專利名稱：超聲波探頭組件及使用該組件的軋輥超聲波檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種超聲波探頭組件，特別涉及一種多通道的超聲波探頭組件。本實用新型還涉及一種超聲波無損檢測裝置，特別涉及一種用超聲波對在役軋輥 進行自動檢測的裝置。
背景技術：
軋輥是軋鋼廠自動化軋鋼生產(chǎn)線的重要部件，在鋼材軋制的過程中，需要定期將 其更換并對其進行磨削處理后反復投入使用，衡量軋輥的主要質(zhì)量指標之一就是軋輥的軋 制層不允許存在裂紋或夾渣等缺陷，否則有可能導致重大的質(zhì)量事故?，F(xiàn)有技術中使用渦 流自動探傷裝置對軋輥的軋制層進行探測，然而，使用渦流自動探測裝置僅能探測軋輥表 面的缺陷，而不能對其內(nèi)部缺陷進行全面的檢測。此外，現(xiàn)有技術中還使用軋輥自動超聲波檢測裝置，但目前國內(nèi)尚無成熟的軋輥 自動超聲波檢測裝置，該裝置主要在國外的一些鋼鐵企業(yè)中使用或被引進至國內(nèi)使用，并 且國外的軋輥自動超聲波檢測裝置也沒有超過四個通道的，其原因是由于國外裝置探頭結(jié) 構(gòu)存在一定的局限性以至于難以做到更多的通道。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供具有多通道超聲波傳感器的、非接觸式的超聲波探頭組 件。為解決上述技術問題，本實用新型采取以下技術方案一種超聲波探頭組件，包括 步進進電機、滑軌和安裝在所述滑軌上的超聲波探頭組；所述步進電機驅(qū)動滑軌可伸縮地 運動，以調(diào)整所述超聲波探頭組的位置；其特征在于所述探頭組被設計成nXn的傳感器 陣列；所述陣列按行被劃分為η組，每組具有η個超聲波傳感器，其中η為大于或等于3的 自然數(shù)；在探測時，所述每個超聲波傳感器與被測物體的表面是非接觸的。此外，本實用新型的目的是提供一種不僅能探測軋輥表面的缺陷，而且能檢測軋 輥內(nèi)部的缺陷的、提高檢測效率與降低勞動強度的多通道軋輥超聲波檢測裝置。為解決上述技術問題，本實用新型采取以下技術方案一種軋輥超聲波檢測裝置， 包括探頭控制箱、下位機和上位機，其特征在于還包括如權(quán)利要求1或2所述的超聲波探 頭組件；所述探頭控制箱與下位機雙向通訊，其根據(jù)所述下位機的指示控制所述探頭組件 的機械運動與定位，并控制所述探頭組件中的各超聲波傳感器依次發(fā)射超聲波脈沖信號， 同時接收所述各超聲波傳感器的各個通道的回波信號，并按時間序列將所述回波信號送往 所述下位機；所述下位機將其接收到的所述回波信號進行檢波和采樣處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信 號送至所述上位機中顯示。軋輥自動超聲波檢測裝置能對軋輥進行修磨時的表面和內(nèi)部的全面檢測，發(fā)現(xiàn)軋 輥表面工作層以及內(nèi)部的缺陷，及時發(fā)現(xiàn)隱患，以避免重大的經(jīng)濟損失。該軋輥自動超聲波 檢測裝置在功能上超過了國外同類裝置，打破了軋輥超聲自動探傷裝置主要依賴進口的局
3面，能為國內(nèi)冶金行業(yè)提供高性價比的超聲自動探傷裝置。
圖1是軋輥自動超聲波檢測裝置系統(tǒng)框圖。圖2是探頭部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是探頭控制箱的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是探頭控制箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是下位機機箱的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是下位機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術方案進行詳細說明。