专利名称：超声波、涡流和金属磁记忆复合检测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于无损检测技术领域，特别是涉及一种超声波、涡流和金属磁记忆的复合检测系统。
背景技术：
超声波用于探伤已经有很长的时间，由于超声波一般适合于检测内部缺陷，对于表面和近表面的缺陷几乎无能为力；涡流采用交变信号，由于电磁波的特性使得涡流适合于检测表面和近表面的缺陷而不能用于进行内部缺陷的检测；现在也有把超声波和涡流两种探伤装置联合一起进行无损探伤检测，不过两者只是简单的联合，只能对宏观的缺陷检测而对于内部的应力集中则无能为力。
中国专利申请号为01128226.6的发明专利公开了一种管材超声和涡流复合自动检测装置，由传送机构、检测装置、检测显示和记录装置及自动控制装置组成，其中传送机构为电机、传送辊道和三轮驱动器构成的涡旋检测线和涡穿检测线，涡穿检测线通过主从动锥齿轮及万向节与涡旋检测线相连检测装置由探头组、探头架、探头水箱组成，探头架包括调节机构和丝杠和滑轨机构，置探头水箱里，探头组安装在探头架上和探头水箱外，包括涡流探头组、超声波水浸点聚焦探头组，超声波水浸点聚焦探头组为一组纵向缺陷探测用2个超声波水浸点聚焦探头B、C和一组横向缺陷探测用的2个超声波水浸点聚焦探头A、D，与检测显示和记录装置、自动控制装置电连接。
该专利技术只是简单地把超声波探伤仪和涡流探伤仪安装在其管材检测线上，体积较大，使用起来不方便，而且该发明所公开的技术对于以应力集中为特征的危险部件和部位的检测则没办法检测到。现实的生产要求在检测时对部件进行直观的成像，通过对图像的处理进行部件的质量评价提高产品质量，以满足安全性、可靠性和成本的需求。
金属磁记忆检测方法可预报可能产生缺陷与危险区域，即最大应力和变形集中区域，从而及时采取措施防止破坏和事故的发生，故而金属磁记忆检测满足了这一要求。随着工业的发展，对于航空航天、核电、舰船、石化等重要工业领域部件的检测要求也越来越高，单一功能的检测已经难以满足生产的需要，进而要求采用复合式的检测以弥补单一功能检测的不足，要求有多功能的检测系统。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的缺点，根据对无损检测的需求，提出一种超声、涡流和金属磁记忆复合检测系统。
本发明的另一目的在于将计算机监控与信号处理技术应用于无损检测系统，可通过网络进行远程检测操作。
本发明采用的技术方案为由探测装置、定位扫描装置、控制系统、显示及记录装置组成，定位扫描装置与探测装置连接，控制系统则分别与探测装置、定位扫描装置、显示及记录装置连接，所述的探测装置包括超声波探测装置、涡流探测装置和金属磁记忆探测装置。
上述技术方案中，所述的控制系统为本发明的控制中心，包括与探测装置和定位扫描装置连接的嵌入式处理器、与探测装置和嵌入式处理器连接的模拟/数字转换器、和与嵌入式处理器连接的中央处理器及存储装置。
本发明还设置有网络接口和后台控制终端，后台控制终端采用普通的个人计算机则可，并通过网络接口与控制系统连接，从而实现后台控制检测系统的远程操作。
本发明通过控制系统控制定位扫描装置、探测装置和显示及记录装置的协调运作，控制系统主要通过超声波发射与接收电路、涡流信号发送接收电路以及金属磁记忆检测电路以及机电定位控制电路等实现其检测操作功能。
本发明的定位扫描装置还设置有位移和转角传感器，所述位移和转角传感器与探测装置的探头连接，探头的移动带动位移和转角传感器的运动，产生电压或电流输出。探头在部件上移动到边界后仍然继续移动一小段距离，然后再向回运动扫描，这样即可减少机械往返运动间隙产生的死区，并用位移和转角传感器的输出定位，进一步提高了定位精度，使用模拟/数字转换器可以达到量程的1/4096精度。
本发明的优点主要有1、本发明综合超声波、涡流和金属磁记忆检测的优点，可以对部件进行表面、近表面、内部以及应力集中部位的检测；2、本发明可以经过有线和无线网络通过本地局域网或互联网进行远程操作和检测，尤其适合于具有辐射、高温等恶劣环境的实时在线检测。
3、本发明体积小重量轻，便于携带，可以单独工作也可以安装在生产线上，也可以安装于运行的设备上。
