[发明专利]一种旋转轴表面裂纹在线检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种旋转轴表面裂纹在线检测系统，用于检测被检测轴表面裂纹，其特征在于：包括脉冲激光器、频率控制装置、激光束调制光路、激光扫描单元、轴向空气耦合接收探头、周向空气耦合接收探头、轴向位置编码器、周向位置编码器、信号处理电路及计算机；

所述脉冲激光器发出的激光经所述频率控制装置、激光束调制光路、激光扫描单元调节后照射在被检测轴上，形成激光入射点，定义该点处的轴表面法线为a；

所述周向空气耦合接收探头对应被检测轴上的测量点一，用于检测在同一个轴面上的平行于轴线的裂纹；所述测量点一与所述激光入射点在同一轴横截面上，且所述测量点一处的轴表面法线b⊥a，所述周向空气耦合接收探头与法线b的夹角为α，其中，式中，c_air为超声波在空气中的传播速度，c_w为超声波在轴中的传播速度；

所述轴向空气耦合接收探头对应被检测轴上的测量点二，用于检测垂直于轴向的裂纹；所述测量点二与所述激光入射点在同一条平行于轴心的线上；定义测量点二处的被检测轴表面法线为c，所述轴向空气耦合接收探头与法线c的夹角也为α；

所述周向位置编码器与所述周向空气耦合接收探头相连，用于确定测量点一的随时间变化的位置；所述轴向位置编码器与所述轴向空气耦合接收探头相连，用于确定测量点二的随时间变化的位置；

所述激光扫描单元内设有可旋转的反光镜，用于实现所述激光入射点在被检测轴表面的移动；所述测量点一和测量点二随着所述激光入射点移动相同距离，在此过程中，所述周向空气耦合接收探头跟随测量点一移动且保持与测量点一的相对位置不变；所述轴向空气耦合接收探头跟随测量点二移动且保持与测量点二的相对位置不变。

2.根据权利要求1所述的旋转轴表面裂纹在线检测系统，其特征在于：所述周向空气耦合接收探头和轴向空气耦合接收探头距离被检测轴表面的距离为10～20mm。

3.一种使用如权利要求1-2任一项所述的旋转轴表面裂纹在线检测系统进行的旋转轴表面裂纹在线检测方法，其特性在于，包括以下步骤：

步骤一、根据被检测轴的旋转速度确定脉冲激光发射的频率，运用公式

使所述激光入射点随着被检测轴的旋转在轴的周向等间隔分布；

式中，t₀为每次发射激光的时间间隔，n为激光入射点的个数，v_轴为被检测轴旋转速度，其单位为r/min；R为被检测轴的半径，l为被检测轴周向相邻激光入射点之间的弧长；

步骤二、所述周向空气耦合接收探头接收测量点一处传来的周向超声波，检测被检测轴上平行于轴线的裂纹；

步骤三、所述轴向空气耦合接收探头接收测量点二处沿轴方向传播的表面波，检测激光入射点与测量点二之间的垂直于轴线的裂纹；

步骤四、当被检测轴旋转完一周后，脉冲激光器的激光扫描单元控制激光束以一定间隔沿轴向移至下一检测位置，进行步骤二和步骤三所述的检测；

步骤五、计算机接收到每一时刻的超声信号以及周向位置编码器和轴向位置编码器提供的探头位置信号，运用时频信号处理方法提取轴向和周向超声信号的特征值，并判断裂纹存不存在以及严重程度；当判断某一位置存在裂纹时，计算机自动存储裂纹的位置和接收的时刻，并做出轴向和周向超声信号的时间-幅值-位置的三维图形，可视化被检测轴在该位置处的裂纹状况，并输出检测报告。