本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置及檢測方法。

背景技術(shù)：

無損檢測是不損害或不影響工件未來使用性能和用途的檢測手段。通過無損檢測可以發(fā)現(xiàn)材料或工件內(nèi)部存在的缺陷，從而避免使用缺陷工件而造成的損失。

無損檢測技術(shù)包括X射線法、紅外法、聲學(xué)法、磁粉檢測法、液體滲透法、渦流法等等。但是對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則的小型鑄件來說，上述方法也存在固有的局限性，如X射線法所用裝置體積大、檢測速度慢、成本高；渦流法常用于導(dǎo)電材料的無損探傷，但只能檢測表面或近表面的缺陷；常見的超聲探傷法常用于大型構(gòu)件的無損探傷，利用超聲回波的時差或者相位對缺陷進(jìn)行測量，但是，這種方法對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不規(guī)則的小型鑄件則很難應(yīng)用，且存在檢測速度慢、檢測裝置成高的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，測量結(jié)果精確。

本發(fā)明的另一目的是提供一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測方法，其操作簡單易行，測量過程明確，測量結(jié)果準(zhǔn)確。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置，它包括平板型底座，該底座上設(shè)有豎直的立柱，該立柱上套設(shè)有固定塊，該固定塊與水平的夾具固定連接，該夾具末端具有夾持部；該夾持部一側(cè)設(shè)有壓電陶瓷激勵源，另一側(cè)下方的底座上設(shè)有聲學(xué)換能器。

進(jìn)一步的，所述底座和立柱均采用吸音橡膠包覆。

進(jìn)一步的，所述聲學(xué)換能器與所述底座之間設(shè)有吸音材料。

進(jìn)一步的，所述的小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置，還包括上位機(jī)、控制器和接口裝置；該上位機(jī)通過該接口裝置連接該控制器，所述聲學(xué)換能器的輸出端連接該接口裝置的輸入端，該接口裝置與該控制器互聯(lián)，該控制器的輸出端連接所述壓電陶瓷激勵源的輸入端。

進(jìn)一步的，所述固定塊滑動設(shè)于所述立柱上，并通過定位裝置固定位置。

一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測方法，利用上述的無損檢測裝置進(jìn)行，并包括下列步驟：

A.將標(biāo)準(zhǔn)的合格鑄件裝夾到夾具的夾持部內(nèi)，上位機(jī)發(fā)出測試指令，控制器輸出控制信號，驅(qū)動該夾持部一側(cè)的壓電陶瓷激勵源；

B.合格鑄件在激勵下產(chǎn)生振動并發(fā)出聲波，底座上的聲學(xué)換能器接收到通過空氣傳播過來的音頻信號，通過控制器經(jīng)過接口裝置傳送到該上位機(jī)，形成標(biāo)準(zhǔn)共振聲譜，并記錄；

C.再將待測鑄件裝夾到該夾具的夾持部內(nèi)，上位機(jī)再次發(fā)出測試指令，控制器再次輸出控制信號，驅(qū)動該夾持部一側(cè)的壓電陶瓷激勵源；

D.待測鑄件在激勵下產(chǎn)生振動并發(fā)出聲波，底座上的聲學(xué)換能器接收到通過空氣傳播過來的音頻信號，再次通過控制器經(jīng)過接口裝置傳送到該上位機(jī)，形成待測共振聲譜，并記錄；

E.將待測共振聲譜與該標(biāo)準(zhǔn)共振聲譜的共振頻率對比，如果共振頻率一致，上位機(jī)判斷待測鑄件合格；如果共振頻率不一致，上位機(jī)判斷待測鑄件不合格。

進(jìn)一步的，所述步驟A包括：

A1.控制器初始化：

數(shù)字信號處理芯片初始化：時鐘、IO、UART和I2C信號初始化；讀取EEPROM中的控制參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置；

A2.裝訂參數(shù)：數(shù)字信號處理芯片以UART總線讀取所述上位機(jī)中的控制、濾波參數(shù)，并裝訂到系統(tǒng)變量結(jié)構(gòu)體中；

A3.等待串口接收中斷：設(shè)定中斷向量表，使能串口中斷，使能數(shù)字信號處理串口緩沖區(qū)接收中斷；

A4.檢測：數(shù)字信號處理芯片通過AD模塊拾取所述聲學(xué)換能器檢測到的聲學(xué)信號；

A5.驅(qū)動輸出：數(shù)字信號處理芯片輸出PWM控制信號，PWM功放單元將PWM信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動所述壓電陶瓷激勵源。