4、本发明通过定位扫描装置得到所检测部件的空间信息和缺陷的位置、大小、性质进行成像，通过对图像进行处理根据缺陷的位置、大小和性质赋以不同的权重实现质量评价，并通过本地和远程数据库进行存档记录和后分析；
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的运作流程图；图3为三维直角坐标系及旋转定位系统；图4为外部扫描极坐标系定位系统；图5为内部扫描的极坐标定位系统；图6a为超声波的发射电路原理图；图6b为超声波的接收电路原理图；图7a为涡流的发射电路原理图；图7b为涡流的接收电路原理图；图8为金属磁记忆的接收放大电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明，附图1为本发明一个实施例的结构示意图，由超声、涡流和金属磁记忆探测装置1、定位扫描装置2、A/D转换器3、FPGA/CPLD4、CPU5、SDRAM6、LCD显示屏7、音频8、USB接口9、网络接口10和计算机11组成。
本发明的运作流程如附图2所示，超声、涡流和金属磁记忆探测装置1探测到的模拟信号经滤波放大后通过A/D转换器3转换成数字信号，然后由FPGA/CPLD4将数字信号进行滤波和变换，再传送到SDRAM6中，CPU5根据SDRAM6中的数据进行图像显示和处理，可以显示超声、涡流和金属磁记忆的一种或几种检测方式，然后将部件的形状和缺陷在LCD显示器7上显示出来，得到一维、二维、三维图像，并判断所测缺陷的位置、大小和性质，再对缺陷赋予一定的权重，对所有的缺陷进行累加即可对部件进行质量评价，检测到的信息可通过有线或无线网络接口10将缺陷信息送入计算机11存档，根据对不同时期的成像记录，得到部件运行演变的四维图像，可以改进生产工艺和流程，提高产品质量。本发明具有网络平台，也可以通过网络进行远程操作，尤其适合于环境比较恶劣的场合。
本发明采用超声波、涡流和金属磁记忆配合检测，对于非铁磁性部件金属磁记忆检测方式不能应用，只能用超声和涡流检测方法；而对于铁磁性部件则可以应用超声、涡流和金属磁记忆方式检测。在需要成像时将超声、涡流、磁记忆探头固定在扫描架上，本发明可采用三维直角坐标系定位系统，其原理图如附图3所示，先在X方向上固定，沿Y移动，根据表面的形状在Z方向移动并对探头偏转一定角度，使之正对所测部件表面，然后在X方向前进一段距离，在Y方向往回扫描以增加扫描速度，再在X方向前进，在X、Y、Z方向上均安装位移传感器，旋转时使用转角传感器，可以消除死区的影响便于精确定位；本发明也可采用极坐标系的定位系统，其原理图如附图4和附图5所示，先在轴向固定，探测器的探头沿着圆形轨道周向运动，并根据所测部件沿径向调整探头位置，扫描一周以后沿轴向前进一段距离进行下一轮扫描，在轴向和径向使用位移传感器，在周向使用转角传感器。利用FPGA/CPLD4产生任意波形进行检测；磁记忆探头直接和超声、涡流探头固定在一起即可。
本发明通过控制系统控制定位扫描装置、探测装置和显示及记录装置的协调运作，控制系统主要通过超声波发射与接收电路、涡流信号发送接收电路以及金属磁记忆检测电路以及机电定位控制电路等实现其操作功能。
本实施例的超声波发射电路图如附图6a所示，首先打开开关Q2H，由电源经开关Q2H、R3H对电感L1H充电，然后开关Q2H断开，电感经二极管D25H对电容器C3H充电，使电容器C3H两端的电压达到200-400V，之后，开关Q1H导通，电容器C3H经二极管D19H、D20H放电，产生-200～-400V的尖脉冲加到超声探头上，所激励的超声经耦合剂进入所检测部件。
超声波接收电路图如附图6b所示，超声在部件中产生回波由超声波探头接收，由于底波幅度较大，故需要用二极管D1H、D13H、D3H和D15H限幅，而后经R6H、R9H衰减，进一步经二极管D5H、D6H、D9H、D10H限幅，加到放大器CLC2H上，然后信号进入程控增益放大器AD604上，由于底波和后续回波的幅度相差很大，所以需要对信号按照时间进行增益调节，MAX4762为模拟开关进行路径切换，根据信号大小决定信号的放大与衰减，这样通过路径切换可以使预放大增益在-20～20dB切换，增益放大器AD604产生80dB的动态增益，增益放大器AD604的输出经AD8138将单端信号转换成差分信号加到AD9218上面，AD9218为双通道10位A/D转换器，最高采样速率为80MSPS，AD9218产生的数据送入FPGA，进行滤波和信号预处理，预处理后的数据送入SDRAM6中，供CPU5进行视频图像处理和对部件的质量评价。
