基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置

　　0　引言

　　目前,国内外主要采用压电超声技术完成铝合金板材的无损检测。该技术虽可检测出铝合金板材中的多数缺陷,但其对耦合剂的严重依赖以及复杂的预处理过程显著增加了铝合金板材的检测成本、劳动强度,极大地限制了铝合金板材的检测精度、检测效率和自动化水平。这些问题不仅制约了铝合金加工业乃至其下游产业的高速发展,而且现有检测中存在的漏检、误检问题已对其下游产业造成巨大损失。

　　为了从根本上解决上述问题,文中开展基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置的研究。电磁超声技术检测时无需声耦合剂,无需对铝合金板材表面进行预处理,能够方便地激发多种类型的超声波,具有较低的检测成本,较高的检测精度、检测效率、自动化水平和很强的环境适应性[1]。目前,国内电磁超声技术已经广泛用于轮对[2]、钢板[3]、管道[4]、复合材料[5]等缺陷检测的应用中。

　　研究基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测技术对提升我国铝合金板材检测水平,增强板材加工企业及其下游广大用户核心竞争力,加快我国工业现代化进程均具有十分重要的理论意义和实用价值。

　　1　自动检测方案

　　1. 1　总体方案

　　检测装置包括电磁超声换能器(Electromagnetic AcousticTransducer,简称EMAT)、发射电路、接收电路、基于FPGA的控制及接口电路、USB及上位机接口电路、机械装置等几部分,如图1所示。

　　上位机参数设置完成后,通过USB控制FPGA向发射电路发出驱动信号,经过功率放大电路产生高频大功率发射电流,使EMAT探头在铝合金板材中激发导波。转换开关保证在大功率超声发射过程中不会烧毁接收电路,在接收过程中能够可靠接收到超声回波。EMAT探头接收到回波后,通过转换开关,将回波信号接入接收电路。电磁超声回波信号仅为μV级,接收电路实现对超声回波信号的放大和噪声滤除。通过USB完成FPGA与上位机的数据传送。同时FPGA控制机械装置带动EMAT探头在铝合金板材上折线形运动,实现铝合金板材缺陷的全面检测。

　　1. 2　检测方法

　　该装置采用电磁超声导波技术检测厚度10 mm以下的铝合金板材。Lamb波是一种典型的导波,具有传播距离远、灵敏度高等优点。Lamb波的能量遍布整个板厚,对铝合金板材的各部分缺陷均较为敏感,常用于大型板材的高速扫查[6]。采用曲折线圈EMAT激发Lamb波原理图如图2所示[7]。图中间距为L的曲折线圈中通以一定频率的交变电流,使试件内部产生交变的涡流,在外加静磁场的作用下使得试件内部的质点产生振动,该振动传播出去即产生电磁超声Lamb波。