[发明专利]超声相控阵探头及轮齿检测系统

说明书

本发明提供了一种超声相控阵探头，用于检测轮齿的缺陷，包括探头主体及楔块，所述楔块的顶端与所述探头主体贴合，所述楔块的底端与所述轮齿形状相匹配以与所述轮齿的表面贴合，所述探头主体包括多个沿直线等间距排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述楔块的顶端之间。通过在探头主体的前端设置用于与轮齿的齿面啮合的楔块，以便于所述超声相控阵探头能够在顶面上稳定滑行，使得超声波束能够稳定扫查。基于此，本申请还提供了一种轮齿检测系统，通过编码器记录数据，检测的每一根轮齿都可以保存一条数据，每一次检测均具有可追溯性。

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，尤其涉及一种超声相控阵探头及轮齿检测系统。

背景技术

风力发电机组由叶片、增速齿轮箱、控制系统、发电机、塔架等组成。其中，增速齿轮箱作为风力发电机组的传动系统起到动力传输的作用，叶片的转速通过增速齿轮箱增速，使其转速达到风力发电机的发电转速，以供风力发电机能正常发电。因此增速齿轮箱制造的质量控制及在役阶段运维定检保证齿轮箱运行可靠，故障率低，是风机发电机组安全高效运行的保障。

在增速齿轮箱制造的质量控制检测阶段可采用超声相控阵技术对齿轮箱各种齿轮的轮齿进行检测，可以发现轮齿中的非金属夹杂以及加工和热处理工艺不当产生的裂纹。在役阶段运维定检使用超声相控阵技术检测轮齿，可发现齿轮长时间运行产生的疲劳裂纹、开裂。避免轮齿在运行过程中由于裂纹扩展引起的断齿及最终导致的机组事故危害风机运行安全。

然而，由于齿轮箱轮齿呈梯形即上窄下宽，使得轮齿的检测面狭窄，超声相控阵探头在轮齿的顶面上无法稳定移动，容易产生噪声干扰检测结果，且超声波束入射角度不稳定，难以稳定扫查轮齿的侧面，导致无法实现对轮齿的全面检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超声相控阵探头及轮齿检测系统，能够克服超声相控阵探头在顶面移动不稳导致噪声干扰的情况，保证探头在顶面稳定滑行的同时保证超声波束入射角度稳定，提高检测效率。

为了达到上述目的，本发明提供了一种超声相控阵探头，用于检测轮齿的缺陷，包括探头主体及楔块，所述楔块的顶端与所述探头主体贴合，所述楔块的底端与所述轮齿形状相匹配以与所述轮齿的表面贴合，所述探头主体包括多个沿直线等间距排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述楔块的顶端之间。

可选的，所述楔块的顶端具有一倾斜面，所述倾斜面与所述正电极层贴合，且所述倾斜面与水平面具有一夹角。

可选的，所述夹角介于15°-25°之间。

可选的，所述轮齿呈梯形，所述楔块的底端具有一梯形凹槽，所述梯形凹槽的内壁与所述轮齿的表面贴合。

可选的，所述负电极层的上方还设置有背衬。

可选的，所述超声相控阵探头还包括内衬套及外壳，所述外壳用于容纳所述探头主体及部分所述楔块，所述内衬套夹设于所述外壳与所述探头主体之间。

可选的，所述超声相控阵探头还包括一接线插座，所述外壳的顶部还设置有用于密封所述探头主体的盖板，所述接线插座包括贯穿所述盖板的正极接线端子及负极接线端子，多个所述阵元的正电极层通过多根正极线缆与所述正极接线端子连接，多个所述阵元的负电极层通过多根负极电缆与所述负极接线端子连接。

可选的，所述阵元的数量为64个，且相邻两个阵元的中心之间的间距介于0.12mm-0.18mm之间。

可选的，所述压电晶片为压电陶瓷片。