Page 76 - 无损检测2022年第十一期

范祥祥, 等:

基于阵列重叠成像技术的车轴超声检测系统

3 车轴检测扫查装置

根据以上检测工艺, 设计了两套扫查装置, 一套
为轴端扫查装置, 用于布置检测轴颈根 部、 防尘板
座、 轮座内外侧和全轴穿透等部位的探头; 另一套为

轴身扫查装置, 用于布置检测齿 轮箱部位的探头。
两套扫查装置都布置了阵列超声探头, 确保重点检

测部位的全覆盖检测。
扫查装置的优点有: ① 采用自吸附结构和缓冲蓄 图 6 轴身扫查装置实物

能机构, 使得探头对检测面的压力保持为5~10N , 以 装置对各型号车轴的适配。

实现探头的良好耦合; ② 带有高精度旋转编码器, 通

过齿轮、 连轴器等部件保证精确定位; ③ 高兼容适应 4 车轴检测系统终端
性设计, 可实现对不同型号尺寸车轴的适配检测。 为配合整套车轴检测工艺, 研制了专用车轴检
扫查装置旋转一周, 或扫查装置不动, 车轴旋转 测终端软硬件。车轴检测系统终端为车轴检测系统

一周, 即可实现一根轴相应部位的扫查; 全轴扫查 3 的核心部件, 集成了检测系统的硬件、 软件、 输入输
次即可实现全轴检测, 即轴端扫查装置对左右端各 出等功能。
扫查一次, 轴身扫查装置扫查一次。 4.1 车轴超声检测系统终端主机
3.1 轴端扫查装置 终端主机以多通道超声检测模块为核心, 配置
轴端扫查装置实物如图 5 所示, 该装置将轴端 大尺寸显示触摸屏、 高性能工控模块、 电源模块和高
面和轴颈圆周面的阵列探头做了整合, 将整套轴端 性能锂离子电池( 见图 7 )。
扫查装置放置于轴端和轴颈圆周面上, 旋转一周即
可完成一侧轴端的轴颈根部、 防尘板座、 轮座内外侧
以及全轴穿透检测。轴端扫查装置做了高适 配设
计, 轴端面上有 4 个探头位置可放置探头( 该处空余
的两个探头位置也可放置小角度纵波探头), 轴颈圆
周面上的 3 个探头位置可左右调节; 同时设计了调
整螺钉, 可实现轴端面上 4 个探头的升降, 以此满足
不同车轴轴型的检测需求。
图 7 检测系统终端主机实物
多通道超声检测模块原理框架如图 8 所示, 超
声检测模块包括发射部分、 接收部分、 数据处理及传
输等部分 [ 6 ] 。发射部分由 FPGA ( 现场可编程逻辑
门阵列) 控制多路选通开关, 通过 MOS 管( 金属氧
化物半 导 体 场 效 应 晶 体 管) 驱 动 电 路 来 驱 动 高 压
MOS 管, 实现超声信号的发射。探头接收的信号经
图 5 轴端扫查装置实物 过过压隔离保护电路进入前置放大器, 进行预处理;
3.2 轴身扫查装置 再进入相应的接收通道, 经过带通滤波处理后, 进入
轴身扫查装置实物如图 6 所示, 该装置用于检 主放大器, 该主放大器由 DAC ( 数学模拟转换器) 芯
测齿轮座部位, 5 个超声探头的声场存在重叠。轴 片精确控制放大增益; 经过主放大器处理后的信号,
身扫查装置旋转一圈, 即可完成整根车轴齿轮座部 再经过模数转换, 由模拟信号变成数字信号, 最后进
位的全覆盖检测。 入 FPGA 进行超声声束的合成处理; 合成后的超声
轴身扫查装置通过定位轮圆弧面与齿轮座的镶 声束通过 USB3.0 芯片传输给上位机工控模块进行
入部位来定位, 可通过调整定位轮的位置, 实现扫查 成像处理, 同时上位机也可通过通讯协议对超声模
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2022 年 第 44 卷 第 11 期

无损检测