[发明专利]发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测方法及装置

权利要求书

1.发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测装置，自动化检测装置包括曲轴夹具和超声探头夹具两部分；曲轴夹具包括曲轴转动驱动电机(1)、三脚夹盘(4)、顶尖装置(6)、头架(3)、机座(2)、给水箱(22)和软管(23)；头架(3)固定在机座(2)上，曲轴转动驱动电机(1)固定在头架(3)的一侧，三脚夹盘(4)固定在头架(3)的另一侧，顶尖装置(6)在机座(2)的滑道上，曲轴(5)在三脚夹盘(4)和顶尖装置(6)之间，曲轴(5)的小头端通过三脚夹盘(4)固定，曲轴(5)的大头端通过顶尖装置(6)支撑，给水箱(22)放置在曲轴夹具的一侧，输水软管(23)的一端连接在给水箱(22)上，输水软管(23)的另一端位于超声探头夹具的正上方；超声探头夹具包括上探头套(7)、下探头套(8)、定位滑块(20)、拉力弹簧(19)、底座(11)、悬臂梁(13)、探头固定壳(14)、压紧螺栓(15)及压紧弹簧(16)；上探头套(7)和下探头套(8)均为半圆环，上探头套(7)和下探头套(8)的一端利用合叶式的销柱(9)进行连接，另一端用锁紧螺栓(10)连接，在上探头套(7)的正上方开有一个探头定位槽(18)，探头定位槽(18)穿透上探头套(7)；有凹型槽的底座(11)通过螺栓固定在上探头套(7)靠近合叶连接的一侧，悬臂梁(13)为一段弯曲的梁，曲率与上探头套(7)相同，固定超声探头(26)的探头固定壳(14)的形状与超声探头(26)相同，悬臂梁(13)的一端通过螺栓(12)与底座(11)连接，悬臂梁(13)的另一端通过定位销(17)与探头固定壳(14)连接；探头固定壳(14)位于探头定位槽(18)中，压紧螺栓(15)通过螺栓孔穿过悬臂梁(13)，探头固定壳(14)和压紧螺栓(15)利用压紧弹簧(16)连接，拉力弹簧(19)的一端与下探头套(8)的正下方相连，拉力弹簧(19)的另一端与定位滑块(20)相连。

2.应用权利要求1所述发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测装置进行检测的方法，其特征在于，针对发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测步骤如下：

1、首先，根据曲轴材料和尺寸选择探头频率为2.5MHz～5MHz、晶片尺寸9mm×9mm、前倾角γ为45°～75°、侧倾角φ为10°～30°范围内的曲面单晶双斜探头，超声探头(26)下表面弧度与曲轴主轴颈曲率相同；其次，采用本发明设计的曲轴探头校准试块对探头的实际前倾角β、实际侧倾角β′、探头零点及曲轴的材料声速进行校准；然后，将曲轴(5)和超声探头(26)装配到检测装置上，调整好相对位置，并通过给水箱(22)和输水软管(23)在待检曲轴轴颈表面滴入水作为耦合剂；最后，同时启动检测装置旋转按钮和超声检测仪器，对曲轴的轴颈(24)内部和处于轴颈(24)及曲臂(25)之间的R角内部的缺陷进行检测；

自动化检测旧曲轴时，将上探头套(7)和下探头套(8)打开，套在待检的曲轴轴颈上，拧紧锁紧螺栓(10)；然后，将定位滑块(20)沿着机座(2)上的燕尾槽边缘滑动，当上探头套(7)、下探头套(8)、拉力弹簧(19)和定位滑块(20)的中心线在一条直线时，拧紧定位螺栓(21)固定定位滑块(20)；然后，将超声探头放入探头固定壳(14)中，调整悬臂梁(13)与底座(11)的角度，使得超声探头能够放入探头定位槽(18)中，当压紧弹簧(16)可以给超声探头提供一定的压力时，拧紧螺栓(12)；最后，通过压紧螺栓(15)调节压力使得超声探头与曲轴轴颈表面紧密接触以便进行检测。

2、根据权利要求1所述的针对发动机旧曲轴内部缺陷的自动化超声波检测方法及检测装置，其特征在于，所述的曲轴探头校准试块的加工过程如下：首先选取材质与曲轴材质相同的半球形试块坯料，球面半径与主轴颈半径相同；将半球形试块坯料的圆形平面向上、球面向下放置，平行于圆形平面对球面进行切削，得到校准试块的底面；在圆形平面上任取一条过圆心的直线为中心线，在圆形平面上中心线两侧选取两条与中心线平行的直线，与中心线的距离相同，沿着两条平行线垂直向下切削，得到校准试块的两个侧面；在圆形平面上取垂直于中心线并且过圆心的直线为基准线，然后，延着基准线将上表面磨削出一段顶端曲面，使得该曲面弧度与曲轴连杆轴颈表面曲率相同；再沿着与顶端曲面两侧相切的方向将试块的圆形平面切出两个侧平面；最后，将整个试块表面进行精磨，使其粗糙度达到0.5～2μm。

3、根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述的曲轴超声探头校准方法及步骤如下：首先，将超声检测仪器设置成单探头模式，再将超声探头耦合在校准试块的顶端曲面上，沿着基准线方向移动探头，找到最大回波，固定探头位置；然后，调整仪器增益值，使其显示出三次回波；采用双闸门形式，分别套住一次回波和二次回波；调整声速使二次回波与一次回波的声程差为球面直径，然后调整探头零点使一次回波声程值为球面半径，这样就可以确定材料声速、探头零点和增益；最后，将仪器设置成双探头模式，另用一小直径凹面直探头在试块的球面上进行扫查，找到最大回波，记下此时探头的位置，再根据几何尺寸算出探头的前倾角γ和侧倾角φ在试块内的折射角β角和β′角。