具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做详细具体的说明。

本发明提供的基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统的结构如图1和图2所示，至少包括内部设置有阵元的超声探头2，超声探头用于螺栓1外表面状态的检测，阵元用于发射和接收超声信号，所述超声探头内的阵元与多通道超声激励接收相控阵板卡通过信号线连接，多通道超声激励接收相控阵板卡与计算机连接，计算机控制多通道超声激励接收相控阵板卡输出激励信号，多通道超声激励接收相控阵板卡激励阵元发射超声信号，多通道超声激励接收相控阵板卡接收阵元的超声信号并传输至计算机。多通道超声激励接收相控阵板卡可同时激励超声探头上的各阵元依次发出超声信号，并可接收、处理各阵元返回的超声信号数据，并将其传输至计算机。计算机可接收数据、存储数据、分析数据并基于超声相控阵全聚焦成像技术对超声数据进行3D成像，并显示所成的图像，从而实现螺栓外表面状态的检测。

所述超声探头为圆环形，阵元在超声探头内沿圆环方向呈线性阵列分布，超声探头的外径与螺栓大径一致，超声探头的内径为螺栓小径的0.8～0.95倍，保证仅检测到螺栓全部的表面状态，既不会由于超声探头面积过大而导致采集和处理的数据过多，又不会由于超声探头面积过小而导致螺栓表面状态显示不完全。

超声探头为分体式结构，由两个以上的弧形组件21拼接而成。每个弧形组件上均连接设置有安装件3，所述安装件包括连接于弧形组件上的呈弧形的限位板31和连接于限位板上的呈“7”字型的限位头32。本实施例中超声探头由三个弧形组件拼接而成，三个弧形组件上各设置有一个安装件，其结构如图3所示。在部分螺栓的杆端部伸出的部分有限或使用空间受限的情况下，无法安装全部的弧形组件时，可以只安装部分弧形组件进行检测，检测方便灵活。弧形组件通过圆盘架4固定拼接并通过限位销5固定在螺栓的杆端部。本实施例中，多通道超声激励接收相控阵板卡的信号输出接收端的信号线可分别与每个弧形组件的各阵元相连接，并可同时激励每个弧形组件的各阵元依次发出超声信号，还可接收、处理每个弧形组件的各阵元返回的超声信号数据，并分别将其超声信号传输至计算机，计算机对每个弧形组件的超声信号分别独立存储处理并分开单独成像。所述计算机根据螺栓的形状尺寸以及弧形组件内的阵元分布情况设置激励参数和采样参数，使得每个弧形组件仅检测所对应的弧形部分螺栓的杆表面状态，以提高成像速度。

具体地，圆盘架上设置有与安装件的形状和位置相匹配的超声探头安装孔41，安装件卡置于超声探头安装孔内，使超声探头整体安装于圆盘架的正下方，所述圆盘架上还分布设置有与限位销相匹配的限位销安装孔42，限位销安装于限位销安装孔内并贴靠于螺栓的侧壁上，限位销的结构如图4所示。所述超声探头安装孔和限位销安装孔的上方均连通设置有固定螺钉安装孔43，固定螺钉安装孔上连接有用于固定超声探头和限位销的固定螺钉6。从而对超声探头进行定位和限位，连接简单稳固，检测简单方便。

一个圆环形超声探头对应的安装件位于同一个圆上，对应的超声探头安装孔也处于一个圆上，对应的限位销安装孔也处于一个圆上。圆盘架上分布于同一个圆上的超声探头安装孔为一组，圆盘架上设置有一组以上的超声探头安装孔，每组超声探头安装孔对应设置有一组限位销安装孔，同时超声探头也对应设置有一个以上，用于不同型号螺栓的检测。本实施例中超声探头安装孔设置有三组，可用于安装三种对应直径的超声探头，对应的设置有三组限位销安装孔，用于限位销的安装以及超声探头的固定，圆盘架的结构如图5～图7所示。因此，可以用于三种不同直径型号的螺栓的检测，在实际应用时，对应三种常见螺栓的尺寸。超声探头安装孔和限位销安装孔的位置如图8所示。图9为超声探头、圆盘架、限位销和固定螺钉的连接示意图，此时根据检测螺栓大径的尺寸，超声探头安装在圆盘架上的第二组超声探头安装孔内，限位销对应安装在第二组限位销安装孔内，此时第二组超声探头安装孔和第二组限位销安装孔上方均安装有固定螺钉。

本发明中提供的基于超声相控阵全聚焦成像技术的螺栓裂纹检测系统的工作步骤如下：

(1)当检测螺栓的外表面状态时，先将相应的超声探头的弧形组件安装在圆盘架的超声探头安装孔上，并用固定螺钉紧固；再将限位销安装到限位销安装孔上，并用固定螺钉紧固。

(2)在螺栓的杆表面涂耦合剂，将超声探头套在螺栓的杆端部使超声探头表面与螺栓的杆端部表面接触，并通过限位销进行固定限位，完成检测装置的安装。

(3)计算机软件控制多通道超声激励接收相控阵板卡同时激励超声探头上的阵元依次发出超声信号，同时超声探头上所有阵元接收返回的超声信号，并将其通过多通道超声激励接收相控阵板卡传输给计算机。

(4)计算机软件控制多通道超声激励接收相控阵板卡输出激励信号、接收超声信号时，相关激励参数和采样参数根据螺栓的形状尺寸、超声探头上的阵元分布情况进行设置，使得每个超声探头的弧形组件仅检测所对应的弧形部分螺栓的杆表面状态，以提高成像速度。

(5)计算机对位于相同弧形组件上的阵元接收到的超声信号数据进行独立存储处理，并基于超声相控阵全聚焦成像技术对每个弧形组件传输来的超声信号数据单独进行平面成像处理，并在计算机显示屏上依次显示，即显示出对应弧形组件的画面。

(6)若螺栓表面存在裂纹，根据螺栓裂纹在对应弧形组件画面中的位置，可快速判断螺栓裂纹的位置。