一种基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测装置的制作方法

本发明涉及无伤检测物体的技术领域，具体而言，涉及一种基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测装置。

背景技术：

无损检测(nondestructivetesting，ndt)是建立在现代科学技术基础上的一门应用性技术科学，它以不破坏检测物体内部结构为前提，应用物理的方法检测物体内部或表面的物理性能、状态特性以及内部结构，检查物体内部是否存在不连续性(即缺陷)，从而判断被测物是否合格，进而评价其适用性。电磁无损检测是无损检测技术的重要分支，是利用材料在电磁场作用下电磁性能的变化来检测材料中的缺陷。因此，电磁无损检测技术被广泛应用于航空、航天、机械、汽车、核能、铁路等行业中金属构件的缺陷检测，成为不可或缺的质量保证手段。

现有的旋转金属构件缺陷检测方法主要为静态或准静态的扫描式检测，检测方法主要有超声检测、涡流检测、漏磁检测、巴克豪森效应检测等，然而这些检测方法存在检测耗时、效率低，不利于工业生产中市场竞争力的提高。为实现旋转金属构件缺陷的快速检测，急需提高对旋转金属构件中缺陷无损检测的速度，现有的检测方法在进行旋转金属构件的缺陷检测时，主要存在以下问题：

①超声检测：需要耦合剂，限制检测速度的提高，同时超声检测对于金属构件表面及亚表面缺陷的定量检测存在一定困难；

②涡流检测：运动状态下的涡流检测受提离因素的影响较大，并且由于趋肤效应而无法实现金属构件内部缺陷的检测；

③漏磁检测：仅适用于铁磁性材料金属构件的缺陷检测，同时由于磁化滞后效应导致金属构件在高速巡检时磁化不完全，影响缺陷的定量识别。

对于旋转金属构件中的缺陷而言，静态或准静态的扫描式无损检测操作，导致检测效率不高。同时，因旋转金属构件多为圆环或圆盘形状，从而给静态或准静态检测扫描路径的选择带来困难。因此，为提高缺陷检测效率，实现旋转金属构件缺陷的快速、准确的无损检测，静态或准静态的扫描式无损检测方法已经无法满足需求。

伍剑波等人利用运动金属构件与检测装置之间存在相对运动，从而在金属构件内部将产生动生涡流的现象，提出了一种基于动生涡电流的金属管件电磁无损检测装置(中国专利：cn205538829u)

该装置存在以下问题和不足：

①该装置的运动轨迹为直线，并且由于装置的结构的限制，使其只能实现运动金属管件中缺陷的检测，而对于转动金属构件中缺陷的无损检测存在困难。

②由于该装置采用“v”型轮运送装置直线推进运送待检测金属管件，从而限制了检测速度的进一步提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测装置，其能够对汽轮机转子、齿轮轴等快速旋转的金属构件中缺陷，进行快速、准确的定量无损检测，有效的提高了旋转金属构件缺陷检测检测效率，实现了旋转金属构件缺陷的快速定量识别。

本发明的实施例是这样实现的：

一种基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测装置，其包括：固定有旋转金属构件的转动平台、用于电连接转动平台的调速器、具有激励线圈和磁传感器的探头、用于固定探头的夹具、电连接激励线圈的电源、电连接磁传感器的信号调理电路、电连接信号调理电路的数据采集卡和电连接数据采集卡的计算机，探头与旋转金属构件的位置通过夹具调节，激励线圈通过通电产生恒定磁场，探头与旋转金属构件存在相对运动，进一步地，旋转金属构件相对于探头可转动；当旋转金属构件内部含有缺陷时，旋转金属构件内的磁场将发生扰动，并通过磁传感器检测扰动的磁场信号，磁传感器将探测到的磁场信号转化为电压信号并输出至信号调理电路，信号调理电路将电压信号滤波放大并传输信号至数据采集卡，数据采集卡将数据传递至计算机进行分析和处理；其中，数据采集卡可并入计算机中，与计算机成为整体。

在本发明较佳的实施例中，上述转动平台包括电机、转轴和旋转金属构件，电机通过转轴驱动旋转金属构件转动，转轴与旋转金属构件相互固定。

在本发明较佳的实施例中，上述转动平台还包括联轴器、轴承和轴承座，轴承卡入轴承座，转轴的一端穿过旋转金属构件后通过轴承固定在轴承座，转轴的另一端穿过轴承固定在轴承座后连接联轴器，联轴器两端将电机机轴与转轴连接。