超声波发射电路的充电、超声激励脉冲发射的时序控制，预放大的增益切换、增益放大器AD604的增益控制及A/D转换过程的逻辑控制均由FPGA控制。另一发送和接收通道也同前述一致。
涡流发射电路图如附图7a所示，FPGA输出的数据经D/A转换器AD9750产生2-20mA的电流经R3T变成电压信号，经放大后送入涡流发射探头。
涡流接收电路图如附图7b所示，探头接收到的涡流信号经二极管D1T、D7T、D2T和D8T限幅在-5.7～+5.7V，后经R8T由二极管D3T、D4T、D4T和D6T二次限幅到-1.4～+1.4V送入放大器CLC1T，由于所接收的涡流信号的强度变化比较�。允褂梅糯笃鰿LC1T产生固定的20dB预放大增益，然后送入程控增益放大器AD604的放大器产生6～54dB的增益，使得整个通道的增益达到74dB。然后信号经放大器AD8138将单端输入转换成差分输入送入12位A/D转换器AD9223，最高采样率为3MSPS，所采样的数据送入FPGA中进行滤波和预处理后传入SDRAM6中供CPU5进行图像处理和质量评价。在FPGA中预置各种波形的数据，工作时根据不同的情况使用不同的波形包括高频、低频以及混频。金属磁记忆的接收电路图如附图8所示，由于金属磁记忆的接收信号比较微弱，而且对金属磁记忆的检测不是大小方面的而是磁场方向上的，所以不必像超声波信号那样复杂，信号经探头接收后经放大器CLC1V预放大后加到程控增益放大器AD604中，经8∶1多路转换器送入AD9223中。为防止高压信号产生干扰和破坏，需要对放大器CLC1V前的信号进行限幅，D1V、D7V、D2V和D8V为一次限幅，D3V、D4V、D5V和D6V为二次限幅。AD9223把变换的数据送入FPGA进行信号的滤波和预处理，FPGA把处理后的数据送入SDRAM6中供CPU5进行视频图像和对部件的质量评价。AD9223的时序逻辑也由FPGA控制。多路转换器的其它通道分别接周向X、Y、径向Z位移传感器和转角传感器，另外3个通道备用。通道的切换和A/D转换的逻辑控制也由FPGA完成。
权利要求
1.一种超声波、涡流和金属磁记忆复合检测系统，由探测装置、定位扫描装置、控制系统、显示及记录装置组成，所述的定位扫描装置与探测装置连接，所述的控制系统分别与探测装置、定位扫描装置、显示及记录装置连接，其特征在于所述的探测装置包括超声波探测装置、涡流探测装置和金属磁记忆探测装置。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于所述的控制系统包括与探测装置和定位扫描装置连接的嵌入式处理器、与探测装置和嵌入式处理器连接的模拟/数字转换器和与嵌入式处理器连接的中央处理器及存储装置。
3.根据权利要求1或2所述的检测系统，其特征在于还设置有网络接口和后台控制终端，所述的后台控制终端通过网络接口与控制系统连接。
4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于所述的后台控制终端采用计算机。
5.根据权利要求4所述的监测系统，其特征在于所述的定位扫描装置设置有位移和转角传感器，所述位移和转角传感器与探测装置连接。
全文摘要
本发明提供了一种超声波、涡流和金属磁记忆复合检测系统，由探测装置、定位扫描装置、控制系统、显示及记录装置组成，所述的定位扫描装置与探测装置连接，所述的控制系统分别与探测装置、定位扫描装置、显示及记录装置连接，其特征在于所述的探测装置包括超声波探测装置、涡流探测装置和金属磁记忆探测装置，本发明通过超声波、涡流和金属磁记忆结合作无损检伤，提供了一种检测更全面安全的检测方法。
文档编号G01N29/04GK1588084SQ200410051388
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月8日 优先权日2004年9月8日
发明者陈铁群, 谢宝忠 申请人:华南理工大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
