异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置、检测装置及方法与流程

1.本发明属于无损检测设备领域，特别涉及一种异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置、检测装置及方法。


背景技术：

2.异形顶面气缸活塞镶圈超声检测方法的现有技术是采用单水浸探头自发自收，以水/铝界面第二临界角入射产生超声表面波，通过判断表面回波位移判断镶圈与铝基的贴合程度。由于镶圈厚度较小，同时在进行超声检查时设备旋转也会造成回波信号在屏幕上小幅度左右移动，因此坐标位移差难以判断贴合程度。检出率及可靠性有待提高。
3.现有活塞检测装置均未采用爬波方式进行检测，如申请号为：2018207031841所公开的中国专利申请，其包括检测箱，检测箱分为上下两层，检测箱的上层为检测液槽，检测箱的下层为设备底柜；所述检测液槽内设有活塞托盘、探头调整柱、第一超声波接收探头、超声波发射探头和第二超声波接收探头，检测液槽的底板上设有滑槽，滑槽上设有滑块，探头调整柱固定在滑块上，第一超声波接收探头、超声波发射探头和第二超声波接收探头分别通过抱箍自上而下固定在探头调整柱上；设备底柜的底板上设有电机、控制器和超声波检测仪，电机的输出抽穿过通孔后与活塞托盘固定连接，控制器分别与超声波检测仪和电机连接，超声波检测仪分别与第一超声波接收探头、超声波发射探头和第二超声波接收探头连接。但该方式并未采用爬波检测，其检测精准性较差。
4.而申请号为：cn201510517678.1 所公开的中国专利申请，其包括操作台控制箱、提升装置、探头架调节装置、分油室、滚轴支架装置、回油室、油泵、油箱、测速装置、电动机、同步带、操作台本体、探头架。探头调节机构具有4个自由度，滚轴转动采用圆弧型同步带传动技术，并通过脉宽调制技术实现滚轴转动速度的无级调节。其并未公开以何种波种进行检测。其检测准确性不可知。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种可靠性高的异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置，所述活塞的周面上设有若干第一环形槽和所述第三环形槽，所述第一环形槽内设有镶圈，且镶圈周面具有第二环形槽，所述采集装置包括安装架、可上下调节地安装于所述安装架上的延伸杆、安装于所述延伸杆上的水浸焦点传感器，所述采集装置还包括安装于所述延伸杆上的薄片式超声传感器，所述水浸焦点传感器用于在所述活塞端部产生爬波，所述薄片式超声传感器设于所述第二环形槽和所述第三环形槽内用于接收爬波信号。
7.优化的，所述薄片式超声传感器包括基块、安装于所述基块上的若干传感片，每个所述传感片包括开设有安装槽的铜片、通过环氧树脂聚合物封装于所述安装槽内的压电晶片。
8.优化的，所述采集装置包括连接于所述延伸杆和基块之间的连接块延伸杆基块侧
面通过螺纹孔与连接块固定，连接块通过延伸杆可上下调节，以调整薄片式超声传感器高度。
9.优化的，所述基块上设有两个传感片且相对设置并形成插槽，检测时，所述传感片分别插设于两个镶圈的第二环形槽内，其中位于下侧的传感片同时既作发射端又作为接收端，位于上侧的传感片为接收端，下侧的所述传感片作为发射端时检查活塞下侧项圈，作为接收端时接收水浸焦点传感器产生的爬波信号用于检测上侧项圈，上侧的传感片用于接收发射端产生的超声信号。
10.优化的，所述水浸焦点传感器采用宽频带水浸点聚焦方式的水浸焦点传感器，传感器的频率10-20mhz，晶片直径2-8mm，焦距10-30mm。
11.优化的，所述传感片频率5-6mhz，晶片18-30mm2。