在本发明较佳的实施例中，上述转动平台还包括电机支座和基础板，基础板设置有安装电机支座和轴承座的安装孔，电机通过电机支座固定在基础板顶面，轴承座固定在基础板。

在本发明较佳的实施例中，上述探头通过夹具固定在旋转金属构件的上方且相距d，d值的范围为0.5mm～1mm。

在本发明较佳的实施例中，上述激励线圈呈环状且磁传感器置于环内，磁传感器为巨磁阻传感器、隧道磁传感器或霍尔传感器。

在本发明较佳的实施例中，上述夹具包括底座、连接件、横杆和夹头，底座设置有供连接件上下移动的杆体，连接件通过杆体调节高度，连接件相对于杆体可360°转动，横杆的两端分别连接夹头和连接件，夹头相对于横杆可转动，横杆相对于底座可转动。

在本发明较佳的实施例中，上述夹具还包括锁紧件，连接件设置有供插入杆体的竖向的第一插孔、供插入横杆一端的横向的第二插孔和供固定位置的固定孔，固定孔将第一插孔对外连通，锁紧件通过固定孔将连接件的高度和横杆的转动角度固定。

在本发明较佳的实施例中，上述探头安装于夹头，探头通过横杆调节与旋转金属构件之间的距离，探头通过横杆和夹头调节朝向旋转金属构件的角度。

在本发明较佳的实施例中，上述夹头具有将探头卡住的环，环的外侧端连接横杆的一端，夹头设置有连通环内外侧的固定孔，锁紧件通过固定孔将探头卡在环内。

本发明的有益效果是：

本发明基于动生涡流原理，采用直流电源作为激励，利用探头与旋转金属构件之间相对运动而产生动生涡流，实现对旋转金属构件中缺陷的无损检测，检测速度快，准确性较高；转动平台利用调速器实现对旋转金属构件转速的控制，并通过调速器实现旋转金属构件实际转速的实时监控与调节，可带动各种形状和不同尺寸的金属构件高速旋转，可检测多种类金属构件，适应性较广；探头的夹具能够自由调节高度及位置，具有粗调和精调探头的功能，可以使探头快速对准各类被检构件，确定合适的提离距离和检测部位；实现了高速旋转金属构件缺陷的检测，简单而便捷，实现了高速旋转的结构，如齿轮、轴承环及法兰等的缺陷无损检测，解决了旋转金属构件缺陷检测方法中存在的检测耗时、效率低的问题，提升了金属零件在生产过程中及后期质量监控等工业运用中的市场竞争力，从而带来巨大的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本发明基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测装置的示意图；

图2为本发明基于动生涡流的电磁无损检测的原理图；

图3为本发明基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测装置的原理图；

图4为本发明探头的结构示意图；

图5为本发明探头的纵截面图；

图6为本发明旋转平台的结构示意图；

图7为本发明旋转平台的装配结构图；

图8为本发明夹具的结构示意图；

图9为本发明夹具的装配结构图；

图标：1-转动平台；11-电机；12-联轴器；13-轴承座；14-轴承；15-转轴；16-旋转金属构件；17-基础板；18-电机支座；2-调速器；3-电源；4-探头；41-激励线圈；42-磁传感器；5-夹具；51-底座；52-连接件；53-横杆；54-夹头；6-信号调理电路；7-数据采集卡；8-计算机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种基于动生涡流的旋转金属构件16电磁无损检测装置，其包括：固定有旋转金属构件16的转动平台1、用于电连接转动平台1的调速器2、具有激励线圈41和磁传感器42的探头4、用于固定探头4的夹具5、电连接激励线圈41的电源3、电连接磁传感器42的信号调理电路6、电连接信号调理电路6的数据采集卡7和电连接数据采集卡7的计算机8，转动平台1包括电机11、转轴15、旋转金属构件16、联轴器12、轴承14、轴承座13、电机支座18和基础板17，夹具5包括底座51、连接件52、横杆53、夹头54和锁紧件，底座51设置有供连接件52上下移动的杆体，该锁紧件为螺栓；本发明利用动生涡流原理，通过探头4与旋转金属构件16之间的相对运动而产生的动生涡流实现缺陷检测，以直流电作为激励源，更加简单方便，能够实现高速旋转金属构件16缺陷的快速检测，同时配备可自由调节探头4高度及位置的夹具5，方便检测时探头4的位置的粗条和精调，实现了高速选装金属构件如齿轮、轴承14环及法兰等的缺陷无损检测。

