熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統的製作方法

2023-07-20 21:23:06 2

專利名稱：熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種超聲探傷系統，尤其是用於輥道上運送的各種熱態中厚鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統。
在現有技術中，鋼板超聲探傷設備大多數由操作者用探頭對冷鋼板進行人工掃描探傷。此類設備只能用於事後探測冷鋼板，而且耗費大量人力，勞動強度大，效率低，人為的因素影響了探測結果，更由於耦合等原因，不能滿足更高的探傷要求。近年來，雖然也曾出現過自動探傷技術，如中國專利CN1051086A《電磁超聲自動探傷技術》和德國專利DE3314376(即英國專利GB2120789)《電磁超聲無損檢測》(Non-destructive ultrasonic andmagnetic testing)一用磁通量探測器和電磁聲學傳感器，解決了自動探傷問題。但由於採用板波，所以只能對厚度18毫米以下的鋼板探測，不能滿足鋼板自動探傷更高的質量要求。
本發明的目的就是要提供一種更為先進和切實可行的熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統，它能滿足更廣泛的鋼板(或其它材料)的特性，例如不同的材質、不同的寬度、較寬的厚度範圍、較高的表面溫度、較快的鋼板運送速度以及更高的探傷質量要求，具有靈敏、準確、快速、簡便的特點。
為實現上述目的，本發明解決技術問題的方案是採用電磁超聲的直射橫波對鋼板垂直發射進行無耦合劑(水和油)非接觸式探傷的熱鋼板在線自動化探傷系統，它包括安全保護系統、探頭系統、探頭運動控制系統、數據採集系統、數據處理系統、樣板輸送系統和顯示系統七個部分。探頭系統由若干個固定探頭和遊動探頭所組成，為實現100％面積的探傷，若干個固定探頭沿垂直於鋼板運送方向分三排交錯排列布置、周期而交替地產生直射橫波對鋼板進行無耦合劑(水和油)非接觸式探傷。每個探頭由U形電磁鐵、高頻發射器、探傷線圈、前置放大器、探頭隔熱層等組成。每個探頭有兩個探傷線圈，在鋼板上形成兩個探傷區，每個探傷區面積為600-800平方毫米。每個探傷線圈既是發射線圈又是接收線圈，都向鋼板發射垂直於鋼板的橫波，同時又都接收鋼板的缺陷回波和鋼板底面的回波。所有的高頻發射器都是周期而交替的工作，發射周期為幾十毫秒，每周期工作時間為1微秒。每個探傷線圈和被探鋼板之間由空氣噴嘴形成一層薄的隔熱層，用以保護探傷線圈不被鋼板的熱傳導而損壞。探頭運動控制系統通過可編程序控制器和自編的程序軟體控制探頭系統運動，達到安全保護、探傷和自檢的自動化控制的目的。安全保護系統由若干個探測傳感器在線測量鋼板運送過程中的不規則因素(如跳動或橫向移動以及鋼板「翹頭」、「飛邊」等)，產生安全控制信號，自動控制探頭躲避，以免造成探頭損壞或踏空。為適應任意可變的鋼板寬度，另設有一排遊動探頭在計算機控制下沿鋼板寬度方向遊動。數十個探頭及相應的探測電路應有相同的增益，為了檢查和調整它們之間的增益差異，採用一塊符合國標的典型缺陷鋼板。在需要增益校正時，它由樣板輸送系統將此樣板送到探頭的下面，用電腦程式操作接收電路的校正。數據採集系統對所有缺陷信號進行綜合分析，根據計算機事先存入的標準信號確定缺陷類別、所在位置及大小，給出最後的探傷結果。顯示系統將探傷結果以圖表形式通過顯示器顯示或印表機列印輸出，並通過打標機在鋼板上標出質量等級。
與現有技術相比，本發明的優點是1.由於採用無耦合劑(水和油)非接觸式探傷，因此，本發明可對冷、熱鋼板探傷，鋼板的溫度可以高達500℃；長度可由幾米到十幾米，寬度可由1米到3米，厚度可由幾毫米到40毫米；鋼板的運送速度可以高達每秒1米，廣泛地滿足了中厚鋼板(或其它材料)的特性和更高的探傷質量要求。
2.由於計算機控制一組探頭在鋼板上探傷，對所得數據進行對比分析，實時標出被探鋼板存在的缺陷類別、大小及位置，完全排除人為因素的影響，探傷結果準確、直觀。而且，全過程都是自動化控制完成，大大節省了人力，減輕了勞動強度。