12.优化的，所述水浸点聚焦传感器通过螺钉固定于调整块，调整块通过螺钉与固定块连接，固定块安装于延伸杆上且随延伸杆上下调节，使超声波焦点位于活塞基材。
13.本发明还提供了一种异形顶面气缸活塞镶圈超声检测装置，其包括上述任一所述异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置以及信号分析系统。
14.本发明还提供了一种异形顶面气缸活塞镶圈超声检测方法，利用权利要求8所述的检测装置进行检测，其包括以下步骤：a.将活塞、水浸焦点传感器和薄片式超声传感器置于水中，以水铝界面第一临界角；b.水浸聚焦传感器作为发射端使超声波焦点落至活塞上端部的外周面上，在活塞上端部产生爬波进入到活塞与镶圈端面的接合面；c.薄片式超声传感器作为接收端，放置在上侧镶圈的第二环形槽内，接收通过活塞与镶圈端面的接合面的超声波爬波信号；d.信号分析系统接受采集装置传输的爬波信号，当爬波信号幅值m小于x时，则活塞与镶圈端面的接合面存在未贴合缺陷。
15.优化的，水浸聚焦传感器的超声波的入射角为n，10
°
《n《25
°
，此时能获得较为灵敏精准的超声波信号。
16.本发明的有益效果在于：采用组合探头，一发一收，通过爬波信号幅值高低判断贴合程度，检出率及可靠性大幅改善，适用于生产线在线检测，方便工人操作。
附图说明
17.图1是实施例一本发明中采集装置的立体图；图2是实施例一中本发明中采集装置的主视图；图3是薄片式超声传感器的主视图；图4是薄片式超声传感器的左视图；图5是水浸焦点传感器的立体图；图6是实施例二中本发明中采集装置的主视图。
具体实施方式
18.下面结合附图所示的实施例对本发明作以下详细描述：
实施例一如图1-2所示，异形顶面气缸活塞镶圈超声检测装置包括异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置，以及信号分析系统（信号分析系统为现有技术，非本发明重点，再次不做赘述）。活塞01的周面上设有第一环形槽02和第三环形槽03，第一环形槽02内设有镶圈05，且镶圈05周面具有第二环形槽04，采集装置包括安装架2、可上下调节地安装于安装架2上的延伸杆3、安装于延伸杆3上的水浸焦点传感器4，采集装置还包括连接块6、通过连接块6安装于延伸杆3上的薄片式超声传感器，以及信号分析器，水浸焦点传感器4用于在活塞01端部产生爬波，薄片式超声传感器设于第二环形槽04和第三环形槽03内用于接收爬波信号。
19.图3-4所示，薄片式超声传感器包括基块53、安装于所述基块上的若干传感片5，在本实施例中为2片，每个传感片5包括开设有安装槽的铜片51、通过环氧树脂聚合物封装于安装槽内的压电晶片52。所述传感片频率5-6mhz，晶片18-30mm2。基块53连接于连接块6上，传感片5设于基块53上，基块53侧面通过螺纹孔与连接块6固定连接块6通过延伸杆3可上下调节，以调整薄片式超声传感器高度。基块53上设有两个传感片5且相对设置并形成插槽， 检测时，传感片5分别插设于第三环形槽03和第二环形槽04内，其中位于下侧的传感片5同时既作发射端又作为接收端，位于上侧的传感片5为接收端，下侧的传感片5作为发射端时检查活塞01下侧项圈，作为接收端时接收水浸焦点传感器4产生的爬波信号用于检测上侧项圈，上侧的传感片5用于接收发射端产生的超声信号。
20.如图5所示，水浸焦点传感器4采用宽频带水浸点聚焦方式的水浸焦点传感器4。水浸焦点传感器4的频率10-20mhz，最佳取15mhz，晶片直径2-8mm，最佳取4mm，焦距10-30mm，最佳取15mm。水浸焦点传感器4通过螺钉固定于调整块7上的安装孔70内，调整块7与固定块8一体成型， 固定块8安装于延伸杆3上且随延伸杆3上下调节，使超声波焦点位于活塞01基材。
