[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

说明书

本发明提出一种汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测装置及方法，通过将相控阵探头设置在轮毂轴承外圈侧壁，使用装有探头的六自由度机械手，沿着轮毂轴承外圈截面，且采用相控阵探头阵元自发自收的模式获取轮毂轴承外圈缺陷的反射回波信号并将反射回波信号传输给计算机；计算机编写软件对接收的反射回波信号进行数据存储和信号处理，最后使用频域合成孔径聚焦成像算法对轮毂轴承外圈缺陷成像，本发明采用水浸超声相控阵检测方法，解决了轮毂轴承小角度，小尺寸薄壁复杂曲面超声散射严重，缺陷检测盲区大的问题，提高了对轮毂轴承的缺陷检测能力。

技术领域

本发明属于超声波无损检测的技术领域，尤其涉及一种汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法。

背景技术

轮毂轴承的主要作用是承重和为轮毂的转动提供精确引导，它既承受轴向载荷又承受径向载荷，是一个非常重要的零部件。

它的优点是采用电控方式聚焦，不仅能非常灵活、便捷地控制探头产生声束的轴线、偏转方向、聚焦位置和焦点尺寸等参数，而且精度容易保证。在无损检测中超声相控阵技术能提高信噪比、检测灵敏度及检测效率。

汽车三代轮毂轴承外圈截面包含有曲面等复杂几何特征，需要一种全面检测内部缺陷的检测方法。常规超声检测方法难以达到一定的深度，曲面等不规则界面难以反射回波，或回波信号杂乱，倾斜入射的超声波难以获得比较明显的回波，通常伴有杂波和较小的回波，检测的回波信号杂乱，缺陷反射回波弱，因此很难检测具有复杂几何特征的截面的轮毂轴承；普通超声相控阵扇扫和聚焦发射的合成波阵面难以完全贴合曲面，超声波入射能量弱，检测能力差。因此，开发一种轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法，实现轮毂轴承外圈的自动化检测是急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种汽车三代轮毂轴承外圈超声相控阵检测方法，可实现几何特征较为复杂的轮毂轴承外圈内部缺陷无损检测，增强检测灵敏度，提高检测效率。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：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。

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。

按上述方案，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；