3.被探鋼板的探傷面積為100％，無探傷盲區。
下面結合附圖和實施例對本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統作進一步的詳細說明。


圖1是本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統方框圖；圖2是本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統詳細的原理框圖；圖3是本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統探頭結構示意圖；圖4是本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統現場布置示意圖；圖5是本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統系統工作原理示意圖。
由圖1可以看出，本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統包括安全保護系統(12)、探頭系統(16)、探頭運動控制系統(13)、數據採集系統(17)、數據處理系統(14)、樣板輸送系統(18)和顯示系統(15)七個部分。如圖2所示，安全保護系統(12)由鋼板翹頭探測器(45)、熱鋼板測厚儀(46)、測寬儀(47)、測長儀(48)和數據發送器(49)等組成。當被探鋼板到達鋼板翹頭探測器(45)下面時，它發出鋼板到達信號，同時測出鋼板的輪廓尺寸是否符合約定的要求，是否危及本系統的安全，將相應信號送給管理計算機(56)，同時起動軟體包(57)的相應程序。熱鋼板測厚儀(46)及測寬儀(47)測出熱鋼板的厚度及寬度，並將此信息通過發送器(49)送給探頭運動控制系統(13)的編程控制器(50)以計算探頭下降的位置及需要多少個探頭參加探傷。測長儀(48)自鋼板到達即開始發出信號，起動數據採集系統(17)中的時序電路(43)，不斷地給出鋼板的長度信息，以使計算機確定鋼板出現缺陷信號時的具體位置。探頭系統由九十個固定探頭(3)和六個遊動探頭(3Y)所組成，如圖4所示。固定探頭(3)沿垂直於鋼板運送方向分三排交錯排列布置，周期而交替地工作，這樣不會產生漏探(即無盲區)。遊動探頭(3Y)之間的相互位置不變，它們在計算機控制下沿鋼板寬度方向同時移動，以適應任意的鋼板寬度都不會有盲區。由圖3可知，每個探頭(3.3Y)都包括二個探傷線圈(4)、二個發射器(7)、二個前置放大器(8)和探頭運動機構(30)、探頭驅動電機(31)、傳感器(36)、電磁鐵(32)及隔熱層(9)等。探傷線圈(4)選用耐高溫的絕緣材料，採用專用模具精心繞制而成。每個探傷線圈(4)和被探鋼板之間由空氣噴嘴噴射空氣形成一層薄的隔熱層，其厚度為0.5-1毫米，用以保護探傷線圈(4)不被鋼板的熱傳導而損壞。探頭(3)受探頭運動控制系統(13)控制，它由編程控制器(50)、探頭運動控制器(52)、勵磁控制器(53)、發射控制器(54)等組成。採用最先進的可編程序控制器，通過自編程序軟體，經過執行機構達到安全保護、探傷和自檢的自動化控制的目的。探頭運動機構(30)受探頭運動控制器(52)控制，它再產生控制信號使探頭驅動電機(31)工作。勵磁器(32)受探頭控制系統(13)的勵磁控制器(53)控制，發射器(7)受發射器控制器(54)控制。發射器(7)通過探傷線圈(4)向被探鋼板垂直發射探傷脈衝，同一探傷線圈(4)收到的回波信號經由前置放大器(8)送往數據採集系統(17)。數據採集系統(17)包括多路開關(37)、數十路主放大器(38)及增益自動調整電路(39)、模擬/數字變換器(40)、緩衝存儲器(41)、中央處理器(CPU)(42)、時序電路(43)和接口電路(44)等。由探頭系統(16)送來的數十路回波信號經多路開關(37)送到對應的帶有增益自動調整電路(39)的主放大器(38)中進行放大，放大後的信號經模擬/數字變換器(40)變成數位訊號，存入緩衝存儲器(41)中，由中央處理器(42)讀取，並進行予處理，甄別篩選，得到缺陷信號，送至數據處理系統(14)。接口電路(44)用於和後邊的計算機進行數據交換。