超声波探头性能检测装置及方法与流程

本发明涉及超声波设备性能检测领域，具体涉及一种超声波探头性能检测装置及方法。

背景技术：

超声波探伤是工业无损检测中主要的方法之一，是近年来发展最为迅速的无损检测技术。超声波的发射和接收是通过探头来表现的，超声探头性能直接影响发射超声波的特性，在超声波检测工作中，不仅需要高性能的超声波探伤仪器，还需要性能良好的超声波探头，因此对超声波探头进行性能测试和评价尤为重要，进行探头性能检测的主要意义在于：

(1)超声探头是超声波发射和回波接收器件，作为整个检测系统的重要组成部分，当检测设备和工艺确定后，探头的选择便成为确保检测质量的最主要因素，探头性能的好坏直接影响着超声波探伤的准确与否，是保证探伤质量的关键之一，因此需要方便快捷检测出超声探头的性能。

(2)对采购后处于使用阶段的探头，在服役一段时间后，如果性能达不到要求，将严重影响缺陷检测的精度，因此有必要对在役探头的性能进行检测。

目前，国内关于探头测试仪的报道基本上还是根据GB/T 18694-2002和GB/T 18852-2002，采用A型超声波发射/接收装置、示波器、衰减器、函数信号发生器、频谱分析仪等仪器的综合使用，这种方法所需设备较多，价格昂贵，并且由于要求人工操作、计算，导致操作繁琐、利用率低、数据计算复杂，严重影响了超声探头使用者对探头性能的检测评估，尤其是在声场测量方面使用人工测量，劳动强度大，自动化程度差和人为误差大，影响了探伤检测结果的可信性。

因此，开发数字化、自动化的探头性能测试系统来快速、准确、可靠地对探头的性能进行测定，将过去测试中使用的各类测试仪器集成到高性能的信号测试和分析单元，并应用分析测试方法实现探头性能的测试和信息化管理工作，这对于克服传统测试中存在的如检测过程繁琐、配套器材繁多、手工操作、数据人工换算、数字化程度低等问题，有效提高探头性能测试的装备水平都具有十分重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种超声波探头性能检测装置及方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种超声波探头性能检测装置，包括主机和三轴精密丝杠传动装置，所述主机设置有超声波发射/接收卡、中央处理器和多轴运动控制卡，所述超声波发射/接收卡和所述多轴运动控制卡均通过PCI接口与所述中央处理器电连接，所述中央处理器还电连接有显示器、手柄信息接收器和打印机，所述中央处理器与所述手柄信息接收器通过USB接口连接，所述手柄信息接收器无线连接有手持式机构运动控制器，所述多轴运动控制卡电连接有伺服控制器，所述伺服控制器驱动连接有X向伺服电机、Y向伺服电机和Z向伺服电机，所述X向伺服电机、所述Y向伺服电机和所述Z向伺服电机分别与所述三轴精密丝杠传动装置的X向传动丝杆、Y向传动丝杠和Z向传动丝杠连接，所述三轴精密丝杠传动装置设置有位置检测器，所述位置检测器与所述多轴运动控制卡电连接，所述三轴精密丝杠传动装置安装有用于固定超声波探头的探头夹持装置，所述超声波探头的超声波发射方向安装有用于反射超声波的反射板。

进一步地，所述超声波发射/接收卡为基于PCI的多通道数字化板卡。

进一步地，所述三轴精密丝杠传动装置的X向传动丝杆、Y向传动丝杠和Z向传动丝杠上均设置有传动块，所述Y向传动丝杠固定安装在所述X向传动丝杆的传动块上，所述Z向传动丝杠固定安装在所述Y向传动丝杆的传动块上，所述探头夹持装置固定安装在所述Z向传动丝杆的传动块上。

进一步地，所述伺服控制器包括X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元和Z轴伺服驱动单元，所述X轴伺服驱动单元、所述Y轴伺服驱动单元和所述Z轴伺服驱动单元分别驱动连接有所述X向伺服电机、所述Y向伺服电机和所述Z向伺服电机，所述X轴伺服驱动单元、所述Y轴伺服驱动单元和所述Z轴伺服驱动单元均电连接有限位/回零传感器。

进一步地，所述反射板和所述三轴精密丝杠传动装置安装在同一个工作台上。

根据上述结构得出的超声波探头性能检测方法，包括以下步骤：

A1：通过操作手持式机构运动控制器，控制各个伺服电机动作，将超声波探头位置初始化；

A2：通过操作手持式机构运动控制器，控制各个伺服电机动作，使得超声波探头在多个不同的位置发出超声波信号，并通过反射板反射信号，超声波发射/接收卡获取超声波反射信息；

A3：利用中央处理器对超声波发射/接收卡所获取到的超声波数据信息进行时频分析；

A4：利用中央处理器对超声波发射/接收卡所获取到的超声波数据信息进行声场分析；

A5：根据时频分析结果和声场分析结果对超声波探头性能进行评估。

具体地，所述时频分析包括以下步骤：

B1：调节超声波发射/接收卡参数，使其波形处于最佳位置；

B2：调节闸门位置，获取时域数据；

B3：对获取到的时域数据进行快速FFT变换，计算并分析各个参数；

B4：通过显示器显示图形，并保存数据和图形。

具体地，所述声场分析包括以下步骤：

C1：调节超声波发射/接收卡参数，使其波形处于最佳位置；

C2：调节闸门位置；

C3：多轴运动控制卡自动扫查起点、终点、步进等参数数据；

C4：多轴运动控制卡自动扫查超声波探测器在Y轴、Z轴、X轴方向的运动；

C5：保存扫查数据，并显示声场图形；

C6：分析计算扫查数据，并保存计算出的数据结果和图形结果。

本发明的有益效果在于：

本发明可克服传统检测过程繁琐、配套器材繁多、手工操作、数据人工换算、数字化程度低等问题，大大简化了探头性能检测的步骤和过程，提高了检测的准确性和效率，节约了检测成本，提高了探头性能检测装备的水平，为各类零件内部缺陷的正确检出提供了基础和有力的技术支持。

