一種旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)及檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)與方法，屬于無損檢測領域。
【背景技術】
[0002] 設備的軸系對設備的正常運轉(zhuǎn)起到至關重要的作用，軸系大多工作載荷比較大， 運轉(zhuǎn)環(huán)境比較惡劣，所W非常容易出現(xiàn)疲勞裂紋，疲勞裂紋的出現(xiàn)嚴重縮短了軸的服役壽 命，并且容易造成嚴重的事故?，F(xiàn)有的針對于軸系的無損檢測大多需要設備停機并將軸拆 裝后進行檢測，并且無損檢測周期比較長，對生產(chǎn)造成比較大的影響。因此，對運轉(zhuǎn)的軸系 實時監(jiān)測關鍵位置的裂紋狀況，確定裂紋位置，評估裂紋的嚴重程度，對合理安排生產(chǎn)具有 重要意義。
[0003] 由于軸系的運轉(zhuǎn)速度比較快，需要對軸系非接觸、遠距離、快速檢測。激光超聲技 術是利用激光激發(fā)超聲的無損檢測技術，激光具有較好的指向性和遠距離不發(fā)散的特點， 能夠激發(fā)出多種模態(tài)的超聲波，且能夠檢測到表面微小的裂紋，可W實現(xiàn)裂紋的快速、遠距 離、非接觸高效率檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明旨在提供一種旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)與方法，可W通過激光掃描實 現(xiàn)軸類的非接觸、實時、快速檢測，檢測出軸表面的橫向和縱向裂紋，并確定裂紋的位置。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：
[0006] 一種旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)，用于檢測被檢測軸表面裂紋，包括脈沖激光 器、頻率控制裝置、激光束調(diào)制光路、激光掃描單元、軸向空氣禪合接收探頭、周向空氣禪合 接收探頭、軸向位置編碼器、周向位置編碼器、信號處理電路及計算機；
[0007] 所述脈沖激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述頻率控制裝置、激光束調(diào)制光路、激光掃描單 元調(diào)節(jié)后照射在被檢測軸上，形成激光入射點，定義該點處的軸表面法線為a;
[0008] 所述周向空氣禪合接收探頭對應被檢測軸上的測量點一，用于檢測在同一個軸 面上的平行于軸線的裂紋；所述測量點一與所述激光入射點在同一軸橫截面上，且所述測 量點一處的軸表面法線b丄曰，所述周向空氣禪合接收探頭與法線b的夾角為α，其中，
式中，Cgu為超聲波在空氣中的傳播速度，為超聲波在軸中的傳播速度；
[0009] 所述軸向空氣禪合接收探頭對應被檢測軸上的測量點二，用于檢測垂直于軸向的 裂紋；所述測量點二與所述激光入射點在同一條平行于軸屯、的線上；定義測量點二處的被 檢測軸表面法線為C，所述軸向空氣禪合接收探頭與法線C的夾角也為α;
[0010] 所述周向位置編碼器與所述周向空氣禪合接收探頭相連，用于確定測量點一的隨 時間變化的位置；所述軸向位置編碼器與所述軸向空氣禪合接收探頭相連，用于確定測量 點二的隨時間變化的位置。
[0011] 作為進一步的改進，所述激光掃描單元內(nèi)設有可旋轉(zhuǎn)的反光鏡，用于實現(xiàn)所述激 光入射點在被檢測軸表面的移動；所述測量點一和測量點二隨著所述激光入射點移動相同 距離，在此過程中，所述周向空氣禪合接收探頭跟隨測量點一移動且保持與測量點一的相 對位置不變；所述軸向空氣禪合接收探頭跟隨測量點二移動且保持與測量點二的相對位置 不變。
[0012] 優(yōu)選的，所述周向空氣禪合接收探頭和軸向空氣禪合接收探頭距離被檢測軸表面 的距離為10~20mm。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種使用如上所述的旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)進行的旋轉(zhuǎn) 軸表面裂紋在線檢測方法，包括W下步驟：
[0014] 步驟一、根據(jù)被檢測軸的旋轉(zhuǎn)速度確定脈沖激光發(fā)射的頻率，運用公式