進(jìn)一步的，所述步驟C包括：

C1.控制器初始化：

數(shù)字信號處理芯片初始化：時鐘、IO、UART和I2C信號初始化；讀取EEPROM中的控制參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置；

C2.裝訂參數(shù)：數(shù)字信號處理芯片以UART總線讀取所述上位機(jī)中的控制、濾波參數(shù)，并裝訂到系統(tǒng)變量結(jié)構(gòu)體中；

C3.等待串口接收中斷：設(shè)定中斷向量表，使能串口中斷，使能數(shù)字信號處理串口緩沖區(qū)接收中斷；

C4.檢測：數(shù)字信號處理芯片通過AD模塊拾取所述聲學(xué)換能器檢測到的聲學(xué)信號；

C5.驅(qū)動輸出：數(shù)字信號處理芯片輸出PWM控制信號，PWM功放單元將PWM信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動所述壓電陶瓷激勵源。

進(jìn)一步的，所述接口裝置包括隔離RS422和RS232通訊接口。

進(jìn)一步的，所述數(shù)字信號處理芯片為32位。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用壓電陶瓷激勵源對小型不規(guī)則鑄件進(jìn)行掃頻激勵，再通過聲學(xué)換能器對鑄件產(chǎn)生的聲頻進(jìn)行拾取，并和無缺陷的標(biāo)準(zhǔn)鑄件的聲譜進(jìn)行比對，從而可以識別含有缺陷的鑄件，整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，測量方法明確，測量結(jié)果準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置的控制系統(tǒng)原理框圖。

圖3是本發(fā)明小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置的控制系統(tǒng)流程圖。

圖4是本發(fā)明小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置的PWM功放模塊。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實施例與附圖，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置，它包括平板型底座1，該底座1上設(shè)有豎直的立柱2，該立柱2上套設(shè)有固定塊3，該固定塊3與水平的夾具4固定連接，該夾具4末端具有夾持部5，用于夾持工件8。該固定塊3滑動設(shè)于該立柱2上，可以調(diào)整其豎直高度，并通過定位裝置固定位置。該夾持部5一側(cè)設(shè)有壓電陶瓷激勵源6，另一側(cè)下方的底座1上設(shè)有聲學(xué)換能器7。壓電陶瓷激勵源6和夾具4的夾持部5直接剛性聯(lián)接，可以使振動進(jìn)行良好的傳導(dǎo)。優(yōu)選的，該底座1和立柱2均采用吸音橡膠包覆，可以使通過固體傳導(dǎo)的聲波進(jìn)行最大限度的衰減。另外，該聲學(xué)換能器7與該底座1之間設(shè)有吸音材料，只拾取通過空氣傳導(dǎo)的聲波，最大限度的降低固體傳導(dǎo)的聲波的干擾。

該小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置，還包括上位機(jī)、控制器和接口裝置。該上位機(jī)通過該接口裝置連接該控制器，該聲學(xué)換能器7的輸出端連接該接口裝置的輸入端，該接口裝置與該控制器互聯(lián)，該控制器的輸出端連接該壓電陶瓷激勵源6的輸入端。

如圖2所示，該上位機(jī)通過接口模塊對控制模塊發(fā)送指令，傳感器模塊的輸出端連接接口模塊的輸入端，接口模塊與控制模塊互聯(lián)；該控制模塊的輸出端連接激勵輸出模塊的輸入端，該激勵輸出模塊輸出端連接壓電陶瓷激勵源6。該控制模塊包括DSP(數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理芯片)，該DSP為32位，用于進(jìn)行聲學(xué)信號采集和激勵信號輸出控制，該DSP在測量過程中接受上位機(jī)的控制，進(jìn)行實時調(diào)整控制、濾波參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置并存儲到EEPROM中。該接口模塊包括隔離RS422和RS232通訊接口。該傳感器模塊包括聲學(xué)換能器7、儀表放大器單元和AD轉(zhuǎn)換模塊。該激勵輸出模塊包括壓電陶瓷激勵源6和功率放大模塊。

