申请/专利权人：合肥工业大学

申请日：2022-04-08

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN114740095B

主分类号：G01N29/265

分类号：G01N29/265;G01N29/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.07.29#实质审查的生效;2022.07.12#公开

摘要：本发明公开了一种用于圆柱体复杂上端面薄涂层检测的超声检测装置及方法，涉及超声检测技术领域，检测方法包括用于实现圆柱体涂层的凸起结构侧面和端面的质量检测的凸起结构侧面斜射检测和凸起结构端面斜射检测，及用于实现圆柱体凹槽结构底面涂层质量检测的凹槽结构侧向正射检测；检测装置包括水浸箱，能够升降、旋转及倾斜圆柱体的圆柱体液压夹具，以及能够六自由度移动和转动探头的探头夹持结构。本发明使超声以增加声程的方式进行圆柱体涂层的凸起结构侧面和端面的质量检测，并以侧向正射的方式实现圆柱体涂层凹槽结构底面的质量检测，有效解决了因圆柱体端面涂层过薄及结构复杂导致的超声检测出现盲区、检测数据准确性和可靠性不足的问题。

主权项：1.一种用于圆柱体薄涂层复杂上端面的水浸超声检测方法，所述圆柱体包括基体，所述基体的上端面覆有涂层，该涂层的上端面呈有各环形等深凹槽结构并相应形成各圆弧形组或环形的凸起结构的复杂端面结构，其特征在于，所述超声检测方法包括以下步骤：第一步，控制模块（4）控制高度控制伸缩杆（31）伸长，带动夹具（34）上移，直至所述夹具（34）伸出至水面上方，随后工作人员将所述圆柱体通过所述夹具（34）夹持固定，夹持固定时，应当使所述夹具（34）夹持于所述圆柱体的基体处，避免遮挡所述涂层，且应当使所述圆柱体的轴线与支撑板（33）的转轴重合；第二步，所述控制模块（4）控制所述高度控制伸缩杆（31）缩短，带动所述夹具（34）及其上夹持的所述基体下移，直至所述基体和所述涂层均完全浸没至水中，且应保证所述涂层与水面的间距能够满足水浸探头（21）的聚焦及位置调整需要，该状态为所述圆柱体的检测初始状态；第三步，进行所述涂层的凸起结构侧面斜射检测、凸起结构端面斜射检测以及凹槽结构侧向正射检测；上述凸起结构侧面斜射检测包括以下步骤：A1、使所述圆柱体处于检测初始状态；A2、所述控制模块（4）控制两根角度控制伸缩杆（35）相应伸长及缩短，带动所述夹具（34）及其上夹持固定的所述圆柱体旋转倾斜，使所述圆柱体的中轴线与所述水浸探头（21）入射方向的夹角为α，该夹角α应满足tanα=sh；其中，s为该凸起结构沿径向的宽度，h为凹槽结构的深度；A3、所述控制模块（4）控制探头平移驱动机构（22）驱动所述水浸探头（21）作横向及纵向的平移运动，使所述水浸探头（21）的入射点对齐于该凸起结构侧面上的一点B处；其中，点B与该凸起结构该侧面顶部边缘的距离和所述水浸探头（21）聚焦区域圆的半径一致，使此时所述水浸探头（21）的聚焦区域圆与该凸起结构该侧面的顶部外缘相切；随后，所述控制模块（4）控制探头伸缩驱动机构（24）沿竖向伸长或缩短，使所述水浸探头（21）与B点的距离为所述水浸探头（21）的焦距F并保持；A4、所述控制模块（4）控制夹具旋转驱动机构（32）驱动所述支撑板（33）通过所述夹具（34）带动所述圆柱体绕自身轴线转动一周，该过程中所述控制模块（4）控制所述水浸探头（21）发射超声波信号并收取返回信号，完成一个步距的凸起结构侧面斜射检测；A5、所述控制模块（4）控制所述探头平移驱动机构（22）带动所述水浸探头（21）沿横向平移，使所述水浸探头（21）的聚焦区域圆于该凸起结构的侧面上相对于B点向下偏移一个聚焦区域圆的直径，随后，所述控制模块（4）控制所述探头伸缩驱动机构（24）伸长，带动所述水浸探头（21）沿竖向下移，使所述水浸探头（21）与新的入射点的距离为所述水浸探头（21）的焦距F并保持；然后，再次执行A4~A5，直至各次凸起结构侧面斜射检测的检测范围之和覆盖该凸起结构的该侧面区域，完成该凸起结构一个