请参照图2，基于动生涡流进行电磁无损检测的原理为：当直流电通入探头4内的激励线圈41中时，探头4将产生一个恒定的磁场b'，此时，若探头4下方存在旋转金属构件16，由于探头4与金属构件之间存在相对运动，根据法拉第电磁感应定律，试件表面将产生动生涡流，记为j1、j2，由楞次定律知，动生涡流j1、j2的方向相反，j1、j2所产生的磁场分别记为b1和b2，方向分别与恒定磁场b'的方向相同和相反。同时，若被检测金属构件为铁磁性材料，则铁磁性构件将会被恒定磁场b'磁化，产生磁化场b3，其方向与恒定磁场b'的方向相同。因此，电磁无损检测系统内部的综合磁场b可以表示为：

b＝b'+b1+b2+b3

其中，b为电磁无损检测系统内部的综合磁场，b'为探头4产生的恒定磁场，b1和b2为动生涡流j1和j2所产生的磁场，b3为旋转金属构件16产生的磁化场。

当存在缺陷的旋转构件金属构件以一定速度经过探头4时，综合磁场b将发生扰动，通过使用巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器和霍尔传感器等磁传感器42测得此综合磁场b的信号，对磁传感器42的感应信号进行放大滤波处理，并对放大滤波后的信号的采集和处理，最后通过计算机8的分析和处理，实现缺陷的定量识别。

请参照图3，探头4与旋转金属构件16存在相对运动，本实施例中，旋转金属构件16相对于探头4高速转动，对高速转动的旋转金属构件16进行电磁无损检测时，首先将转动平台1、调速器2、探头4、夹具5、电源3、信号调理电路6、数据采集卡7和计算机8依次连接在一起，其中调速器2、信号调理电路6、数据采集卡7和计算机8为现有技术，数据采集卡7可并入计算机8中与计算机8成为整体，本实施例中，数据采集卡7与计算机8分开设置；调速器2通过电接线连接至转动平台1的电机11，探头4安装在夹具5且位于旋转金属构件16旁，电源3通过电接线连接至探头4的激励线圈41，信号调理电路6通过电接线连接至探头4的磁传感器42，信号调理电路6与数据采集卡7通过电接线连接，数据采集卡7和计算机8之间通过电接线连接，将旋转金属构件16固定在基础板17，转动平台1利用电机11驱动金属构件旋转，由调速器2调节转动速度，并通过调速器2实现旋转金属构件16实际转速的显示与调节，探头4与旋转金属构件16的位置通过夹具5调节，通过夹具5将探头4调节到适当位置，用夹具5固定于以一定速度的旋转的金属构件上方，提离距离为d，d的范围为0.5mm<d<1mm，将探头4中的激励线圈41通入电源3的直流电，激励线圈41通过通电产生恒定磁场，当旋转金属构件16内部含有缺陷时，旋转金属构件16内的磁场将发生扰动，并通过磁传感器42检测扰动的磁场信号，可使用巨磁阻传感器、隧道磁阻传感器或霍尔传感器等磁传感器42测得此磁场信号，本实施例的磁传感器42采用霍尔传感器，磁传感器42将探测到的磁场信号转化为电压信号并输出至信号调理电路6，将磁传感器42输出的电信号经过信号调理电路6进行滤波放大，滤除电压信号中的杂波电压信号并对信号进行一定倍数的放大，有利于信号的读取和处理，信号调理电路6将电压信号滤波放大并传输信号至数据采集卡7，信号输入到数据采集模块进行数据采集及a/d转换，最后，数据采集卡7将数字信号传递至计算机8进行分析和处理，实现缺陷的定量识别。

请参照图4和图5，探头4包括激励线圈41和磁传感器42，激励线圈41通过电接线连接电源3，磁传感器42通过电接线连接信号调理电路6，激励线圈41呈环状激励且具有激励线圈41外径和激励线圈41内径，使得激励线圈41形成环柱体，磁传感器42置于环柱体内，磁传感器42为巨磁阻传感器、隧道磁传感器42或霍尔传感器，激励线圈41通入激励信号(直流电)从而产生恒定磁场，探头4与旋转金属构件16相对运动使得在金属构件内部产生动生涡流，若被检测旋转金属构件16为铁磁性材料，则铁磁性构件将会被激励线圈41的恒定磁场磁化，最终电磁无损检测系统内部的综合磁场如上述电磁无损检测原理中的综合磁场b的公式所示，当存在缺陷的旋转构件金属构件以一定速度经过探头4时，综合磁场b将发生扰动，通过使用磁传感器42，测得此综合磁场b的信号，本实施例的磁传感器42为霍尔传感器，霍尔传感器将探测到的磁场信号转化成相对应的电压信号，并将该电压信号输出到信号调理电路6。