數據處理系統(14)主要包含有一臺數據處理計算機(56)及數據處理軟體包(57)和接口電路(55)。送來的缺陷信號在這裡進行綜合分析處理，確定每個缺陷的類別、大小及位置。整理成一定格式的缺陷表。同時，對照國標缺陷樣板確定整塊鋼板的質量等級。全部探傷結果由顯示系統(15)顯示或輸出。顯示系統(15)由顯示器(61)、印表機(59)、打標機(60)和接口電路(58)等組成，探傷結果以圖表形式在顯示器(61)上顯示或印表機(59)列印輸出。同時，通過打標機(60)在鋼板上標出被探鋼板的質量等級標記。樣板輸送系統(18)含有一套受計算機控制的標準缺陷樣板的輸送系統(63)和帶有人工製作的標準缺陷的樣板(62)。平時此樣板縮藏在不影響探傷系統正常工作的地方。在需要對探傷系統進行檢驗、調試時，由計算機控制的輸送系統(63)將帶有人工製作的標準缺陷的樣板(62)送到探頭系統(16)的下面，對系統進行檢驗或校整，然後再將樣板送回原處。圖4是本發明現場布置示意圖，(68)是軋鋼生產線上的輥道，輥道(68)有許多受電機驅動的輥輪(69)，被探傷的鋼板(1)其運動方向如箭頭(67)所示。探頭(3)布置成三排，每一排探頭的位置是固定不變的；它們相互交錯，以使探頭之間無盲區。遊動探頭(3Y)共有6個，它們之間的相互位置不變，但可以在計算機控制下，沿鋼板寬度方向同時移動。安全保護系統(12)中的諸探測器(45)的位置，超前探頭一定距離，以便能提前給出安全保護信息。打標機(60)布置在距探頭後面一定距離的位置上。探頭運動控制系統(13)、數據處理系統(14)、數據採集系統(17)等設置在輥道(68)近旁；樣板輸送系統(18)在探頭系統(16)的下方，其餘部分安置在控制室內。圖5是本發明熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統工作示意圖，假設被探鋼板(1)中含有一個缺陷(10)。當探頭(3)下面的鋼板沒有缺陷時(如圖5a所示)，探頭(3)所帶的探傷線圈(4)向鋼板垂直發射橫波(2)，由鋼板底表面反射回波(5)，當探頭(3)下面的鋼板有缺陷(10)時(如圖5b所示)，那麼，探頭(3)所帶的探傷線圈(4)向鋼板垂直發射橫波(2)，由缺陷(10)反射回波(6)。顯然，在時間上鋼板底表面反射回波(5)距離發射橫波(2)遠，而缺陷反射回波(6)距離發射橫波(2)近。由此，計算機即可判回波(6)為一個缺陷回波。為了使用同一種探傷線圈(4)能對不回厚度的鋼板都能有效探傷，本發明引入了鋼板厚度信息控制每一個探傷線圈(4)工作波門(11)的寬度變化，用以標誌該探傷線圈(4)的工作周期。
本發明主要用於輥道上運送的各種熱態中厚鋼板的在線自動化探傷，也可用於其它金屬或非金屬材料的探傷。
權利要求
1.一種由探頭和主機等組成的熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統，其特徵在於採用電磁超聲的直射橫波對被探鋼板垂直發射進行無耦合劑(水或油)非接觸式探傷，全系統包括安全保護系統(12)、探頭系統(16)、探頭運動控制系統(13)、數據採集系統(17)、數據處理系統(14)、樣板輸送系統(18)和顯示系統(15)七個部分，每個探頭(3)的電磁鐵(32)周期地勵磁、周期地通過每個探傷線圈(4)向鋼板垂直發射探傷脈衝，在鋼板內形成直射橫波，並通過同一個探傷線圈(4)接受回波信號，由數據採集系統(17)採集並篩選出缺陷信號，送數處理系統(14)綜合處理，確定缺陷的類別、大小及位置，最終的探傷結果以一定的格式由顯示系統(15)顯示。
2.根據權利要求1所述的安全保護系統(12)，其特徵在於它由鋼板翹頭探測器(45)、熱鋼板測厚儀(46)、測寬儀(47)、測長儀(48)和數據發送器(49)等組成，當被探鋼板到達鋼板翹頭探測器(45)下面時，該探測器(45)發出鋼板到達信號，同時測出鋼板的輪廓尺寸是否符合約定的要求，是否危及本系統的安全，並將相應信號送給管理計算機(56)，同時起動軟體包(57)的相應程序；熱鋼板測厚儀(46)及測寬儀(47)測出鋼板的厚度及寬度信息，通過發送器(49)送給探頭運動控制系統(13)的編程控制器(50)以計算探頭(3)下降的位置及需要多少探頭參加探傷，測長儀(48)自鋼板到達即開始發出信號，起動數據採集系統(17)中的時序電路(43)，並不斷地給出鋼板的長度信息，以使計算機確定鋼板出現缺陷信號時的具體位置。