圖1示出了本實用新型中的軋輥超聲波檢測裝置系統(tǒng)框圖。如圖1所示，本實用 新型中的軋輥自動超聲波檢測裝置包括探頭部、探頭控制箱、下位機和工控機，其中工控機 上設置有顯示器。圖2示出了探頭部的結(jié)構(gòu)。如圖2所示，本實用新型中的探頭部包括步進電機驅(qū) 動器2、步進電機3、絲杠4、滑軌6、超聲波探頭組8。優(yōu)選地，所述探頭部還包括機架1，優(yōu) 選地，所述機架1大體上呈現(xiàn)L形，所述L形的機架1具有一個較長的側(cè)壁和一個較短的側(cè) 壁。所述步進電機驅(qū)動器2、步進電機3、絲杠4、滑軌6、超聲波探頭組8被安裝在機架1上， 優(yōu)選地，被依次地安裝于所述L形的所述較長的側(cè)壁上。所述步進電機3在步進電機驅(qū)動 器2的控制下驅(qū)動絲杠4動作，從而使安裝在絲杠4上的滑軌6向機架1的外部延伸出去 或者從機架1的外部收縮回來，優(yōu)選在，所述機架的一端還設置有滑軌座7，其用于對滑軌6 的運動進行定位或?qū)?。所述超聲波探頭組8設置于滑軌6末端，以致能夠隨滑軌6的運 動而運動。優(yōu)選地，在所述機架1上還設置有拖鏈5、輸出輸入插座10和信號線纜11。如圖2所示，為了能夠?qū)堓伇砻?、次表面、?nèi)部以及不同方向的缺陷進行檢測， 所述超聲波探頭組8設置有9個超聲波傳感器9。如果將所述9個超聲波傳感器9沿軋輥 軸向一字排列，則會增加探傷的端頭盲區(qū)，因此，所述9個超聲腔波傳感器9被設計成3X3 的傳感器陣列，所述傳感器陣列從上到下按第一行被分為第一組、第二組和第三組，每組都 具有3個所述的超聲波傳感器。運行時，當所述第二組被定位后，其余第一、第二組通過旋 轉(zhuǎn)來實現(xiàn)與軋輥之間的間隙定位，以滿足不同輥徑的軋輥探傷。優(yōu)選地，由于避免探頭(即 所述超聲波傳感器)與軋輥在接觸時可能損壞軋輥表面、同時在二者發(fā)生相對移動時可能 會使探頭產(chǎn)生振動，因此，在探傷時，探頭和軋輥表面采用機械非接觸式。優(yōu)選地，為了能夠?qū)Σ煌睆降能堓佭M行探傷，所述超聲波傳感器9(即探頭)設 置在行程為700mm的具有自動升縮結(jié)構(gòu)的滑軌6上，其采用步進電機3和滾珠絲桿4驅(qū)動 以便于對升縮速度、定位精度和安全保護的自動控制。所述步進電機3的控制信號來自所述探頭控制箱內(nèi)的探頭控制板；同時，也將下 述每組探頭的各種位置信息提供給探頭控制板，這是對步進電機控制的基本依據(jù)。所述探 頭(即超聲傳感器)采用了雙晶片，發(fā)射晶片的發(fā)射信號來自探頭控制箱內(nèi)的多通道超聲 發(fā)射板。由于極限缺陷的回波信號為微伏級，為了避免干擾提高信噪比，接收晶片的信號輸出采用了差動式設計。圖3示出了探頭控制箱的外部結(jié)構(gòu)，進一步，圖4示出了探頭控制箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 如圖3-4所示，探頭控制箱包括探頭控制電路板5、母板3、超聲發(fā)射電路板2和超聲回波接 收放大電路板4，優(yōu)選地，探頭控制電路板5、母板3、超聲發(fā)射電路板2和超聲回波接收放 大電路板4被置于探頭控制箱機箱1內(nèi)，在所述機箱1上還設置有液晶顯示模塊6。所述 探頭控制箱用于(1)與下位機通訊，接收命令、傳遞信息；(2)控制探頭的機械運動與定位； (3)接收多種傳感器的信息以確保探頭的安全；(4)使9個探頭(即超聲波傳感器)依次發(fā) 射超聲波脈沖信號；(5)對9個探頭(即超聲波傳感器)接收的各個通道的回波信號進行 放大處理；(6)按照工控機自動檢測軟件界面設置的參數(shù)調(diào)節(jié)各通道的增益；(7)按時間序 列，將經(jīng)過所述放大處理后的各通道的回波信號，以差分信號的形式送往下位機。