温挤成型铝合金构件缺陷检测系统
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影 响。
含
与 应 用
超声采集卡 、超声探头和： 控机构成 了超声采集系统 ， ［ 负责超声信号 的采集、处理和缺陷图像的重构和显示 。探头 与工件之 间的耦合采用喷水方式 。 控机是超声探头１ 件旋
】 ．
转控制系统 的核心 ，脉冲输 出卡控制所有 电机运转速度和 时
控
Ｉ ． Ｉ
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： Βιβλιοθήκη Baidu
｜
一
ｉ 一
闺编成型圈圄鱼桶僻黧酗施澜黍缓
摘要 ： 列管状 构件 中存在的缺陷和构件 自身形 ， ８特 点 ，设计了基于单发单收的纵波脉冲反射法的缺陷 针 ＇ ９ １ ， Ｒ 检测系统 。通过检 测提取了管状构件中的缺陷特征 回波信号 ，并且 对其 进行 Ｃ 扫描 ，获得了构件缺陷图 像并采用二维中值滤波 对信号 进行降噪以提高 了其信噪 比。 关键词 ：合金构件 ； 超声 检测 ；Ｃ扫描 中图分类号 ：Ｔ ２ Ｐ３ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ８ Ｘ ２ １ ） — ０ ５ ０ ６ ８ ３ （０ １ ２ ０ ２ — ４ ０ ０
机
匦叫
图 ２ 系 统 结 构 框 图
间 ，输 入 输 出 卡 为 电机 的运 转 提 供 使 能和 方 向信 号 。采 用 二
个步进 电机分别控制超声探头 的 ｘ、Ｙ、ｚ二维 标的移动 ，
一
个 伺服 电机控制探头 的角度旋转 ，一个 步进 电机拧制工件
的旋 转。绝对 式编码器 用来控制超 声信 号的采集 。增量 式编 码器起 到反馈 的作用 ，可 以反馈伺服 电机实际运转位置 。 通过传动装置调整 Ｙ方 向和 ｚ方 向， 完成探头偏心 距和 水声程的调整；在检测时通 过旋转工件完成圆周方 向的一周 检测 ，通 过探 头的 ｘ方 向移动 ，完成整个工件 的整体检测 ， 当遇 到检 测工件 呈锥 形结构 时需要调整探 头的入射 角。系统
１ 、系 统 的设 计
（）在采集 过程 中，超声采集 卡开始进行超 声信号 的采 ４
集 ，并且工控机对信号进行存储、处理及 显示。
四 、系 统 检 测 结 果
首先，根据 待测工件的 自身形状选择扫描方式及扫描路 径 轨迹 ；其 次，步进 电机 驱动扫描装置带动超声探头对工件 进行扫描，与此 同时 ，数据采集系统进行数据的采集、处理 和显示 ；第三 ，准确 定位缺 陷且检测分辨
折射角 。
探头正对棒材 中心 ，以检测棒材近 中心 部位缺 陷 ，如 图 １ａ所示 。探头 Ａ 发 出的纵波 ，经水耦 合垂直入射进入试件 内部 ，声波在试件 的下表面和上表面处 （）
发 生 反 射 ， 部 分 反 射 回 波 被 探 头 接 收 ，分 别 产 生 下 表 面 回 波 和 声 表 面 回 波 。 如 果 构 件 中心 部位 存 在 缺 陷 ，其
金 构 件 的超 声缺 陷检 测 技 术 ，论 文 的 研 究 对 于 该类 产 品 的检 测 具 有 实 际 的 应 用 价 值 和 参 考 意 义 。
二 、检 测 原 理
由于管状 构件存在 着不 同位 置的缺 陷，采用
垂 直 入 射 和 偏 心 入 射 相 结 合 的 方 式 对 其 构 件 进 行 缺
陷检测 ，其 中，垂直入射法检测 棒材近 中心 部位的 缺 陷，偏心 入射法检测棒材表 面和近表面缺 陷，检
测 原 理 如 图 １所 示 。图 巾 ， 为 试 件 半 径 ，Ｄ 为 水
声程 ，是指 声束从探头经过水传 播到试件表面 的距 离 ， 为探头 的偏心距 ，口 、鼢 别 为声波 入射 角和
李 政 王 召 巴 陈 友 兴
一
、
引 言
铝 合金构件一般 是温挤成形 的， 由 具有密 度小、强度高 、韧 性高 、质量轻 和耐腐蚀等优 点，在现代 武 器 巾得到广泛 的应 ＿ 。但是 ，在 生产 过程 中，可能 由于生产技 术、工艺等 因素，可能会使合金 弹头表 面、近 ｝ ＿ ｝ ｊ 表 面及 内部 ¨现裂 纹、夹杂 、气 泡等不 同类 型的缺陷 。本 文以铝合金坯料弹 体为对象 ，研究温挤成 形镁铝合 ；