3.根據權利要求1所述的探頭運動控制系統(13)，其特徵在於它由編程控制器(50)、探頭運動控制器(52)、勵磁控制器(53)、發射器控制器(54)等組成，採用最先進的可編程序控制器，通過自編程序軟體，經過執行機構控制探頭系統(16)，達到安全保護、探傷和自檢的自動控制目的。
4.根據權利要求1所述的探頭系統(16)，其特徵在於它由若干個固定探頭(3)和幾個遊動探頭(3Y)所組成，固定探頭(3)沿垂直於鋼板運送方向分三排交錯排列布置，周期而交錯地工作，以保證在所探的範圍內無盲區；發射周期為幾十毫秒，發射時間為1微秒；遊動探頭(3Y)之間的相互位置不變，但可在計算機控制下沿鋼板厚度方向同時移動，以適應任意的鋼板寬度都不會有盲區。
5.根據權利要求1所述的探頭系統(16)，其特徵在於每個探頭包括探頭運動機構(30)、驅動電機(31)、電磁鐵(32)、兩個發射器(7)、兩個前置放大器(8)、兩個探傷線圈(4)、兩個探頭隔熱層(9)和傳感器(36)等，它在鋼板上形成兩個探傷區，每個探傷區的面積為600-800平方毫米。
6.根據權利要求5所述的探頭隔熱層(9)，其特徵在於每個探傷線圈(4)和被探鋼板之間有一個由空氣噴嘴噴射空氣形成的隔熱層(9)，其厚度為0.5-1毫米，用以保護探傷線圈(4)不被鋼板的熱傳導而損壞。
7.根據權利要求5所述的探傷線圈(4)，其特徵在於選用耐高溫的絕緣材料，採用專用模具精心繞制而成。
8.根據權利要求1所述數據採集系統(17)，其特徵在於它由多路開關(37)、數十路主放大器(38)及增益自動調整電路(39)、模擬/數字變換器(40)、緩衝存儲器(41)、中央處理器(CPU)(42)、時序電路(43)和接口電路(44)等組成，由探頭系統(16)送來的數十路回波信號經多路開關(37)送到對應的帶有增益自動調整電路(39)的主放大器(38)中進行放大，放大後的信號經模擬/數字變換器(40)變成數位訊號，存入緩衝存儲器(41)中，由中央處理器(42)讀取，並進行予處理，對其甄別、篩選，得到缺陷信號，送到數據處理系統(14)。
9.根據權利要求1所述的數據處理系統(14)，其特徵在於它主要包括一臺數據處理計算機(56)及數據處理軟體包(57)和接口電路(55)，送來的缺陷信號在這裡進行綜合分析及處理，確定每個缺陷的類別、大小及位置並整理成一定格式的缺陷表在顯示系統(15)上顯示或輸出；同時對照國標缺陷樣板確定整塊鋼板的質量等級。
10.根據權利要求1所述的顯示系統(15)，其特徵在於它由顯示器(61)、印表機(59)、打標機(60)和接口電路(58)等組成，探傷結果以表格形式由顯示器(61)顯示或印表機(59)列印輸出，同時，通過打標機(60)在鋼板上打出質量標記。
11.根據權利要求1所述的樣板輸送系統(18)，其特徵在於它包含一套受計算機控制的標準缺陷樣板的輸送系統(63)及帶有人工製作的標準缺陷的樣板(62)，平時該樣板縮藏在不影響探傷系統正常工作的地方；在需要對探傷系統進行檢驗、調試時，由計算機控制的輸送系統(63)將帶有人工製作的標準缺陷的樣板(62)送到探頭系統(16)的下面，用電腦程式對系統進行檢驗或校正，然後再將樣板(62)送回。
全文摘要
本發明公布了一種無耦合劑(水或油)非接觸式熱鋼板在線自動化電磁超聲探傷系統，它由安全保護系統、探頭系統、探頭運動控制系統、數據採集系統、數據處理系統、樣板輸送系統和顯示系統所組成。數十個探頭同時在鋼板上探傷，由計算機採集、篩選出缺陷信號，確定缺陷的類別、大小及位置。可對500℃以下、40毫米厚度、3米寬度、運送速度1米/秒的鋼板探傷。主要用於輥道上運送的各種中厚鋼板的探傷，也可用於其它金屬或非金屬材料的探傷。
文檔編號G01N29/04GK1167915SQ9610908
公開日1997年12月17日 申請日期1996年8月23日 優先權日1996年8月23日
發明者彭貴新, 韓延芝, 羅祿生, 沈麗燕, 王忠耀, 董佩剛, 尹兆升, 杜正修, 馬良新, 王京元 申請人:中國航天工業總公司第二研究院第二總體設計部