请参照图6和图7，转动平台1包括电机11、转轴15、旋转金属构件16、联轴器12、轴承14、轴承座13、电机支座18和基础板17，转动平台1主要用于带动金属构件高速旋转，同时须保证整套装置运行平稳，电机11选用直流永磁电机11，其具有较大的转速和扭矩，以能够带动旋转金属构件16高速转动，电机11的底部焊接有电机11壳体，电机11壳体设置有螺栓孔，电机支座18的顶部设置有与其位置相对的螺栓孔，螺栓通过螺栓孔将电机11固定在电机支座18，电机11通过联轴器12连接转轴15并驱动旋转金属构件16转动，联轴器12用于连接电机11机轴和转轴15，电机11机轴的一端卡入联轴器12，转轴15的一端卡入联轴器12的另一端，为避免由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响，联轴器12选择使用膜片联轴器12，补偿电机11机轴和转轴15的位置偏差和相对位移，联轴器12的弹性元件为一定数量的很薄的圆环形金属膜片叠合而成的膜片组，膜片沿圆周均布有多个螺栓孔，使用铰制孔用螺栓交错间隔与两边的半联轴器12相连接，这样将弹性元件上的弧段分为交错受压缩和受拉伸的两部分，拉伸部分传递转矩，压缩部分趋向皱折，当所连接的电机11机轴和转轴15存在轴向、径向和角位移时，金属膜片便产生波状变形，保证其联结的电机11机轴和转轴15运转稳定，轴承座13采用q235钢材制造，轴承座13的顶部具有通槽，通槽呈圆柱体形且将轴承座13两端连通，其用以安装轴承14，并通过螺栓与基础板17固定，轴承14选用深沟球轴承14，主要用以承受转轴15的径向载荷，也可同时承受一定的轴向载荷，轴承14卡入轴承座13，转轴15的一端穿过旋转金属构件16后通过轴承14固定在轴承座13，转轴15的另一端穿过轴承14固定在轴承座13后连接联轴器12，联轴器12两端将电机11机轴与转轴15连接，转轴15采用45号钢制造，转轴15的两端分别插入轴承14内，转轴15与旋转金属构件16相互固定，转轴15的轴身带有法兰，旋转金属构件16的中部设置有与法兰的安装孔位置相对的通孔，通过螺栓和螺母将该法兰与旋转金属构件16固定住，转轴15通过法兰以连接需要检测的旋转金属构件16并带动其高速旋转，金属旋转构件与转轴15一起高速旋转，基础板17采用q235钢材制造，通过螺栓将轴承座13固定在基础板17，通过螺栓将电机支座18固定在基础板17，固定后使整个装置运转平稳，基础板17设置有安装电机支座18和轴承座13的安装孔，电机11通过电机支座18固定在基础板17顶面，轴承座13固定在基础板17，电机支座18的底部设置有螺栓孔并通过螺栓连接基础板17，其位于基础板17的一端，轴承座13的底部设置有螺栓孔，轴承座13的顶部设置有供卡入轴承14的通槽，轴承座13的底部设置有供螺栓固定的螺栓孔，螺栓将轴承座13固定在基础板17顶部，轴承座13共设置有两个且相互间隔位于基础板17的顶面，电机支座18和两个轴承座13位于同一直线上，电机支座18采用q235钢材制造，用以支撑电机11。

