一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法

本发明涉及无损检测，是一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法。

背景技术：

1、在汽车生产制造过程中，为保证汽车的安全性和可靠性，汽车零部件的质量尤为重要。如果关键的零部件内部出现缺陷或表面出现裂纹，在汽车运行交变应力的作用下，内部缺陷会向外延伸或者表面的裂纹变大，长期运行存在重大安全隐患。

2、对工件探伤时可分为两种方法：穿透法和反射法。穿透法的原理是：加热源对工件的一个侧面进行加热，同时在另一个侧面由红外摄像仪接收工件表面的温度场分布。如果工件内存在缺陷将会对热流的传播过程产生阻碍作用，在待测工件表面造成一个“低温区”，在红外摄像仪上接收到的热图像将是一个“暗区”。反射法的原理是；加热源对工件的一面进行加热，在同一面采用红外摄像仪接收红外热图像。如果工件中有缺陷，将阻碍热能的传播，造成能量积累(反射)，使缺陷部位对应的工件表面形成一个“高温区”，在热图像中将是一个“亮区”。

3、在检测工件缺陷的同时，可以非常容易地计算出缺陷的位置、形状、大小等，从而全面检测工件的参数。

4、传统的连杆缺陷检测方法主要采用人工目视检查或磁粉检测，此方法不仅工作量大、检测效率低、不同检验人员的检测结果差异较大，而且在检测过程中易出现漏检和误检等现象，且难以检测连杆内部缺陷。

5、因此有必要研制一种高效无损检的装置实现无线实时对汽车发动机连杆内部缺陷进行精准检测。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，为了解决上述问题，本发明提出了一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法，本发明为了解决现有汽车发动机连杆在检测时检测效率低、检测过程中易出现漏检和误检等现象，且难以检测连杆内部缺陷的问题，本发明使用的方法利用超声波引起的热效应，通过红外热成像技术来检测材料内部的缺陷，如裂纹、分层、孔洞等。由于热效应能够穿透表面层，能检测到内部的缺陷，尤其对金属材料有更好的检测效果。

2、本发明提供了一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法，本发明提供了以下技术方案：

3、一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置，所述装置包括：连杆夹紧模块、超声激励模块、红外锁相热像检测模块、气压传动模块和超声调制模块；

4、连杆夹紧模块、可调制超声激励模块、红外锁相热像检测模块、气压传动模块均通过螺栓固定连接于测试工台底板上；

5、超声激励模块包括超声波发生器、超声波换能器、超声波变幅杆、超声波换能器固定座和带锁滑块导轨；

6、红外锁相热像检测模块包括红外热像仪、转接板、球头连杆支架、带锁滑块导轨和50铝型材和角铝；

7、所述气压传动模块包括小型气缸、推杆支座、节流阀、手动换向阀、气动快速接头、减压阀、过滤器、气源、pu气管和转接头；

8、所述超声调制模块包括24v开关电源、电磁继电器和usb-rs32通讯线缆；

9、优选地，连杆夹紧模块包括大端支撑座、大端定位块、小端支撑座、小端定位板、直线轴承座、直线轴承和定位v块；

10、大端支撑座为圆筒形设计，大端定位块为水滴形设计，大端定位块通过螺栓连接于大端支撑座上，用于顶紧连杆大端内圆面；小端支撑座为方筒形设计小端支撑座上贴有硅橡胶材质小端定位板，用于减震缓冲且兼有调整高度作用，使连杆保持水平放置；

11、大端支撑座和小端支撑座分别用于放置连杆的大端和小端，其中大端支撑座和小端支撑座具备一定高度，使超声激励模块中超声波变幅杆始终正对连杆中线位置；

12、大端支撑座通过法兰连接于测试工台底板上，通过分别使大端支撑座或大端定位块旋转180°改变定位位置，从而适应一系列不同类型和规格的汽车发动机连杆定位要求；

13、直线轴承固定于直线轴承座中且置于连杆正后方，定位v块穿过直线轴承座，其中，v形卡盘端用于顶紧连杆小端外圆面，另一端用于连接小型气缸推杆，整个连杆夹紧模块通过小型气缸推杆推动定位v块对汽车发动机连杆进行夹紧和定位。

14、优选地，连杆夹紧模块固定于测试工台底板中央，连杆夹紧模块前方及左右两侧设有超声激励模块，3个超声激励模块通过带锁滑块导轨固定于测试工台底板上，红外锁相热像检测模块置于汽车连杆正上方，通过50铝型材和角铝固定于测试工台底板上，气压传动模块通过螺栓连接于连杆夹紧模块和3个超声激励模块后方。

15、优选地，超声变幅杆与超声换能器输出端通过螺栓相连，将机械振动的振幅放大，超声变幅杆设计为球头，以便使得调整超声激励模块位置时，汽车发动机连杆始终与超声变幅杆球面形成点接触，提高超声激励的效率。

16、优选地，红外锁相热像检测模块用于对采集汽车发动机连杆受超声激励发出的热信号，并将数据输出为图像序列的形式；在该模块中红外热像仪通过转接板连接至球头连杆支架上，然后球头连杆支架再通过转接板连接至带锁滑块导轨上，整体模块通过50铝型材和角铝安装于测试工台底板上。

