阅读说明：本技术 一种水浸超声波在线测弯方法 (Water immersion ultrasonic online bending measurement method ) 是由 王会庆 刘瑞宁 祁青军 任鹏飞 郑晓宁 于 2020-04-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水浸超声波在线测弯方法,所述方法采用棒材输送装置使待检测棒材同时穿过分别设置在水浸箱两侧的两个彼此同轴的导套并沿导套轴向运动,在水浸箱内设置多个与导套轴线等距且绕导套轴线分布的超声探头,棒材每移动一定的距离,各超声探头从不同方向测量其与棒材表面之间的距离,最后根据各超声探头与棒材表面之间距离的测量值与理论值的偏差来判断该棒材的弯曲度。本发明利用超声波的测距功能来测量棒材的弯曲度,不仅能够保证测量精度,而且可与水浸棒材超声探伤共用同一设备,使探伤与测弯同时进行,这样就节省了设备投资,有效提高了棒材的检测效率,降低了棒材的检测成本。(The invention discloses a water immersion ultrasonic online bending measuring method, which adopts a bar conveying device to enable a bar to be detected to simultaneously penetrate through two guide sleeves which are respectively arranged on two sides of a water immersion box and are coaxial with each other and move axially along the guide sleeves, a plurality of ultrasonic probes which are equidistant with the axis of the guide sleeves and distributed around the axis of the guide sleeves are arranged in the water immersion box, each ultrasonic probe measures the distance between each ultrasonic probe and the surface of the bar from different directions when the bar moves for a certain distance, and finally the bending degree of the bar is judged according to the deviation of the measured value of the distance between each ultrasonic probe and the surface of the bar and a theoretical value. The method utilizes the distance measurement function of ultrasonic waves to measure the bending degree of the bar, not only can ensure the measurement precision, but also can share the same equipment with the ultrasonic flaw detection of the water immersed bar so that the flaw detection and the bending detection are carried out simultaneously, thereby saving the equipment investment, effectively improving the detection efficiency of the bar and reducing the detection cost of the bar.)

一种水浸超声波在线测弯方法

技术领域

本发明涉及一种采用超声波对棒材的弯曲度进行在线测量的方法，属于测量技术领域。

背景技术

随着科学技术的进步，无损探伤技术在各行各业得到了越来越广泛的应用，其安全性、可靠性、经济性决定了它的重要地位。

超声探伤的原理是探伤仪产生的高频电脉冲施加在超声探头上，激励探头中的压电晶片振动而产生超声波。水浸棒材超声探伤时，以一定的速度在水中传播的超声波，首先遇到棒材表面，产生界面回波。之后折射继续在棒材中传播，当遇到缺陷时，一部分声波被反射回来，另一部分声波继续向前传播，遇到工件底面后也反射回来。以上回波达到探头时，又通过探头内的压电晶片将超声波变为电脉冲。发射波、界面回波、缺陷波和底波经过仪器放大后，在仪器的荧光屏上显示出来，再通过闸门设定并进行数据分析即可达到探伤目的。

目前，棒材超声探伤设备仅用于棒材探伤，棒材的弯曲度则由其他设备进行测量。由于超声波具有测距功能，精度可达到0.1mm，如果能够利用该功能，在进行超声波探伤的同时，通过对棒材界面波数据进行分析处理获得该支棒材的弯曲度信息，不仅可节省设备投资，还可大大提高棒材检测效率。因此，寻求一种利用超声波对棒材的弯曲度进行在线测量的方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种水浸超声波在线测弯方法，以减少设备投资，提高棒材检测效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水浸超声波在线测弯方法，所述方法采用棒材输送装置使待检测棒材同时穿过分别设置在水浸箱两侧的两个彼此同轴的导套并沿导套轴向运动，在水浸箱内设置多个与导套轴线等距且绕导套轴线分布的超声探头，棒材每移动一定的距离，各超声探头从不同方向测量其与棒材表面之间的距离，最后根据各超声探头与棒材表面之间距离的测量值与理论值的偏差来判断该棒材的弯曲度。

