为C，轴向空气禪合接收探头与法线C的夹角也为α;
[0034] 周向位置编码器与周向空气禪合接收探头相连，用于确定测量点一的随时间变化 的位置；轴向位置编码器与轴向空气禪合接收探头相连，用于确定测量点二的随时间变化 的位置。
[0035] 优选的，本实施例中，激光扫描单元内设有可旋转的反光镜，利用伺服电机驱动， 用于实现所述激光入射点在被检测轴表面的移动；此时，测量点一和测量点二随着激光入 射点移动相同距离，在此过程中，周向空气禪合接收探头跟随测量点一移动且保持与测量 点一的相对位置不变；轴向空气禪合接收探头跟随测量点二移动且保持与测量点二的相对 位置不变。
[0036] 优选的，本实施例中，周向空气禪合接收探头和轴向空气禪合接收探头距离被检 测轴表面的距离为10~20mm。
[0037] 运用该装置实现轴类在线、非接触远距离裂纹检测主要包括W下步骤：
[0038] 步骤一：通过频率控制装置1控制激光器脉冲激光的发射频率，该发射频率主要 根据轴的转速确定，使激光入射点能够均匀的布满轴的某一位置的周向。同时随着激光器 的启动，计算机会接收到来自于激光器的触发信号。脉冲激光进入激光调制光路3,可W通 过增减调制光路中的扩束镜和光阔实现激光源的点源和线源的切换，通过调节扩束结构和 光阔，可w确定激光线源的长和宽。调制的激光经过扫描模块福射到正在旋转中的被检测 轴9表面。
[0039] 步骤二：将周向空气禪合接收探头5放置在与入射激光束成90度位置，空气禪合 探头与轴的表面法线成6. 5度，与轴的切面距离约为10-20mm，接收轴的周向表面波。同时 周向空气禪合接收探头5还与周向位置编码器7相连，用W确定接收点的轴向位置。
[0040] 步骤Ξ:将轴向空气禪合接收探头6放置在与入射激光束在轴向同一直线上，轴 向空气禪合接收探头6与轴的表面法线成6. 5度，与轴的切面距离约为10-20mm，与激光入 射点在轴向距离约为20mm左右。同时轴向空气禪合接收探头6还与轴向位置编码器8相 连，用W确定接收点的轴向位置。
[0041] 步骤四：当激光入射点已经均匀分布于某一位置的周向时，激光扫描单元4会使 激光束向轴向扫描方向前进一段距离，此时，周向和轴向两个空气禪合接收探头也会向扫 面方向平行移动相同的距离，移动完毕后，激光进入另一个周向打点循环，依次类推直至检 测完毕整条轴。
[0042] 步骤五：轴向和周向两个空气禪合探头接收到的轴向和周向信号经过信号处理电 路进入计算机中，通过信号处理方法提取超声的特征参数，判别某一时刻裂纹的状态，并结 合轴向和周向编码器的位置信息确定裂纹出现的具体位置，计算机自动存储裂纹的位置和 接收的时刻，并做出轴向和周向超声信号的时间-幅值-位置的Ξ维图形，可视化被检测轴 该位置处的裂纹状况，最终形成轴的裂纹检测报告。
[0043] W上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核屯、思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W对本发明进行 若干改进和修饰，运些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种旋转轴表面裂纹在线检测系统，用于检测被检测轴表面裂纹，其特征在于：包 括脉冲激光器、频率控制装置、激光束调制光路、激光扫描单元、轴向空气耦合接收探头、周 向空气耦合接收探头、轴向位置编码器、周向位置编码器、信号处理电路及计算机； 所述脉冲激光器发出的激光经所述频率控制装置、激光束调制光路、激光扫描单元调 节后照射在被检测轴上，形成激光入射点，定义该点处的轴表面法线为a ; 所述周向空气耦合接收探头对应被检测轴上的测量点一，用于检测在同一个轴面 