侧面涂层的质量检测；A6、按A1~A5的过程逐个进行涂层各凸起结构侧面的质量检测，直至完成所述圆柱体涂层的每个凸起结构侧面的质量检测；上述凸起结构端面斜射检测包括以下步骤：B1、使所述圆柱体处于检测初始状态，随后所述控制模块（4）控制探头旋转驱动机构（23）驱动所述水浸探头（21）绕横向旋转倾斜，使所述水浸探头（21）入射方向与竖向的夹角γ，该夹角γ应满足γθcr；其中，θcr为涂层材料的纵波临界折射角；B2、所述控制模块（4）控制所述探头平移驱动机构（22）驱动所述水浸探头（21）作横向及纵向的平移运动，使所述水浸探头（21）的入射点对齐于该凸起结构的上端面上的一点A处，其中，点A与该凸起结构端面外缘的距离和所述水浸探头（21）聚焦区域圆的半径一致，使此时所述水浸探头（21）的聚焦区域圆与该凸起结构的端面外缘相切；随后，所述控制模块（4）控制所述探头平移驱动机构（22）和所述探头伸缩驱动机构（24）协同动作，使所述水浸探头（21）斜向下移至所述水浸探头（21）与A点的距离为所述水浸探头（21）的焦距F并保持；该过程中，应保持所述水浸探头（21）的入射点对齐于点A处；B3、所述控制模块（4）控制所述夹具旋转驱动机构（32）驱动所述支撑板（33）通过所述夹具（34）带动所述圆柱体绕自身轴线转动一周，该过程中所述控制模块（4）控制所述水浸探头（21）发射超声波信号并收取返回信号，完成一个步距的凸起结构端面斜射检测；B4、所述控制模块（4）控制所述探头平移驱动机构（22）驱动所述水浸探头（21）平移，使所述水浸探头（21）的聚焦区域圆于该凸起结构的端面上沿径向向内偏移一个聚焦区域圆的直径，随后，再次执行B3，直至各次凸起结构端面斜射检测的检测范围之和覆盖该凸起结构的整个端面区域，完成该凸起结构端面涂层的质量检测；B5、按B2~B4的过程逐个进行各凸起结构端面涂层的质量检测，直至完成所述圆柱体涂层的每个凸起结构端面的质量检测；上述凹槽结构侧向正射检测包括以下步骤：C1、所述控制模块（4）使所述圆柱体处于检测初始状态，随后所述控制模块（4）控制两根所述角度控制伸缩杆（35）伸长或缩短，带动所述夹具（34）及其上夹持固定的所述圆柱体相对于水平面旋转倾斜一个角度θ，然后，所述控制模块（4）控制所述探头旋转驱动机构（23）驱动所述水浸探头（21）绕纵向相对于竖直面旋转倾斜θ-90°，使所述水浸探头（21）的入射方向与所述圆柱体的轴线垂直；C2、所述控制模块（4）控制所述探头平移驱动机构（22）驱动所述水浸探头（21）平移，使所述水浸探头（21）的入射点对齐所述圆柱体涂层侧面上的C点，其中，C点为所述圆柱体涂层侧面上的一点，该点在所述圆柱体位于初始状态时，与各凹槽结构槽底高度的高度差和所述水浸探头（21）聚焦区域圆的半径一致；随后，所述控制模块（4）控制所述探头伸缩驱动机构（24）沿自身轴线向伸长或缩短，使所述水浸探头（21）与C点的距离为所述水浸探头（21）的焦距F并保持；C3、所述控制模块（4）控制夹具旋转驱动机构（32）驱动所述支撑板（33）通过所述夹具（34）带动所述圆柱体绕自身轴线转动一周，该过程中所述控制模块（4）控制所述水浸探头（21）发射超声波信号并收取返回信号，完成一个步距的凹槽结构侧向正射检测；C4、所述控制模块（4）控制所述探头平移驱动机构（22）和所述探头伸缩驱动机构（24）协同动作，带动所述水浸探头（21）沿所述圆柱体的轴线向向斜下方移动，使所述水浸探头（21）的聚焦区域圆于所述圆柱体涂层的侧面沿平行于所述圆柱体轴线的方向向斜下方偏移一个聚焦区域圆的直径，随后，再次执行C3，直至各次凹槽结构侧向正射检测的检测范围之和覆盖所述圆柱体涂层侧面上位于凹槽结构槽底面下方的整个区域，完成涂层侧面的质量检测。

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百度查询： 合肥工业大学 用于圆柱体薄涂层复杂上端面的水浸超声检测装置及方法

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