上述水浸超声波在线测弯方法，所述方法包括以下步骤：

a. 超声探头与棒材表面之间距离理论值的计算：

设待检测棒材的直径为，超声探头与导套轴线之间的距离为，则超声探头与棒材表面之间距离的理论值为：

;

b. 棒材输送装置驱动待检测棒材沿导套轴向运动，棒材每移动一定的距离，各超声探头从不同方向测量其与棒材表面之间的距离，设超声探头的数量为，在检测长度范围内，每个超声探头采集数据的次数为，用表示第i个超声探头与棒材表面之间距离的第j次测量值，计算超声探头与棒材表面之间距离的测量值与理论值的偏差（i=1,2，…，n；j=1,2，…，m）：

；

c.找出的绝对值的最大值，则即可表征该棒材的弯曲度。

上述水浸超声波在线测弯方法，绕导套轴线分布的多个超声探头沿与导套同轴的螺旋线均匀分布。

上述水浸超声波在线测弯方法，所述超声探头成对设置，每对的两个超声探头分别位于导套轴线的两侧，当同一对的两个超声探头到棒材同一部位两侧表面距离的测量值与理论值的偏差相反时，则仅保留绝对值较小的偏差数据，而将绝对值较大的偏差数据舍去。

上述水浸超声波在线测弯方法，所述棒材输送装置包括前夹送辊和后夹送辊，它们分别安装在水浸箱的前部和后部。

上述水浸超声波在线测弯方法，所述超声探头为相控阵超声探头。

上述水浸超声波在线测弯方法，所述水浸箱的侧壁与待检测棒材之间设有密封胶垫。

上述水浸超声波在线测弯方法，所述导套的内径比待检测棒材直径大0.4mm。

本发明利用超声波的测距功能来测量棒材的弯曲度，不仅能够保证测量精度，而且可与水浸棒材超声探伤共用同一设备，使探伤与测弯同时进行，这样就节省了设备投资，有效提高了棒材的检测效率，降低了棒材的检测成本。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明所用测量装置的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是超声探头的安装示意图；

图4是图3的左视图。

图中各标号如下：1、前夹送辊，2、棒材，3、前导套，4、超声探头，4-1、第一探头，4-2、第二探头，4-3、第三探头，4-4、第四探头，4-5、第五探头，4-6、第六探头，5、后导套，6、后夹送辊，7、水浸箱。

文中所用符号为： 为待检测棒材的直径， 为超声探头与导套轴线之间的距离，为超声探头与棒材表面之间距离的理论值， 为超声探头的数量， 为每个超声探头采集数据的次数，为第i个超声探头与棒材表面之间距离的第j次测量值，为超声探头与棒材表面之间距离的测量值与理论值的偏差，为的绝对值的最大值。

具体实施方式

本发明通过监控分析棒材界面波位置信息来判断棒材弯曲情况，适用水浸固定式阵列超声设备。

参看图1和图2，本发明所采用的设备与水浸棒材超声探伤设备基本相同，主要包括前夹送辊1、前导套3、超声探头4、后导套5、后夹送辊6和水浸箱7。

本发明采用相控阵超声技术，在棒材圆周布置一圈超声探头4，超声探头4和导套（包括前导套3和后导套5）均安装固定在设备中，对中精度要求较高，通常在0.2mm左右。棒材通过探伤设备主机两侧的“V”型夹送辊（包括前夹送辊1和后夹送辊6）进行传输，设备主机坐落在平台上，根据不同棒材规格主机可随平台自动调整高度，使该规格棒材在“V”型夹送辊上的中心线与主机中心线重合，同时主机进出口均有对中导套，导套为环状结构，棒材从内环穿过，导套内径较棒材直径大0.4mm，确保对中精度满足±0.2mm。当棒材位于主机的水浸箱7中时，超声探头4发射的垂直入射的纵波通过耦合水传播至棒材表面，此时反射回来的波即为界面波。耦合水为水浸式或旋转水套方式，主机的水浸箱7进出口有密封胶垫，避免耦合水损失。在探伤检测软件中，在界面波处增加监控闸门，即可获得超声探头4至棒材表面的距离信息。

超声探头4为相控阵超声探头，每一个相控阵超声探头检测棒材圆截面的不同区域，所有超声探头覆盖整个棒材圆截面。不同超声探头沿棒材轴向进行间隔，即任何两个超声探头不在与导套轴线垂直的同一平面内，以避免相互干扰，多个超声探头同时激发工作。检测时，通过软件去除间隔距离影响，使所有超声探头在棒材同一部位形成全截面检测。图3和图4是六个超声探头4的布置方法，图中显示，六个超声探头沿与导套同轴的螺旋线均匀分布，在环绕棒材的圆周方向上，六个超声探头均匀分布，在导套轴线方向上，六个超声探头等间距分布。其中，第一探头4-1与第四探头4-4为一对，分别位于导套轴线（或棒材）的上方和下方，第二探头4-2与第五探头4-5为一对，第三探头4-3与第六探头4-6为一对，同一对的两个超声探头分别位于导套轴线的两侧。在导套轴线方向上，第一探头4-1～第六探头4-6沿导套轴线方向按相同的间距依次排列。