请参照图8和图9，夹具5包括底座51、连接件52、横杆53和夹头54，夹具5主要用于实现探头4在空间内的与旋转金属构件16的距离调节，底座51设置有供连接件52上下移动的杆体，杆体呈细长圆柱体的杆状，底座51呈板状，连接件52通过杆体在底座51上自由滑动，连接件52通过杆体调节高度，连接件52相对于杆体可360°转动，连接件52通过螺栓固定在底座51的杆体上，通过旋松和旋紧螺栓实现连接件52的上下移动及360度转动，连接件52整体呈圆柱体状，连接件52设置有供插入杆体的竖向的第一插孔、供插入横杆53一端的横向的第二插孔和供固定位置的固定孔，第一插孔将连接件52的顶底两面连通，第二插孔将连接件52的两侧连通，固定孔将第一插孔对外连通，螺栓通过固定孔将连接件52的高度和横杆53的转动角度固定，螺栓旋入固定孔并旋紧后，连接件52与杆体卡紧，横杆53与连接件52卡紧，横杆53标有刻度，通过调节螺栓并参考横杆53上的刻度可实现夹头54的定量伸缩，横杆53的两端分别连接夹头54和连接件52，夹头54相对于横杆53可转动，横杆53相对于底座51可转动，夹头54具有将探头4卡住的环，环的外侧端连接横杆53的一端，夹头54的环外侧端设置有圆柱体状的接头，该接头设置有螺纹孔，夹头54通过该螺纹孔相对于横杆53的一端转动并旋紧；探头4安装于夹头54，探头4通过横杆53调节与旋转金属构件16之间的距离，探头4通过横杆53和夹头54调节朝向旋转金属构件16的角度，夹头54设置有连通环内外侧的螺纹孔，探头4卡入夹头54的环内，螺栓通过固定孔将探头4卡在环内，夹头54共有3个螺纹孔，通过螺纹孔旋入3枚螺栓，螺栓的一端将探头4固定住，通过3枚螺栓的旋转调节松紧程度，实现探头4在夹头54内的上、下、左、右距离微调，通过夹头54的接头旋出或旋入横杆53的一端实现旋转的微调，通过夹具5实现探头4的伸缩、360度旋转以及上下的自由调节。

电源3采用直流电源3作为激励信号，直流稳压电源3为激励线圈41提供稳定直流电源3，从而使激励线圈41产生恒定的磁场，以进行金属构件的电磁无损检测。

调速器2采用直流调速器2，用来调节直流电动机转速，调速器2的一端和交流电源3连接，输入220v交流电压，其另一端和电动机连接提供直流电，直流调速器2将交流电转化成两路输出直流电源3，其中一电路支线输入给直流电机11的砺磁(定子)，另一电路支线输入给直流电机11电枢(转子)，直流调速器2通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速，同时直流电动机给调速器2反馈电流，调速器2根据反馈电流来判断直流电机11的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机11的转速。

信号调理电路6将电压信号进行整理转化为标准信号，由于磁传感器42输出的信号微弱，并且受外界电磁等干扰的影响，使得输出信号夹杂噪声信号，干扰检测装置的缺陷识别，因此需要将磁传感器42输出的信号进行滤除杂波信号，并将信号放大到数据采集卡7正常工作范围内。

数据采集卡7采集和存储后将信号传递至计算机8，从信号调理电路6中输出的信号为模拟信号，需将模拟信号转换为数字信号，即a/d转换，数据采集卡7将信号调理电路6输出的模拟信号转换为数字信号。

计算机8从数据采集卡7采集和存储得到的信号，存储后进行显示和并供工作人员分析处理，从而实现缺陷的识别。

本发明实施例基于动生涡流原理，采用直流电源3作为激励，利用探头4与旋转金属构件16之间相对运动而产生动生涡流，实现对旋转金属构件16中缺陷的无损检测，检测速度快，准确性较高；转动平台1利用调速器2实现对旋转金属构件16转速的控制，并通过调速器2实现旋转金属构件16实际转速的实时监控与调节，可带动各种形状和不同尺寸的金属构件高速旋转，可检测多种类金属构件，适应性较广；探头4的夹具5能够自由调节高度及位置，具有粗调和精调探头4的功能，可以使探头4快速对准各类被检构件，确定合适的提离距离和检测部位。

综上所述，本发明基于动生涡流的旋转金属构件电磁无损检测，以直流电作为激励源，通过电机和调速器的控制更加有利于实现金属构件在特定速度下的旋转，并通过调速器实现旋转金属构件实际转速的显示与调节，通过探头与旋转金属构件之间的相对运动而产生的动生涡流实现缺陷检测，配备可自由调节探头高度及位置的夹具，方便检测时探头的位置的粗条和精调；实现了高速旋转金属构件缺陷的检测，简单而便捷，实现了高速旋转的结构，如齿轮、轴承环及法兰等的缺陷无损检测，解决了旋转金属构件缺陷检测方法中存在的检测耗时、效率低的问题，提升了金属零件在生产过程中及后期质量监控等工业运用中的市场竞争力，从而带来巨大的经济效益。

本说明书描述了本发明的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。