[发明专利]一种旋转轴表面裂纹在线检测系统及检测方法

说明书

本发明涉及一种旋转轴表面裂纹在线检测系统及检测方法，所述的检测方法包括以下步骤：激光频率控制器根据轴的转速，控制激光脉冲发射的频率；将空气耦合接收探头放置在与激光超声激发源周向90度位置和轴向共线的位置，接收激光激发的周向超声波和轴向超声波；运用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，可视化旋转轴该位置处的裂纹状况。本发明能够无损、非接触、远距离、在线检测旋转轴的裂纹状况，能够快速确定裂纹的横向、纵向形态和位置，检测精度高。

技术领域

本发明涉及一种旋转轴表面裂纹在线检测系统与方法，属于无损检测领域。

背景技术

设备的轴系对设备的正常运转起到至关重要的作用，轴系大多工作载荷比较大，运转环境比较恶劣，所以非常容易出现疲劳裂纹，疲劳裂纹的出现严重缩短了轴的服役寿命，并且容易造成严重的事故。现有的针对于轴系的无损检测大多需要设备停机并将轴拆装后进行检测，并且无损检测周期比较长，对生产造成比较大的影响。因此，对运转的轴系实时监测关键位置的裂纹状况，确定裂纹位置，评估裂纹的严重程度，对合理安排生产具有重要意义。

由于轴系的运转速度比较快，需要对轴系非接触、远距离、快速检测。激光超声技术是利用激光激发超声的无损检测技术，激光具有较好的指向性和远距离不发散的特点，能够激发出多种模态的超声波，且能够检测到表面微小的裂纹，可以实现裂纹的快速、远距离、非接触高效率检测。

发明内容

本发明旨在提供一种旋转轴表面裂纹在线检测系统与方法，可以通过激光扫描实现轴类的非接触、实时、快速检测，检测出轴表面的横向和纵向裂纹，并确定裂纹的位置。

为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：

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，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。

作为进一步的改进，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。

优选的，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。

本发明还提供了一种使用如上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，包括以下步骤：