在利用本發(fā)明小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測裝置進(jìn)行無損檢測時，對于某一型號的鑄件，先利用本發(fā)明的裝置采集其共振聲譜。再將待測試鑄件裝夾到夾具4的夾持部5上，如圖3、圖4所示，上位機(jī)發(fā)出測試指令，DSP輸出PWM控制信號，PWM功放單元將DSP的PWM信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動壓電陶瓷激勵源6，待測試鑄件在激勵下會產(chǎn)生振動并發(fā)出聲波，位于裝置底座1上的聲學(xué)換能器7接收到通過空氣傳播過來的音頻信號，通過采集模塊的放大和AD轉(zhuǎn)換模塊被DSP通過接口裝置送到上位機(jī)。

如果測試工件為完好工件，則采集到的聲譜信號的共振尖峰應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)鑄件的共振頻率相吻合；如果試件中含有氣孔、裂紋等缺陷，則其聲譜會明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)聲譜，上位機(jī)將給出試件異常提示。

本發(fā)明還提供一種小型不規(guī)則鑄件聲譜無損檢測方法，利用上述的無損檢測裝置進(jìn)行，具體來說，包括下列步驟：

A.將標(biāo)準(zhǔn)的合格鑄件裝夾到夾具4的夾持部5內(nèi)，上位機(jī)發(fā)出測試指令，控制器輸出控制信號，驅(qū)動該夾持部5一側(cè)的壓電陶瓷激勵源6。

B.合格鑄件在激勵下產(chǎn)生振動并發(fā)出聲波，底座1上的聲學(xué)換能器7接收到通過空氣傳播過來的音頻信號，通過控制器經(jīng)過接口裝置傳送到該上位機(jī)，形成標(biāo)準(zhǔn)共振聲譜，并記錄。

C.再將待測鑄件裝夾到該夾具4的夾持部5內(nèi)，上位機(jī)再次發(fā)出測試指令，控制器再次輸出控制信號，驅(qū)動該夾持部5一側(cè)的壓電陶瓷激勵源6。

D.待測鑄件在激勵下產(chǎn)生振動并發(fā)出聲波，底座1上的聲學(xué)換能器7接收到通過空氣傳播過來的音頻信號，再次通過控制器經(jīng)過接口裝置傳送到該上位機(jī)，形成待測共振聲譜，并記錄。

E.將待測共振聲譜與該標(biāo)準(zhǔn)共振聲譜的共振頻率對比，如果共振頻率一致，上位機(jī)判斷待測鑄件合格。如果共振頻率不一致，上位機(jī)判斷待測鑄件不合格。

該步驟A具體包括：

A1.控制器初始化：

數(shù)字信號處理芯片初始化：時鐘、IO、UART和I2C信號初始化。讀取EEPROM中的控制參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置。

A2.裝訂參數(shù)：數(shù)字信號處理芯片以UART總線讀取該上位機(jī)中的控制、濾波參數(shù)，并裝訂到系統(tǒng)變量結(jié)構(gòu)體中。

A3.等待串口接收中斷：設(shè)定中斷向量表，使能串口中斷，使能數(shù)字信號處理串口緩沖區(qū)接收中斷。

A4.檢測：數(shù)字信號處理芯片通過AD模塊拾取該聲學(xué)換能器檢測到的聲學(xué)信號。

A5.驅(qū)動輸出：數(shù)字信號處理芯片輸出PWM控制信號，PWM功放單元將PWM信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動該壓電陶瓷激勵源。

該步驟C具體包括：

C1.控制器初始化：

數(shù)字信號處理芯片初始化：時鐘、IO、UART和I2C信號初始化。讀取EEPROM中的控制參數(shù)和系統(tǒng)設(shè)置。

C2.裝訂參數(shù)：數(shù)字信號處理芯片以UART總線讀取該上位機(jī)中的控制、濾波參數(shù)，并裝訂到系統(tǒng)變量結(jié)構(gòu)體中。

C3.等待串口接收中斷：設(shè)定中斷向量表，使能串口中斷，使能數(shù)字信號處理串口緩沖區(qū)接收中斷。

C4.檢測：數(shù)字信號處理芯片通過AD模塊拾取該聲學(xué)換能器檢測到的聲學(xué)信號。

C5.驅(qū)動輸出：數(shù)字信號處理芯片輸出PWM控制信號，PWM功放單元將PWM信號進(jìn)行功率放大，驅(qū)動該壓電陶瓷激勵源。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有無損探傷方法無法有效、低成本檢測小型不規(guī)則鑄件缺陷的問題，可以有效應(yīng)用在小型不規(guī)則鑄件的生產(chǎn)、裝配過程中，準(zhǔn)確檢測、剔除存在缺陷的工件。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。