[发明专利]电磁超声板材自动探伤方法及其装置

说明书

(一)技术领域

本发明涉及超声波检测技术，具体说就是一种电磁超声板材自动探伤方法及其装置。

(二)背景技术

随着载人航天、探月工程、国产大飞机、航空母舰、高速铁路等项目的顺利开展和日渐成熟，我国金属板材需求量迅速增加。然而，由于加工工艺限制，金属板材在生产过程中不可避免地存在分层、夹渣、裂纹和氧化膜等缺陷。作为控制产品质量的必要环节，生产中必须通过无损检测技术及时剔除超标的残次品。在众多无损检测技术中，超声检测以其低廉的成本、广泛的检测范围、相对较高的检测精度等优势获得了普遍应用。

目前，国内外主要采用传统的压电超声技术完成金属板材的无损检测。应用该技术检测时，为了保证超声能量顺利地由换能器传递到金属板材中，通常需要对表面进行清洁、打磨等预处理，且要求换能器与板材间必须充满纯净的耦合剂(如油、水等)。此类设备需要对表面进行预处理并依赖耦合剂，因此劳动强度大、检测效率低。

电磁超声技术兴起于二十世纪六七十年代，目前已经逐步在国外得到了广泛应用。近年来，国内的一些发明专利中也开始采用电磁超声技术对金属板材进行探伤。如中国专利CN1051086A《电磁超声自动探伤技术》采用Lamb波对18mm以下的钢板进行探伤。由于Lamb波在厚壁钢板中激发难度较大，所以该探伤技术只能对中、薄板探伤，无法满足更高壁厚板材探伤的要求。此外，Lamb波具有频散特性，在任意给定激发频率下可能存在多种模式，且同一模式的声波经过端面或者缺陷时也会发生频散而产生多种模式的超声波，因此使Lamb波检测变得较为复杂，装置的实用性受到限制。中国专利CN1063848C《热钢板在线自动化电磁超声探伤系统》采用带铁芯的电磁铁为探伤线圈提供磁场，形成两个探伤区，对40mm以下的钢板进行在线检测。由于铁芯的存在，电磁铁提供的磁场持续时间较长，影响了探伤的效率。每个探头两个探伤区的存在也不利于缺陷的定位。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种对厚度在100mm以下的金属板材进行全面快速检测、准确检测出各种类型缺陷的电磁超声板材自动探伤方法及其装置。

本发明的目的是这样实现的：所述的电磁超声板材自动探伤装置，它是由发射器、扫查系统、接收器、数据采集系统和回波信号处理系统组成的，发射器连接扫查系统，扫查系统连接接收器，接收器连接数据采集系统，数据采集系统连接回波信号处理系统，回波信号处理系统分别连接扫查系统和数据采集系统。

本发明还有以下技术特征：

(1)所述的发射器包括发射控制器、驱动电路、升压电路和功率放大电路，发射控制器分别连接驱动电路和升压电路，功率放大电路分别连接升压电路和驱动电路。

(2)所述的扫查器包括定位系统、微控制器、步进马达、舵机、车体、固定装置和电磁超声探头，定位系统连接微控制器，微控制器分别连接步进马达和舵机，步进马达、舵机连接车体，车体连接固定装置，固定装置连接电磁超声探头。

(3)所述的电磁超声探头包括脉冲电磁铁、双螺旋线圈和保护层，脉冲电磁铁连接双螺旋线圈，双螺旋线圈连接保护层，电磁超声探头为收发一体式探头，脉冲电磁铁不包含铁芯。

(4)所述的接收器包括接收模拟开关、模拟滤波器、高增益低噪声放大器和电平变换电路，接收模拟开关连接模拟滤波器，模拟滤波器连接高增益低噪声放大器，高增益低噪声放大器连接电平变换电路。

(5)所述的回波信号处理系统包括回波信号处理模块、微控制器、存储单元和液晶，回波信号处理模块连接微控制器，微控制器分别连接存储单元和液晶，回波信号处理模块采用FPGA实现。

本发明一种电磁超声板材自动探伤方法，工作步骤如下：

步骤一：系统通电初始化；

步骤二：收发一体式电磁超声探头内部的脉冲电磁铁产生持续时间为200μs的强磁场；接收模拟开关关闭；

步骤三：发射器产生的大功率超声波驱动信号加在双螺旋探伤线圈上，在待测板材中激发垂直入射体波，发射重复周期为10ms；

步骤四：超声波在待测板材中传播，遇到缺陷会发生反射、散射等，打开接收模拟开关，收发一体探头接收缺陷和底面的反射波信号；

步骤五：数据采集系统的高速AD将调理后的反射波信号采集到FPGA中；

步骤六：FPGA内部的数字信号处理模块利用缺陷和底面的反射波综合判断缺陷的有无和大小，若判断结果为“是”则运行步骤七，若判断结果为“否”则运行步骤八；

步骤七：微控制器将缺陷的大小和位置存入存储单元中并在液晶上显示出来；