结构图如 ３ 示。 所
２ 、系统 自动检测实现 利用 上述 的系统结构 ， 对合 金构件 的 自动检测过程如下 ：
（ ） 将 待 测 工 件 装 卡 至检 测 台 ， 启 动检 测 系 统 并 根 据 １
实际工件尺寸设置检测参数信息； （ ）对检测 系统进行 自检 ，看 电机控制卡 、Ｉ ２ ／ ０卡是否 正确安装 ，以保证检测的顺 利进 行； （ ）打 开检测程序 ，Ｉ ３ ／ Ｏ卡 驱动磁铁 吸合 ，转动 电机带 动主动轮使工件旋转 ，由 Ｉ 输入判 断零 点开 关，得知每一 ／ Ｏ 一
圈的结束与下一圈的开始圆周向位置。 每一圈采集结束时， 当 三 、 系统 设 计 及 实现
根据工件外形 的变化 ，由电机控制卡控制上下 、前后 、里外 三个 电机 的移动方 向和距离 ，使探头移动至下一采集位 置；
本系统采用工控机 、精密机械和控制卡驱动等技术 ，没 计了基于纵波脉冲反射法的超声检测扫描控制系统，对管状 构件进 行超 声检测，利用四台步进 电机 以三维运 动的方式对 构件进 行扫 描，实现超 声检测 的 自动化 。
缺 陷回波将在 上表面回波和 下表面回波之 问出现 。根据 缺陷回波 的有无 和返回时 间可 以判 断和定位棒材 内部
缺 陷。
采用 调整偏置探头 Ｂ 的声波入射角 的方法，使声波在构件近表面传播 ，如 图 １ｂ所示 。当探头偏置入射 （）
时，在试件 的下表 面处反射 回波 只有一部分被 探头接收到 ，所 以下表面 回波 的拖尾信号会变 小，并且上表面 的回波能量也会 减小甚至消 失。此时 ，如果构 件表面或近表 面存在缺陷 ，声波在 缺陷处 的反射波将 沿原路径 返 回，回波在下表 面回波之后 出现 ，受下表面 回波 信号 的拖尾影 响小，并且缺 陷回波 信号不受上表 面回波的
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与 应 用
超声采集卡 、超声探头和： 控机构成 了超声采集系统 ， ［ 负责超声信号 的采集、处理和缺陷图像的重构和显示 。探头 与工件之 间的耦合采用喷水方式 。 控机是超声探头１ 件旋
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转控制系统 的核心 ，脉冲输 出卡控制所有 电机运转速度和 时
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摘要 ： 列管状 构件 中存在的缺陷和构件 自身形 ， ８特 点 ，设计了基于单发单收的纵波脉冲反射法的缺陷 针 ＇ ９ １ ， Ｒ 检测系统 。通过检 测提取了管状构件中的缺陷特征 回波信号 ，并且 对其 进行 Ｃ 扫描 ，获得了构件缺陷图 像并采用二维中值滤波 对信号 进行降噪以提高 了其信噪 比。 关键词 ：合金构件 ； 超声 检测 ；Ｃ扫描 中图分类号 ：Ｔ ２ Ｐ３ 文献标识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０ — ８ Ｘ ２ １ ） — ０ ５ ０ ６ ８ ３ （０ １ ２ ０ ２ — ４ ０ ０
机
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图 ２ 系 统 结 构 框 图
间 ，输 入 输 出 卡 为 电机 的运 转 提 供 使 能和 方 向信 号 。采 用 二
个步进 电机分别控制超声探头 的 ｘ、Ｙ、ｚ二维 标的移动 ，
一
个 伺服 电机控制探头 的角度旋转 ，一个 步进 电机拧制工件
的旋 转。绝对 式编码器 用来控制超 声信 号的采集 。增量 式编 码器起 到反馈 的作用 ，可 以反馈伺服 电机实际运转位置 。 通过传动装置调整 Ｙ方 向和 ｚ方 向， 完成探头偏心 距和 水声程的调整；在检测时通 过旋转工件完成圆周方 向的一周 检测 ，通 过探 头的 ｘ方 向移动 ，完成整个工件 的整体检测 ， 当遇 到检 测工件 呈锥 形结构 时需要调整探 头的入射 角。系统