所述探頭 控制箱與下位機之間的通訊采用RS-422的形式，以便抗干擾；多通道超聲波傳感器的發(fā)射 時序來自所述下位機內(nèi)的CPLD ；經(jīng)所述放大處理后的各通道的回波信號也按時間順序送 往下位機。圖5示出了下位機機箱的外部結(jié)構(gòu)，進一步，圖6示出了下位機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如圖 5-6所示，所述下位機包括母板3、超聲檢波濾波電路板6、ARM嵌入式系統(tǒng)4、數(shù)據(jù)采集卡和 CPLD系統(tǒng)2，優(yōu)選地，上述部件設置于下位機機箱1內(nèi)；在所述下位機機箱1內(nèi)還設置有開 關電源5和7 ；優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集卡是PC104數(shù)據(jù)采集卡；優(yōu)選地，所述母板3上還設置 有備用電路板插槽8。所述下位機用于(1)將來自所述探頭控制箱的射頻超聲回波信號進 行檢波；(2)與上位機(即工控機)通訊，接收命令、傳遞數(shù)據(jù)與信息；(3)對超聲回波信號 進行高速采樣與處理；(4)根據(jù)上位機的命令實現(xiàn)系統(tǒng)規(guī)定的各種控制邏輯；(5)獲取軋輥 的過零信號和軋輥的軸向坐標。所述下位機將來自所述探頭控制箱的射頻超聲回波信號饋 至所述超聲檢波濾波電路板6進行檢波、濾波，使之變?yōu)槌曇曨l信號，其幅值控制在0-5V 之間，以滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求。ARM嵌入式系統(tǒng)選用了成品ARM9工控開發(fā)板，僅所 述ARM工控開發(fā)板通過RS-232串口與上位機(即工控機)建立通訊關系；上位機所設置的 各種參數(shù)、發(fā)出的命令也都傳送給該ARM工控開發(fā)板，ARM系統(tǒng)對這些命令、參數(shù)進行識別 并執(zhí)行相應的動作。所述數(shù)據(jù)采集卡主要是完成高速模數(shù)轉(zhuǎn)換，把采集到的數(shù)據(jù)按照工作 模式和通信協(xié)議傳給所述ARM工控開發(fā)板，經(jīng)數(shù)字信號處理后再傳送給上位機；優(yōu)選地，所 述數(shù)據(jù)采集卡的工作時序由所述CPLD系統(tǒng)提供。所述軋輥的過零信號為所述CPLD系統(tǒng)的 一個外部輸入信號，所述軋輥的軸向坐標由“激光測距儀”產(chǎn)生并通過RS-232接口饋至ARM 工控板所述上位機(即工控機和顯示器)用于人機對話和顯示最終的檢測結(jié)果。在工控 機上運行的探傷軟件名曰“軋輥無損自動檢測軟件”，該軟件具有“參數(shù)設置”、“系統(tǒng)校準”、 “軋輥檢測”、“數(shù)據(jù)管理”、“用戶管理”等功能。超聲波檢測的通道數(shù)、各通道的增益、開門時 間、抑制值等都可以通過工控機的所述軟件的相關界面進行設置。探傷結(jié)果以A式和/或 C式顯示的模式在所述顯示器上顯示。本實用新型中軋輥超聲波檢測裝置的主要技術指標為(1)工作頻率2MHz-5MHz ； ⑵具有9個超聲通道；(3)總增益達到120dB (4)最小步進0. IdB ； (5)具有A式和C式顯 示；(6)探傷靈敏度表面缺陷，可檢測高速鋼0. Imm深、2. Omm長的裂紋的表面缺陷、高鉻 合金0. 2mm深、2. Omm長的裂紋的表面缺陷；可檢測在0. 5 20mm深度范圍內(nèi)φ2平底孔的內(nèi)部缺陷。
權(quán)利要求一種超聲波探頭組件，包括步進電機、滑軌和安裝在所述滑軌上的超聲波探頭組；所述步進電機驅(qū)動滑軌可伸縮地運動，以調(diào)整所述超聲波探頭組的位置；其特征在于所述探頭組被設計成n×n的傳感器陣列；所述陣列按行被劃分為n組，每組具有n個超聲波傳感器，其中n為大于或等于3的自然數(shù)；在探測時，所述每個超聲波傳感器與被測物體的表面是非接觸的。