附图说明

图1是本发明所述超声波探头性能检测装置的结构示意框图；

图2是本发明中的时频分析流程图；

图3是本发明中的声场分析流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括主机和三轴精密丝杠传动装置，主机设置有超声波发射/接收卡、中央处理器和多轴运动控制卡，超声波发射/接收卡和多轴运动控制卡均通过PCI接口与中央处理器电连接，中央处理器还电连接有显示器、手柄信息接收器和打印机，中央处理器与手柄信息接收器通过USB接口连接，手柄信息接收器无线连接有手持式机构运动控制器，多轴运动控制卡电连接有伺服控制器，伺服控制器驱动连接有X向伺服电机、Y向伺服电机和Z向伺服电机，X向伺服电机、Y向伺服电机和Z向伺服电机分别与三轴精密丝杠传动装置的X向传动丝杆、Y向传动丝杠和Z向传动丝杠连接，三轴精密丝杠传动装置设置有位置检测器，位置检测器与多轴运动控制卡电连接，三轴精密丝杠传动装置安装有用于固定超声波探头的探头夹持装置，超声波探头的超声波发射方向安装有用于反射超声波的反射板。

超声波发射/接收卡为基于PCI的多通道数字化板卡。

三轴精密丝杠传动装置的X向传动丝杆、Y向传动丝杠和Z向传动丝杠上均设置有传动块，Y向传动丝杠固定安装在X向传动丝杆的传动块上，Z向传动丝杠固定安装在Y向传动丝杆的传动块上，探头夹持装置固定安装在Z向传动丝杆的传动块上。

伺服控制器包括X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元和Z轴伺服驱动单元，X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元和Z轴伺服驱动单元分别驱动连接有X向伺服电机、Y向伺服电机和Z向伺服电机，X轴伺服驱动单元、Y轴伺服驱动单元和Z轴伺服驱动单元均电连接有限位/回零传感器。

为了便于操作和布局，反射板和三轴精密丝杠传动装置安装在同一个工作台上。

超声波探头性能检测方法包括以下步骤：

A1：通过操作手持式机构运动控制器，控制各个伺服电机动作，将超声波探头位置初始化；

A2：通过操作手持式机构运动控制器，控制各个伺服电机动作，使得超声波探头在多个不同的位置发出超声波信号，并通过反射板反射信号，超声波发射/接收卡获取超声波反射信息；

A3：利用中央处理器对超声波发射/接收卡所获取到的超声波数据信息进行时频分析；

A4：利用中央处理器对超声波发射/接收卡所获取到的超声波数据信息进行声场分析；

A5：根据时频分析结果和声场分析结果对超声波探头性能进行评估。

如图2所示，时频分析包括以下步骤：

B1：调节超声波发射/接收卡参数，使其波形处于最佳位置；

B2：调节闸门位置，获取时域数据；

B3：对获取到的时域数据进行快速FFT变换，计算并分析各个参数；

B4：通过显示器显示图形，并保存数据和图形。

如图3所示，声场分析包括以下步骤：

C1：调节超声波发射/接收卡参数，使其波形处于最佳位置；

C2：调节闸门位置；

C3：多轴运动控制卡自动扫查起点、终点、步进等参数数据；

C4：多轴运动控制卡自动扫查超声波探测器在Y轴、Z轴、X轴方向的运动；

C5：保存扫查数据，并显示声场图形；

C6：分析计算扫查数据，并保存计算出的数据结果和图形结果。

本发明所述超声波探头性能检测装置的构建原理与总体结构见图1所示。超声波探头在检测机构的带动下做X、Y、Z方向的直线运动，检测不同类型的探头可换用不同的检测试块，X、Y、Z方向的电机的伺服控制器与插在主机内的多轴运动控制卡相连，这样通过软件就可以控制探头的运动。通过探头发射与接收的超声波与插入计算机的多通道超声波发射/采集卡相连，这样通过计算机上的上位机程序，就可以控制探头的运动和超声信号的采集，并采用信号分析、频谱分析、数据处理等技术，就可以得到当前探头的性能。本系统具有如下特点：

(1)应用现代电子信息技术，将原使用的各类信号分析测试仪器集成到信号分析测试单元,并充分应用软件技术，实现数字信号处理功能，包括信号提取、频谱分析、波形显示、参数计算、探头声场数据分析、数据存储等功能；

(2)能够满足直探头、斜探头、双晶探头、水浸平探头、水浸聚焦探头的性能测试；

(3)基于Windows XP操作系统，应用计算机技术、实现测试办法的流程化，实现测试自动化和可视化操作，建立完整的信息系统；

(4)测试条件、结果直观显示，对测试结果进行评判，实现测试数据存储和测试报告打印等功能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围内。