[0015]
[0016] 使所述激光入射點隨著被檢測軸的旋轉(zhuǎn)在軸的周向等間隔分布；
[0017] 式中，t。為每次發(fā)射激光的時間間隔，η為激光入射點的個數(shù)，Vit為被檢測軸旋轉(zhuǎn) 速度，其單位為r/min;R為被檢測軸的半徑，1為被檢測軸周向相鄰激光入射點之間的弧 長；
[0018] 步驟二、所述周向空氣禪合接收探頭接收測量點一處傳來的周向超聲波，檢測被 檢測軸上平行于軸線的裂紋；
[0019] 步驟Ξ、所述軸向空氣禪合接收探頭接收測量點二處沿軸方向傳播的表面波，檢 測激光入射點與測量點二之間的垂直于軸線的裂紋；
[0020] 步驟四、當被檢測軸旋轉(zhuǎn)完一周后，脈沖激光器的激光掃描單元控制激光束W- 定間隔沿軸向移至下一檢測位置，進行步驟二和步驟Ξ所述的檢測；
[0021] 步驟五、計算機接收到每一時刻的超聲信號W及周向位置編碼器和軸向位置編碼 器提供的探頭位置信號，運用時頻信號處理方法提取軸向和周向超聲信號的特征值，并判 斷裂紋存不存在W及嚴重程度；當判斷某一位置存在裂紋時，計算機自動存儲裂紋的位置 和接收的時刻，并做出軸向和周向超聲信號的時間-幅值-位置的Ξ維圖形，可視化被檢測 軸在該位置處的裂紋狀況，并輸出檢測報告。
[0022] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0023] 本發(fā)明運用激光激發(fā)超聲波，可W非接觸、遠距離地實現(xiàn)軸類裂紋的檢測，能夠快 速定位裂紋的橫向、縱向形態(tài)和位置；通過控制激光的發(fā)射頻率，可W實現(xiàn)軸在運轉(zhuǎn)過程中 就可W在線檢測到軸類表面的裂紋；通過控制掃描模塊W及空氣禪合接收探頭的移動，可 W快速的實現(xiàn)整條軸系的裂紋檢測。
[0024] 本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)及其檢測方法，具有良好的實用性，在實 際使用中能夠快速、有效的檢測軸類表面的裂紋，且不需要停機進行檢測，降低了廠商的時 間和經(jīng)濟損失，具有良好的使用前景。
【附圖說明】
[00巧]圖1為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測系統(tǒng)一個實施例的結構示意圖；
[0026] 圖2為圖1實施例中激光掃描單元和周向空氣禪合探頭的位置示意圖；
[0027] 圖3為圖1實施例中激光掃描單元和軸向空氣禪合探頭的位置示意圖；
[0028] 附圖標記說明：1-激光頻率控制器，2-脈沖激光器，3-激光調(diào)制光路，4-激光掃 描單元，5-周向空氣禪合探頭，6-軸向空氣禪合探頭，7-周向位置編碼器，8-軸向位置編碼 器，9-被檢測軸，10-激光入射點，11-測量點一，12-測量點二。
【具體實施方式】
[0029] 為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是 應當理解，運些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的 限制。
[0030] 如圖1所示，在本發(fā)明的一個實施例中，一種旋轉(zhuǎn)軸表面裂紋在線檢測裝置，包括 脈沖激光器2、頻率控制裝置1、激光束調(diào)制光路3、激光掃描單元4、軸向空氣禪合接收探 頭6、周向空氣禪合接收探頭5、軸向位置編碼器8、周向位置編碼器7、信號處理電路及計算 機；
[0031] 其中，脈沖激光器發(fā)出的激光經(jīng)過頻率控制裝置、激光束調(diào)制光路、激光掃描單元 調(diào)節(jié)后照射在被檢測軸上，形成激光入射點10,設該點處的軸表面法線為a;
[0032] 如圖2所示，周向空氣禪合接收探頭對應被檢測軸上的測量點一 11，用于檢測 在同一個軸面上的平行于軸線的裂紋；測量點一與所述激光入射點在同一軸橫截面上， 且測量點一處的軸表面法線b丄曰，周向空氣禪合接收探頭與法線b的夾角為α，其中，
式中，Cgu為超聲波在空氣中的傳播速度，為超聲波在軸中的傳播速度；
[003引如圖3所示，軸向空氣禪合接收探頭對應被檢測軸上的測量點二12,用于檢測垂 直于軸向的裂紋；測量點二與激光入射點在同一條平行于軸屯、的線上，定義測量點二處的 被檢測軸表面法線