2.一種軋輥超聲波檢測裝置，包括探頭控制箱、下位機和上位機，其特征在于還包括 如權(quán)利要求1所述的超聲波探頭組件；所述探頭控制箱與下位機雙向通訊，其根據(jù)所述下位機的指示控制所述探頭組件的機 械運動與定位，并控制所述探頭組件中的各超聲波傳感器依次發(fā)射超聲波脈沖信號，同時 接收所述各超聲波傳感器的各個通道的回波信號，并按時間序列將所述回波信號送往所述 下位機；所述下位機將其接收到的所述回波信號進行檢波和采樣處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號送至 所述上位機中顯示。
3.如權(quán)利要求2所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述上位機能夠?qū)Τ暡?檢測的通道數(shù)，以及各通道的增益、開門時間、抑制值中的一項或多項進行設置。
4.如權(quán)利要求3所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述上位機還具有系統(tǒng)校 準和/或用戶管理功能。
5.如權(quán)利要求4所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述下位機通過一專門的 可編程控制器向數(shù)據(jù)采集卡提供時序以進行所述采樣，并將采樣得到的數(shù)據(jù)按照工作模式 和通信協(xié)議傳給所述下位機中的嵌入式系統(tǒng)處理模塊，所述嵌入式系統(tǒng)處理模塊將其接收 到的所述數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)字信號處理后再傳送給所述上位機。
6.如權(quán)利要求5所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述下位機還用于獲取軋 輥的過零信號和/或軋輥的軸向坐標。
7.如權(quán)利要求6所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述過零信號是所述可編 程控制器的一個外部輸入信號。
8.如權(quán)利要求6所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述軋輥的軸向坐標由激 光測距的方式產(chǎn)生。
9.如權(quán)利要求3所述的軋輥超聲波檢測裝置，其特征在于所述探頭控制箱與下位機 之間的通訊，和回波信號的傳輸采用差分方式。
專利摘要本實用新型涉及一種軋輥超聲波檢測裝置，包括探頭控制箱、下位機和上位機，其特征在于還包括超聲波探頭組件；所述探頭控制箱與下位機雙向通訊，其根據(jù)所述下位機的指示控制所述探頭組件的機械運動與定位，并控制所述探頭組件中的各超聲波傳感器依次發(fā)射超聲波脈沖信號，同時接收所述各超聲波傳感器的各個通道的回波信號，并按時間序列將所述回波信號送往所述下位機；所述下位機將其接收到的所述回波信號進行檢波和采樣處理后轉(zhuǎn)變?yōu)橐曨l信號送至所述上位機中顯示。所述裝置能對軋輥進行修磨時的表面和內(nèi)部的全面檢測，發(fā)現(xiàn)軋輥表面工作層以及芯部材料結(jié)合層的缺陷，及時發(fā)現(xiàn)隱患，以避免重大的經(jīng)濟損失。
文檔編號G01N29/04GK201765213SQ20102028736
公開日2011年3月16日 申請日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月10日
發(fā)明者黎潤民 申請人:昆山華得寶檢測技術設備有限公司