21.基于上述装置的检测方法，其包括以下步骤：a.将活塞、水浸焦点传感器和薄片式超声传感器置于水中，以水铝界面第一临界角；b.水浸聚焦传感器作为发射端使超声波焦点落至活塞上端部的外周面上，在活塞上端部产生爬波进入到活塞与镶圈端面的接合面；c.位于下方的薄片式超声传感器既作为发生端又作为接收端，其放置在上侧镶圈的第二环形槽内，用于接收爬波信号，位于上方的薄片式超声传感器作为接收端，放置在第三环形槽内，接收通过活塞与镶圈端面的接合面的一般超声波信号；d.信号分析器采集位于下方的薄片式超声传感器接收到的爬波信号和位于上方的薄片式超声传感器接收到的一般超声波信号，当爬波信号幅值m下降至正常值的50%时，则活塞与镶圈下端面的接合面存在未贴合缺陷；当一般超声波信号幅值m下降至正常值的50%时，则活塞与镶圈上端面的接合面存在未贴合缺陷。
22.水浸聚焦传感器的超声波的入射角为n，13
°
≤n≤13.8
°
，最佳n取13.8
°
。
23.实施例二异形顶面气缸活塞镶圈超声检测装置包括异形顶面气缸活塞镶圈超声采集装置，以及信号分析系统（信号分析系统为现有技术，非本发明重点，再次不做赘述）。活塞01的周面上设有第一环形槽02和第三环形槽03，第一环形槽02内设有镶圈05，且镶圈05周面具有
第二环形槽04，采集装置包括安装架2、可上下调节地安装于安装架2上的延伸杆3、安装于延伸杆3上的水浸焦点传感器4，采集装置还包括连接块6、通过连接块6安装于延伸杆3上的薄片式超声传感器，以及信号分析器，水浸焦点传感器4用于在活塞01端部产生爬波，薄片式超声传感器设于第二环形槽04和第三环形槽03内用于接收爬波信号。
24.薄片式超声传感器包括基块53、安装于所述基块上的若干传感片5，本实施例二与实施例一的区别点在于：传感片5有1片，水浸焦点传感器4有两个且相对称的设于所述传感片5的上下两侧，如图6所示，传感片5包括开设有安装槽的铜片51、通过环氧树脂聚合物封装于安装槽内的压电晶片52。所述传感片频率5-6mhz，晶片18-30mm2。基块53连接于连接块6上，传感片5设于基块53上，基块53侧面通过螺纹孔与连接块6固定连接块6通过延伸杆3可上下调节，以调整薄片式超声传感器高度。基块53上设有1个传感片5， 检测时，传感片5插设于第三环形槽03或第二环形槽04内，传感片5作为接收端接收上下两侧的水浸焦点传感器4产生的爬波信号。
25.水浸焦点传感器4采用宽频带水浸点聚焦方式的水浸焦点传感器4。水浸焦点传感器4的频率10-20mhz，最佳取15mhz，晶片直径2-8mm，最佳取4mm，焦距10-30mm，最佳取15mm。水浸焦点传感器4通过螺钉固定于调整块7上的安装孔70内，调整块7与固定块8一体成型， 固定块8安装于延伸杆3上且随延伸杆3上下调节，使超声波焦点位于活塞01基材。
26.基于上述装置的检测方法，其包括以下步骤：a.将活塞、水浸焦点传感器和薄片式超声传感器置于水中，以水铝界面第一临界角；b.上下侧水浸聚焦传感器作为发射端使超声波焦点落至活塞上端部的外周面上，在活塞端部产生爬波进入到活塞与镶圈端面的接合面；c.薄片式超声传感器作为接收端，放置在上侧镶圈的第二环形槽内，接收通过活塞与镶圈端面的接合面的超声波信号；d.信号分析器采集爬波信号，当位于上侧的水浸聚焦传感器所产生的爬波信号幅值m下降至正常值的50%时，则活塞与镶圈的上端面的接合面存在未贴合缺陷；当位于下侧的水浸聚焦传感器所产生的爬波信号幅值m下降至正常值的50%时，则活塞与镶圈的下端面的接合面存在未贴合缺陷。
27.水浸聚焦传感器的超声波的入射角为n，13
°
≤n≤13.8
°
，最佳n取13.8
°
。
28.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。