上的平行于轴线的裂纹；所述测量点一与所述激光入射点在同一轴横截面上，且所述测 量点一处的轴表面法线b丄a，所述周向空气耦合接收探头与法线b的夹角为α，其中，式中，cau为超声波在空气中的传播速度，(^为超声波在轴中的传播速度； 所述轴向空气耦合接收探头对应被检测轴上的测量点二，用于检测垂直于轴向的裂 纹；所述测量点二与所述激光入射点在同一条平行于轴心的线上；定义测量点二处的被检 测轴表面法线为c，所述轴向空气耦合接收探头与法线c的夹角也为α ; 所述周向位置编码器与所述周向空气耦合接收探头相连，用于确定测量点一的随时间 变化的位置；所述轴向位置编码器与所述轴向空气耦合接收探头相连，用于确定测量点二 的随时间变化的位置。2. 根据权利要求1所述的旋转轴表面裂纹在线检测系统，其特征在于：所述激光扫描 单元内设有可旋转的反光镜，用于实现所述激光入射点在被检测轴表面的移动；所述测量 点一和测量点二随着所述激光入射点移动相同距离，在此过程中，所述周向空气耦合接收 探头跟随测量点一移动且保持与测量点一的相对位置不变；所述轴向空气耦合接收探头跟 随测量点二移动且保持与测量点二的相对位置不变。3. 根据权利要求1或2所述的旋转轴表面裂纹在线检测系统，其特征在于：所述周向 空气耦合接收探头和轴向空气耦合接收探头距离被检测轴表面的距离为10~20mm。4. 一种使用如权利要求1-3任一项所述的旋转轴表面裂纹在线检测系统进行的旋转 轴表面裂纹在线检测方法，其特性在于，包括以下步骤： 步骤一、根据被检测轴的旋转速度确定脉冲激光发射的频率，运用公式使所述激光入射点随着被检测轴的旋转在轴的周向等间隔分布； 式中，t。为每次发射激光的时间间隔，η为激光入射点的个数，v #为被检测轴旋转速度， 其单位为r/min ;R为被检测轴的半径，1为被检测轴周向相邻激光入射点之间的弧长； 步骤二、所述周向空气耦合接收探头接收测量点一处传来的周向超声波，检测被检测 轴上平行于轴线的裂纹； 步骤三、所述轴向空气耦合接收探头接收测量点二处沿轴方向传播的表面波，检测激 光入射点与测量点二之间的垂直于轴线的裂纹； 步骤四、当被检测轴旋转完一周后，脉冲激光器的激光扫描单元控制激光束以一定间 隔沿轴向移至下一检测位置，进行步骤二和步骤三所述的检测； 步骤五、计算机接收到每一时刻的超声信号以及周向位置编码器和轴向位置编码器提 供的探头位置信号，运用时频信号处理方法提取轴向和周向超声信号的特征值，并判断裂 纹存不存在以及严重程度；当判断某一位置存在裂纹时，计算机自动存储裂纹的位置和接 收的时刻，并做出轴向和周向超声信号的时间-幅值-位置的三维图形，可视化被检测轴在 该位置处的裂纹状况，并输出检测报告。
【专利摘要】本发明涉及一种旋转轴表面裂纹在线检测系统及检测方法，所述的检测方法包括以下步骤：激光频率控制器根据轴的转速，控制激光脉冲发射的频率；将空气耦合接收探头放置在与激光超声激发源周向90度位置和轴向共线的位置，接收激光激发的周向超声波和轴向超声波；运用信号处理方法提取轴向和周向超声信号的特征值，并判断裂纹存不存在以及严重程度，当判断某一位置存在裂纹时，计算机自动存储裂纹的位置和接收的时刻，并做出轴向和周向超声信号的时间-幅值-位置的三维图形，可视化旋转轴该位置处的裂纹状况。本发明能够无损、非接触、远距离、在线检测旋转轴的裂纹状况，能够快速确定裂纹的横向、纵向形态和位置，检测精度高。
【IPC分类】G01N21/17, G01N21/89
【公开号】CN105277571
【申请号】CN201510357608
【发明人】杨世锡, 刘学坤, 甘春标, 刘永强, 王金浩
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年6月25日