相控阵超声探头通常由128个晶片组成，通过电子控制可以使其中一组晶片（如16个或32个）形成一个虚拟探头，相邻虚拟探头间隔一个步距，如采用32晶片、2个晶片步距时，虚拟探头形成是1-32、3-34、5-36……95-126、97-128，共计49个。同一个相控阵超声探头里的49个虚拟探头一般需分时激发，避免声波相互干扰，在检测过程中该49个虚拟探头在棒材长度方向全部激发一次的距离称为轴向脉冲密度，故在一个轴向脉冲密度范围内（通常可设定为10mm或20mm），可获得圆周方向所有超声探头至棒材表面的距离信息，该数值与探头至棒材表面之间距离的理论值进行比较，当某超声探头检测数据出现偏差值时，若对称探头与其偏差相反，考虑到棒材椭圆度影响，取用最小差值（绝对值）即可获得该脉冲密度范围内的弯曲度信息。在每1米长的范围内所有脉冲密度所采集的最大弯曲度信息即为每米弯曲度数据。工业生产时，棒材为连续时探伤，故可动态实现棒材每米的弯曲度数据测量，取最大数值即可得出该支棒材最大弯曲度数据。

同理，取棒材全长范围内所有脉冲密度范围内的最大弯曲度信息，即可获得该支棒材总长弯曲度信息。

此种测弯方法，可实现棒材在探伤的同时，将弯曲度数据时时检测出来。

本发明的测弯方法如下：

A．在检测软件内设置界面回波闸门，并时时采集其界面回波位置信息。

B．将一个脉冲密度范围内测得的界面回波位置数据与探头至棒材表面距离的理论值进行比较，当某探头的数据出现偏差时，若对称探头（同一对的另一探头）的数据与其偏差相反，考虑到棒材椭圆度影响，取用最小差值（绝对值）即可获得该脉冲密度范围内的弯曲度信息。

C．例如轴向脉冲密度设定为10mm，将每100个脉冲密度测得的弯曲度信息的最大差值即为动态每米的弯曲度数据。取最大值即为该支棒材的最大每米弯曲度。

D．同理，取棒材全长范围内所有脉冲密度范围内的最大弯曲度差值信息，也可测得棒材全长范围内的弯曲度数据。

E．根据产生最大每米弯曲度或最大总长弯曲度的轴向脉冲信息，可获得棒材在长度方向上的具体弯曲位置。

例如，某公司棒材相控阵超声系统，探头固定在隔板上，导套固定在法兰上，隔板和法兰安装在主机里。该设备配置有R48和R92两个型号探头各6个，以R92探头检测∮80mm×4m的棒材为例，该探头即代表探头至设备中心的距离为92mm，因此探头至棒材表面的距离即为92-80/2=52mm。设备受棒材端部抖动、耦合等因素影响存在50mm盲区，从端部50mm盲区处开始采集界面波位置数据，当轴向脉冲密度设定为10mm时，即在50-60mm长度范围内完成了所有探头对棒材的第一次扫查，对应探头数据进行比较，如第一探头4-1与第四探头4-4，采集最大距离差异信息，当探测至1050mm位置时，即完成了100个轴向脉冲密度的采集，取该100个数据的最大差值，即为该处的每米弯曲度数据。以此类推，60-1060mm、70-1070mm……动态采集每隔1m的弯曲度数据，直至检测结束，从50mm至2950mm即完成290次每米弯曲度数据分析，取最大值即为该支棒材的最大每米弯曲度，并根据棒材长度方向位置信息对弯曲部位进行判定。同理，50mm至3950mm共计采集390个弯曲度数据，取最大差值即为总长弯曲度。

本发明与其它测弯方法相比，具有设备结构简单，投入低，在探伤的同时可动态时时测量弯曲度信息，弯曲数据准确并可具体定位，适用范围广的特点。