声轴偏斜角的测试装置和检测方法与流程

本发明涉及测试工装领域，具体而言，涉及一种声轴偏斜角的测试装置和检测方法。

背景技术：

铁路货车轮轴超声波探伤采用横波斜探头对轮座镶入部裂纹及压装不良等缺陷进行检测，为了保证探头与车轴扫查面的充分声波耦合，轮规中要求采用弧面横波斜探头进行探伤检验。斜探头的声轴偏斜角是探头重要的性能指标，直接影响探伤检测的灵敏度以及缺陷的定位情况，容易造成缺陷漏探及误判，对产品运用安全产生一定影响。目前对于平面斜探头声轴偏斜角的测试通常是应用JB/T10062-1999《超声探伤用探头测试方法》进行测定，但是该方法只能测试平面斜探头声轴偏斜角。由于CSK-1A型试块测试面为平面，弧面横波斜探头与测试面存在间隙，机油作为耦合剂，无法保证探头与测试面良好的耦合，因此不能采用该试块进行弧面探头测试。目前对弧面斜探头的声轴偏斜角测量没有有效的测试装置以及方法。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种声轴偏斜角的测试装置和检测方法，以解决现有技术中的无法有效地测量弧面斜探头的声轴偏斜角的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种声轴偏斜角的测试装置，包括：测试块主体，测试块主体的侧壁的外表面与待测工件的工作面适配，测试块主体上设置有多个识别部，多个识别部所标识的声轴偏斜角不同，且多个识别部所标识的声轴偏斜角在预定范围内，当待测工件所发射的声束与识别部接触时，声束反射，待测工件接收反射回的声束，并将声信号转化为电信号，比较声束与多个识别部接触时所产生的不同的电信号的强度，待测工件的声轴偏斜角为最高电信号强度对应的识别部所标识的声轴偏斜角。

进一步地，测试块主体为圆柱体。

进一步地，待测工件与识别部设置在圆柱体的相对的两侧。

进一步地，多个识别部为多个裂纹缺陷，多个裂纹缺陷的至少部分位于圆柱体的轴线的一侧，多个裂纹缺陷在圆柱体的轴线方向上依次排列设置，多个裂纹缺陷与圆柱体的横截面之间的角度为声轴偏斜角。

进一步地，各裂纹缺陷之间具有预定距离。

进一步地，各裂纹缺陷的深度均相等。

进一步地，在圆柱体具有圆柱体第一端以及圆柱体第二端，在圆柱体第一端至圆柱体第二端的方向上，多个裂纹缺陷与圆柱体的横截面之间的角度逐渐增大。

进一步地，相邻的两个裂纹缺陷之间的夹角相等。

进一步地，测试块主体的长度大于400mm。

进一步地，多个识别部形成识别组，识别组为两个，两个识别组相对于测试块主体的中心横截面镜像设置。

根据本发明的另一方面，提供了一种声轴偏斜角的检测方法，通过上述的测试装置对待测工件进行检测，包括以下步骤：将待测工件放在测试块主体的侧壁的外表面上；移动待测工件，当待测工件所发射的声束与识别部接触时，声束反射，待测工件接收反射回的声束，并将声信号转化为电信号；比较声束与多个识别部接触时所产生的不同的电信号的强度，待测工件的声轴偏斜角为最高电信号强度对应的识别部所标识的声轴偏斜角。

应用本发明的技术方案，声轴偏斜角的测试装置包括测试块主体，测试块主体的侧壁的外表面与待测工件的工作面适配，上述结构能够保证待测工件与测试块主体的侧壁的外表面良好的耦合，减少待测工件所发射的声束的损失，使得声束能够顺利进入测试块主体内，保证测量精度。此外，应用本发明的技术方案，测试块主体上设置有多个识别部，多个识别部所标识的声轴偏斜角不同，且多个识别部所标识的声轴偏斜角在预定范围内，当待测工件所发射的声束与识别部接触时，声束反射，待测工件接收反射回的声束，并将声信号转化为电信号，比较声束与多个识别部接触时所产生的不同的电信号的强度，选择最高的电信号强度所对应的识别部，该识别部所标识的声轴偏斜角即为待测工件的声轴偏斜角。上述结构能够有效地测量弧面斜探头的声轴偏斜角且测量结果准确，解决了现有技术中的无法有效地测量弧面斜探头的声轴偏斜角的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的声轴偏斜角的测试装置的实施例的与待测工件配合的主视结构示意图；

