[发明专利]一种基于超声波共振法的近表面缺陷自动化识别方法

说明书

本发明公开了一种基于超声波共振法的近表面缺陷自动化识别方法，用于工件近表面缺陷的超声检测，属于超声波无损检测技术领域。该方法包括：1、根据工件近表面分层缺陷的厚度范围计算缺陷共振频率范围；2、采用超声探头对工件进行检测，采集到超声信号；3、对超声信号截取指定长度的样本进行傅里叶变换，得到背散射信号频谱；4、对背散射信号频谱进行带通滤波，滤去所述共振频率范围之外的频率成分；5、计算功率谱及其特征值，若特征值超过所设定的缺陷阈值则判定为工件存在缺陷，否则不存在缺陷。本发明利用超声波共振原理，通过计算共振频率内的功率谱特征值，可以有效识别近表面的皮下缩尾分层缺陷，不受表面盲区限制。

技术领域

本发明应用于超声波无损检测技术领域，尤其涉及一种基于超声波共振法的近表面缺陷检测方法。

背景技术

挤压技术是金属零件加工的重要方法，挤压铜导条是一种常见的挤压棒材，在高铁电机转子中有着重要应用。铜导条在生产过程中会产生各种缺陷，其中超声检测技术主要检测的缺陷类型有裂纹、分层、夹杂、疏松和挤压缩尾等。挤压缩尾是一种出现在挤压产品尾部的特殊缺陷，一般易出现在挤压棒材、型材、厚壁管材中。在挤压生产的后期阶段，当挤压筒内坯料的剩余长度减小到与稳定流动塑性区的高度相等时，挤压力开始上升，金属径向流动速度增加，变形死区的金属料也参与进变形中，从而导致坯料表面的氧化皮、挤压设备中的润滑油等污物流入成品中，导致金属之间的分层。挤压缩尾缺陷按照其在铜导条中分布的位置，可以分为中心缩尾和皮下缩尾，其中比较难以检测到的缺陷是皮下缩尾缺陷。挤压筒与锭坯的温度差使得死区金属受到冷却，相比于中心区域的金属，其金属塑性性能降低，与塑性流动区界面产生剧烈的滑移使得金属发生剪切变形而断裂。同时坯料表面的氧化皮等脏物沿剪切断面流动，覆盖在挤压产品的近表面上就产生了皮下缩尾。皮下缩尾由于其缺陷位置，严重影响挤压制品的后续冷加工，导致铜导条强度降低等问题。

在工业检测中可以用超声波对铜导条缺陷进行识别和定位。超声检测是一种常用的无损检测技术，通过超声的反射、透射等性质，利用回波的时间和幅值对缺陷进行检测和定位。因为操作安全、缺陷定位准确、灵敏度高、成本低、速度快，超声无损检测技术已经成为挤压产品缺陷检测的重要手段之一。铜导条挤压生产中产生的皮下缩尾多出现工件的表面和近表面，而在常规的脉冲反射法超声检测技术中，表面回波存在一定的宽度，表面附近的缺陷回波难以识别，导致在被测件近表面区域存在一定的检测盲区，无法识别是否存在缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服传统超声检测技术对近表面皮下缩尾缺陷检测能力的不足，提供一种基于超声波共振法的近表面缺陷自动化识别方法，该方法可以实现工件近表面分层缺陷的精确识别。

本发明的技术方案如下：

一种基于超声波共振法的近表面缺陷自动化识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、根据工件近表面分层缺陷的厚度范围计算缺陷共振频率范围；

步骤2、采用特定的超声探头对工件进行检测，采集到超声信号；

步骤3、对超声信号截取指定长度的样本进行傅里叶变换，得到背散射信号频谱；

步骤4、对背散射信号频谱进行带通滤波，滤去共振频率之外的频率成分；

步骤5、计算功率谱及其特征值，若特征值超过所设定的缺陷阈值则判定为工件存在缺陷，否则不存在缺陷。

进一步地，所述的缺陷共振频率的计算公式为f＝c/2d，其中f为共振频率，c为超声纵波在材料中的速度，d为分层缺陷厚度。

其中，分层缺陷厚度根据经验上特定工件可能存在缺陷的厚度范围确定。

进一步地，在步骤2中，选取的超声探头为宽频带窄脉冲超声探头，探头频带覆盖分层缺陷的共振频率范围；探头正对工件可能存在缺陷的表面进行检测。