１ 、系 统 的设 计
（）在采集 过程 中，超声采集 卡开始进行超 声信号 的采 ４
集 ，并且工控机对信号进行存储、处理及 显示。
四 、系 统 检 测 结 果
首先，根据 待测工件的 自身形状选择扫描方式及扫描路 径 轨迹 ；其 次，步进 电机 驱动扫描装置带动超声探头对工件 进行扫描，与此 同时 ，数据采集系统进行数据的采集、处理 和显示 ；第三 ，准确 定位缺 陷且检测分辨
折射角 。
探头正对棒材 中心 ，以检测棒材近 中心 部位缺 陷 ，如 图 １ａ所示 。探头 Ａ 发 出的纵波 ，经水耦 合垂直入射进入试件 内部 ，声波在试件 的下表面和上表面处 （）
发 生 反 射 ， 部 分 反 射 回 波 被 探 头 接 收 ，分 别 产 生 下 表 面 回 波 和 声 表 面 回 波 。 如 果 构 件 中心 部位 存 在 缺 陷 ，其
金 构 件 的超 声缺 陷检 测 技 术 ，论 文 的 研 究 对 于 该类 产 品 的检 测 具 有 实 际 的 应 用 价 值 和 参 考 意 义 。
二 、检 测 原 理
由于管状 构件存在 着不 同位 置的缺 陷，采用
垂 直 入 射 和 偏 心 入 射 相 结 合 的 方 式 对 其 构 件 进 行 缺
陷检测 ，其 中，垂直入射法检测 棒材近 中心 部位的 缺 陷，偏心 入射法检测棒材表 面和近表面缺 陷，检
测 原 理 如 图 １所 示 。图 巾 ， 为 试 件 半 径 ，Ｄ 为 水
声程 ，是指 声束从探头经过水传 播到试件表面 的距 离 ， 为探头 的偏心距 ，口 、鼢 别 为声波 入射 角和
李 政 王 召 巴 陈 友 兴
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、
引 言
铝 合金构件一般 是温挤成形 的， 由 具有密 度小、强度高 、韧 性高 、质量轻 和耐腐蚀等优 点，在现代 武 器 巾得到广泛 的应 ＿ 。但是 ，在 生产 过程 中，可能 由于生产技 术、工艺等 因素，可能会使合金 弹头表 面、近 ｝ ＿ ｝ ｊ 表 面及 内部 ¨现裂 纹、夹杂 、气 泡等不 同类 型的缺陷 。本 文以铝合金坯料弹 体为对象 ，研究温挤成 形镁铝合 ；
结构图如 ３ 示。 所
２ 、系统 自动检测实现 利用 上述 的系统结构 ， 对合 金构件 的 自动检测过程如下 ：
（ ） 将 待 测 工 件 装 卡 至检 测 台 ， 启 动检 测 系 统 并 根 据 １
实际工件尺寸设置检测参数信息； （ ）对检测 系统进行 自检 ，看 电机控制卡 、Ｉ ２ ／ ０卡是否 正确安装 ，以保证检测的顺 利进 行； （ ）打 开检测程序 ，Ｉ ３ ／ Ｏ卡 驱动磁铁 吸合 ，转动 电机带 动主动轮使工件旋转 ，由 Ｉ 输入判 断零 点开 关，得知每一 ／ Ｏ 一
圈的结束与下一圈的开始圆周向位置。 每一圈采集结束时， 当 三 、 系统 设 计 及 实现
根据工件外形 的变化 ，由电机控制卡控制上下 、前后 、里外 三个 电机 的移动方 向和距离 ，使探头移动至下一采集位 置；
本系统采用工控机 、精密机械和控制卡驱动等技术 ，没 计了基于纵波脉冲反射法的超声检测扫描控制系统，对管状 构件进 行超 声检测，利用四台步进 电机 以三维运 动的方式对 构件进 行扫 描，实现超 声检测 的 自动化 。
缺 陷回波将在 上表面回波和 下表面回波之 问出现 。根据 缺陷回波 的有无 和返回时 间可 以判 断和定位棒材 内部
缺 陷。
采用 调整偏置探头 Ｂ 的声波入射角 的方法，使声波在构件近表面传播 ，如 图 １ｂ所示 。当探头偏置入射 （）
时，在试件 的下表 面处反射 回波 只有一部分被 探头接收到 ，所 以下表面 回波 的拖尾信号会变 小，并且上表面 的回波能量也会 减小甚至消 失。此时 ，如果构 件表面或近表 面存在缺陷 ，声波在 缺陷处 的反射波将 沿原路径 返 回，回波在下表 面回波之后 出现 ，受下表面 回波 信号 的拖尾影 响小，并且缺 陷回波 信号不受上表 面回波的