图2示出了图1的测试装置与待测工件配合的俯视结构示意图；

图3示出了图1的测试装置与待测工件配合的仰视结构示意图；

图4示出了图1的测试装置与待测工件配合的侧视结构示意图；以及

图5示出了根据本发明的声轴偏斜角的检测方法的流程图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、待测工件；10、测试块主体；11、识别部；12、轴线；13、圆柱体第一端；14、圆柱体第二端；20、识别组。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1、图2和图4所示，本实施例的声轴偏斜角的测试装置包括测试块主体10。测试块主体10的侧壁的外表面与待测工件1的工作面适配，测试块主体10上设置有多个识别部11，多个识别部11所标识的声轴偏斜角不同，且多个识别部11所标识的声轴偏斜角在预定范围内。当待测工件1所发射的声束与识别部11接触时，声束反射，待测工件1接收反射回的声束，并将声信号转化为电信号，比较声束与多个识别部接触时所产生的不同的电信号的强度，待测工件1的声轴偏斜角为最高电信号强度对应的识别部所标识的声轴偏斜角。

应用本实施例的技术方案，声轴偏斜角的测试装置包括测试块主体10，测试块主体10的侧壁的外表面与待测工件1的工作面适配，上述结构能够保证待测工件1与测试块主体10的侧壁的外表面良好的耦合，减少待测工件1所发射的声束的损失，使得声束能够顺利进入测试块主体10内，保证测量精度。此外，应用本发明的技术方案，测试块主体10上设置有多个识别部11，多个识别部11所标识的声轴偏斜角不同，且多个识别部11所标识的声轴偏斜角在预定范围内，当待测工件1所发射的声束与识别部11接触时，声束反射，待测工件1接收反射回的声束，并将声信号转化为电信号，比较声束与多个识别部11接触时所产生的不同的电信号的强度，选择最高的电信号强度所对应的识别部11，该识别部11所标识的声轴偏斜角即为待测工件1的声轴偏斜角。上述结构能够有效地测量弧面斜探头的声轴偏斜角且测量结果准确，解决了现有技术中的无法有效地测量弧面斜探头的声轴偏斜角的问题。

优选地，在本实施例中，根据轮规的规定，声轴偏斜角应当在0°至1.5°之间。因此，在本实施例中，将多个识别部11所标识的声轴偏斜角设定在0°至2°之间。如果最高的电信号强度所对应的识别部11所标识的声轴偏斜角大于1.5°的话，则证明该待测工件1不符合轮规。

具体地，如图1所示，在本实施例中，待测工件1为待测探头，待测探头的工作面与测试块主体10的侧壁的外表面贴合，此外待测探头还与显示电信号的显示装置电性连接。需要说明的是，上述显示装置可以为超声波探伤仪、探头性能测试分析仪等分析仪器。下面以测试块主体10上具有5个识别部11，且5个识别部11分别标识的声轴偏斜角为0°、0.5°、1°、1.5°以及2°为例进行说明。当探头所发生的声束与标识0°的识别部11接触时，声束反射，探头接收反射回的声束，并将声信号转化为第一电信号，上述第一电信号会显示在显示装置上，方便测试人员进行观看。同样地，记录探头与其他4个识别部11接触时所分别产生的第二电信号、第三电信号、第四电信号以及第五电信号。比较第一电信号、第二电信号、第三电信号、第四电信号以及第五电信号在显示装置上显示的信号强度。选择强度最高的电信号所标识的声轴偏斜角，该声轴偏斜角即为探头的声轴偏斜角。

