的汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法，其特征在于，步骤S3中所述非规则界面频域合成孔径算法成像包括如下步骤：

a.通过虚拟源技术对待测表面进行重建，得到待测表面的形状及其与探头的相对位置；

b.频域-波数域和时空域之间标量波动方程的联系，并通过二维傅里叶变换将波场变换到频域-波数域；

c.通过频域-波数域中与相邻深度上波场之间的关系推到整个频域-波数域，对于具有非规则界面的分层介质，外推深度上的声速沿水平和深度两个方向发生变化；

d.通过反傅里叶变换将频域-波数域波场变换回时空域进行成像。

6.根据权利要求3所述的汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法，其特征在于，所述步进一个角度为1°，所述扫查的步进一段距离为一个相控阵阵元的宽度值。