棒材缺陷超声自动检测系统的研制

　　棒材是将坯料经过锻造、轧制塑性加工成型。这类半成品是用途很重要的材料,因此对其检测方法的要求十分严格。棒材在生产中产生的缺陷既有内部的也有表面的。内部缺陷是由坯内缺陷在锻造或轧制过程中延展而成,主要是在中心部位的缩孔和夹杂物,还有在锻造或轧制过程中以这些缺陷为起点而产生的裂纹,这些缺陷一般都沿纵轴延展,当塑性加工变形量大时,缺陷也会变得更长些。由于脉冲回波超声检测技术能较好地检查出棒材的内部缺陷及表面缺陷,同时具有检测灵敏度高、穿透力强、指向性好、检测速度快、检测费用低等一系列的优点。棒材的超声检测一般采用两个超声探头,探头N和探头A,探头N采用垂直波束探伤棒材中心部位的缺陷。探头A采用斜射波束检测,以检测棒材表面和近表面缺陷。棒材检测探头布置如图1所示。

　　垂直入射的纵波检测由于脉冲宽度的影响,上下表面附近的缺陷就无法发现。此外对于与表面垂直或近似垂直的裂纹类缺陷,由于其与声束轴夹角很小,回波幅度较低,难以探出,所以要加上斜入射的横波检测以达到全面探测各个部位各种取向缺陷的目的。

　　由于液浸法便于进行自动化控制,在水槽中布置可以上下运动的气动平台,平台上固定了数组支撑滚轮。将棒材吊装放置在多组滚轮上,采用棒材头部气动夹具夹牢,尾部尾架压下棒材的装夹方案。探头固定在一个xyz三轴机械手上。由伺服电机带动棒材旋转。通过棒材的旋转和计算机控制机械手的各轴的进给实现棒材旋转、探头进给的方式达到对整根棒材沿长度方向的螺旋扫查策略。

　　1　试验台的系统组成

　　试验台的系统组成如图2所示。气压站提供气动平台和气动夹具的气源。伺服系统提供各轴的准确运动定位控制。由于水中气泡对超声检测有影响,所以采用水加热系统消除水中气泡。控制中心是试验系统的核心部分,包括超声信号的发射、接受,棒材缺陷回波信号的采集、显示、成像和分析等。同时担负着对整个系统各个子系统的协调和运行状况实时监控的任务。

　　2　系统硬件设计

　　系统硬件由工控机、端子板及外部设备组成。如图3所示,控制对象的被测参数经传感器、变送器送入A/D采样卡,通过模数转换由工控机获取。开关量可直接由工控机采样。工控机对数据进行处理和计算,然后经开关量或模拟量输出通道输出,对被测对象进行控制。

　　系统模拟量包括水加热系统温度、气压站压力、二次仪表进行控制的输出模拟量信号。开关量输入信号主要是各类行程开关,如气缸行程位置、导轨限位开关、电机热继电器报警信号等等,开关量输入信号用以监测系统运行状态,在异常情况下能给出相应的报警信息,供工控机分析处理。开关量输出信号由工控机控制各类电磁阀和电机,执行相应的动作。超声卡主要是完成系统的超声回波数据采集和缺陷信号的提取;伺服控制卡实现机械系统各轴精确的运动控制;位置控制卡可以使工控机监视运动控制系统的位置。