铁路货车轮轴超声波探伤采用横波斜探头对轮座镶入部裂纹及压装不良等缺陷进行检测，为了保证探头与车轴扫查面的充分声波耦合，轮规中要求采用弧面横波斜探头进行探伤检验。为了准确检测弧面横波斜探头的声轴偏斜角，如图1、图2和图4所示，在本实施例中，测试块主体10为圆柱体。上述结构中的弧面横波斜探头的弧面能够与圆柱体的外表面相贴合，保证了探头与圆柱体的侧壁的外表面良好的耦合，减少了探头所发射的声束的损失，使得声束能够顺利进入圆柱体内，保证测量精度。优选地，检测铁路货车轮轴的弧面横波斜探头的半径一般为80mm，因此，在本实施例中，圆柱体的直径设置为160mm，圆柱体的侧壁与探头的弧面相匹配。

如图1、图2和图4所示，图1示出了待测工件1与测试块主体10配合时的主视图，图1中的声束与待测工件1的横截面之间的夹角为A，夹角A为待测工件1的折射角度。在轮规中规定使用的待测工件1的折射角度最小的为45°、最大的为55°。为了保证所有待测工件1均能实现声轴角的测量，如图1所示，在本实施例中，待测工件1与识别部11设置在圆柱体的相对的两侧。优选地，在本实施例中，圆柱体的侧壁上设置有一条测试中心线，上述测试中心线与轴线12平行设置。与上述测试中心线相对的圆柱体的另一侧表面上设置有多个识别部11。待测工件1上同样具有中心线，当测试人员测量声轴偏斜角时，需要将待测工件1上的中心线与圆柱体的侧壁上的测试中心线对齐，然后进行前后扫查。上述结构能够保证在测试声轴偏斜角时，待测工件1与识别部11位于在圆柱体的相对的两侧，从而保证声轴偏斜角的测量精度。

如图1至图4所示，在本实施例中，多个识别部11为多个裂纹缺陷，多个裂纹缺陷的至少部分位于圆柱体的轴线12的一侧，多个裂纹缺陷在圆柱体的轴线方向上依次排列设置，多个裂纹缺陷与圆柱体的横截面之间的角度为声轴偏斜角。具体地，图2示出了待测工件1与测试块主体10配合时的俯视图，其中多个裂纹缺陷位于圆柱体的另一侧，因此由虚线表示。为了方便理解，图2中示出了两个待测工件1，其中两个待测工件1能够发出不同声轴偏斜角的声束，一个为声束B，另一个为声束C。先以能够发出声束C的待测工件1进行说明，待测工件1所发射的声束C与圆柱体的轴线之间的夹角D即为该待测工件1的声轴偏斜角。当声束C与裂纹缺陷接触时，若此时声轴偏斜角D的声束与该裂纹缺陷之间的夹角为90°，那么显示装置上的电信号强度将会达到最大，即该裂纹缺陷所标识的声轴偏斜角即为待测工件1的声轴偏斜角。同样地，待测工件1发射出的声束B与圆柱体的轴线之间的夹角为0°，当声束B与垂直于圆柱体轴线的裂纹缺陷接触时，声束B与该裂纹缺陷之间的夹角为90°，那么显示装置上的电信号强度将会达到最大，即该裂纹缺陷所标识的声轴偏斜角0°为待测工件1的声轴偏斜角。当然，本领域技术人员应当知道，其他声轴偏斜角的测试方式与上述相同，在此不再赘述。

此外，应当说明的是，由于待测工件1所发出的声束向着圆柱体的轴线12的一侧偏斜，因此，在本实施例中，将多个裂纹缺陷的至少部分设置在圆柱体的轴线12的一侧可以保证声束能够依次与所有裂纹缺陷相接触，从而实现声轴偏斜角的测量。

当待测工件1所发出的声束与图中靠近圆柱体第一端13的裂纹缺陷接触时会在显示装置上产生第一电信号，将待测工件1向着圆柱体第二端14移动，当待测工件1所发出的声束与下一裂纹缺陷接触时会在显示装置上产生第二电信号。若相邻的两个裂纹缺陷之间的距离不够大的话会造成第一信号与第二信号相互干扰，给测量人员的测量工作带来困难。因此，如图2和图3所示，在本实施例中，各裂纹缺陷之间具有预定距离。优选地，每个缺陷之间的距离为20mm。

如图2和图3所示，在本实施例中，各裂纹缺陷的深度均相等。上述结构使得测量的结果更加精确。优选地，各裂纹缺陷的深度均为1mm。

如图2和图3所示，在本实施例中，圆柱体包括圆柱体第一端13和圆柱体第二端14，在圆柱体第一端13至圆柱体第二端14的方向上，多个裂纹缺陷与圆柱体的横截面之间的角度逐渐增大。上述结构测试人员测试，使得测试准确率以及效率提高。

如图2和图3所示，在本实施例中，相邻的两个所述裂纹缺陷之间的夹角相等。优选地，在本实施例中，相邻的两个所述裂纹缺陷之间的夹角为0.5°。

如图2和图3所示，在本实施例中，由于轮规中规定使用的探头折射角度最小的为45°、最大的为55°，因此，为了保证所有探头均能实现声轴角的测量，试块长度应足够长，通过理论计算确定试块长度应大于400mm。优选地，试块长度为400mm。

待测工件1的声束可能向图2中的圆柱体的轴线12的右侧偏斜或是向轴线12的左侧偏斜，图2中的声束即是向圆柱体的轴线12的右侧偏斜，向右侧偏斜的声束能够与图2中的多个裂纹缺陷接触。但是如果待测工件1的声束向轴线12的左侧偏斜的话就会出现声束无法与裂纹缺陷接触的情况产生。因此，为了避免上述情况发生，如图3所示，多个识别部11形成识别组20，识别组20为两个，两个识别组20相对于测试块主体10的中心横截面镜像设置。具体地，当待测工件1从圆柱体第一端13向圆柱体第二端14移动的过程中，如果在显示装置上没有出现信号的话，则将待测工件放置在待测工件1的圆柱体第二端14处，然后从圆柱体第二端14处向圆柱体第一端13移动，此时裂纹缺陷会与识别组20位于圆柱体的轴线12的同侧。在待测工件1移动的过程中，声束即可与识别组20相接触，从而实现声轴角的测量。应用上述测试块主体10进行测量，不但使得测量人员能够知晓待测工件1的声轴偏斜角，还能够知晓该声轴偏斜角的偏斜方向(图2中相对于轴线12向右偏或向左偏)。当然，本领域技术人员应当知道，两个识别组20也可以相对于测试块主体10的轴线镜像设置。

如图5所示，在本申请中还提供了一种声轴偏斜角的检测方法，通过上述的测试装置对待测工件进行检测，包括以下步骤：将待测工件1放在测试块主体10的侧壁的外表面上；移动待测工件1，当待测工件1所发射的声束与识别部11接触时，声束反射，待测工件1接收反射回的声束，并将声信号转化为电信号；比较声束与多个识别部接触时所产生的不同的电信号的强度，待测工件1的声轴偏斜角为最高电信号强度对应的识别部所标识的声轴偏斜角。由于上述的测试装置具有有效测量弧面斜探头的声轴偏斜角的优点，因此通过上述的测试装置对待测工件进行检测的测试方法也具有其优点。

下面具体介绍一下声轴偏斜角测试方法：

首先，将待测工件1放置在测试块主体10的测试中心线上，并且将待测工件1放置在测试块主体10的中部，然后待测工件1向着测试块主体10的圆柱体第二端14的方向移动。移动待测工件1找到测试块主体10的圆柱体第一端13的下棱角反射波，然后向圆柱体第二端14移动探头找到0°、1mm深裂纹缺陷，调节增益将裂纹缺陷反射回波调节至显示装置满屏的80％，并将此定为基准波高，同时确定探头的初始位置。接着，依次向圆柱体第二端14移动探头找出其他裂纹缺陷反射波，比较各个裂纹缺陷反射波幅度，最高波的裂纹缺陷位置即为探头声轴偏斜的角度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。