17、优选地，球头连杆支架具备两个万向节，使红外热像仪至多在-90°～90°范围内进行灵活调整，整体模块可通过带锁滑块导轨在垂直和水平方向上进行位置调整，在方便红外热像仪调整焦距的同时可对检测视场进行调整。

18、优选地，气压传动模块用于为连杆夹紧模块中定位v块提供夹紧力，同时也为超声激励模块中超声变幅杆提供压紧力；

19、超声调制模块用于对超声波发生器进行信号调制，控制其使超声换能器和变幅杆以一定的调制信号发出超声激励；超声调制模块中继电器模块通过信号线与超声波发生器相连，用于输出电信号。

20、一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测方法，所述方法包括：

21、步骤1：将汽车发动机连杆置于连杆夹紧模块中，连杆的大端和小端分别置于大端支撑座和小端支撑座上，打开气源和手动换向阀dv1，调整减压阀压力，开启连杆夹紧模块后气缸，夹紧汽车发动机连杆；

22、步骤2：调整带锁滑块导轨，确定超声激励位置，锁定滑块后打开手动换向阀dv2，调整减压阀压力，开启超声激励模块后方气缸，使超声变幅杆顶紧被测发动机连杆；

23、步骤3：打开红外热像仪电源，调整带锁滑块导轨，检测位置和范围，锁定滑块后调整红外热像仪焦距；

24、步骤4：打开超声波发生器和超声调制模块电源，确定好调制参数后通过上位机输入指令，控制超声变幅杆以调制信号发出超声激励；

25、步骤5：开启红外热像仪检测模式，捕捉并输出热信号图像序列至上位机，上位机进行数据处理并确定缺陷位置；

26、步骤6：待调制结束后停止输出信号，依次关闭超声波发生器和超声调制模块电源，关闭红外热像仪；

27、步骤7：关闭手动换向阀dv2，使超声激励模块复位，关闭手动换向阀dv1，松开连杆夹紧模块，检测结束。

28、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法控制方法。

29、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法控制方法。

30、本发明具有以下有益效果：

31、本发明与现有技术相比：

32、本发明发现连杆是发动机等机械系统中的重要组成部分，它在工作过程中承受高频脉动负荷，特别是当连杆大小端与衬套过盈量不足时，易发生连杆游移、活塞销与大小端衬套产生干摩擦，造成连杆大小端断裂等故障。为了安全和成本考虑，需要对连杆进行定期检测。对连杆的无损检测方法普遍采用磁粉探伤法，但其仅仅局限于发现由连杆磁性材料的零件上的表面和亚表面的裂纹、夹杂物、气孔等。这种检测方法无法全方位准确地发现其裂纹位置，需要检测人员先前用肉眼去发现裂纹的潜在位置，再通过仪器来进行检测，这大大降低了检测的准确性与时效性。超声波检测可以检测出复合金属等工件内部的缺陷，具有对缺陷定位准确、穿透能力强和灵敏度高等特点，传统超声检测灵敏度和分辨率通常受限于超声波频率和探头特性，对于某些微小缺陷可能不易检测，此外通常需要逐点或逐线扫描，检测速度较慢，并需要耦合剂和探头与材料表面接触，对于大面积或复杂形状的工件难以适用。

33、超声红外锁相热像无损检测技术是一种新型的无损检测技术，可充分发挥超声波激励构件选择加热特性与红外锁相热像技术的优势，具有较高的灵敏度和分辨率，能够检测到微小的温度变化，从而能够准确检测其内部缩孔、疏松等缺陷，例如其夹杂的白点、夹层、气泡、内部裂纹等。此外本方法可以进行大面积快速扫描，通过热成像迅速发现和定位缺陷。这使得在大规模检测任务中具有时间效率上的优势。

34、考虑到连杆材质和结构的特性，超声波在进入不同材质的金属时，由于不同材质金属的声阻抗不同，在不同声阻抗的界面超声波会发生反射和透射等，并且能量会发生衰减。此外连杆大小端和衬套的厚度相对较小，若采用单探头式收发一体超声波反射检测的方法来对它进行检测，检测回波的幅值会较小，难以观察到缺陷回波，而且通常衬套的内壁有油槽或者油孔，会对反射检测回波产生干扰，从而影响对检测回波的无损评价。而本发明采用机械加载装置将激励头发出的超声频振动有效地耦合注入被检构件中，通过采集构件表面温度变化进而可以有效分析缺陷位置，简化了检测过程，提高了效率和准确率。此外，常规的超声波检测对缺陷定位定量精度不是很高，不能准确地确定缺陷在待测物方向上的尺寸以及准确位置。本发明提出将连杆夹紧模块和气压传动模块结合，不仅可适配不同规格型号的连杆，而且超声变幅杆的球头设计可针对形状复杂的构件表面进行激励。

35、超声红外锁相热像检测法是以红外图像序列上对应像素点温度变化的幅值和相位作为判定缺陷的依据。但由于热波传输特性会引起横向热扩散效应，进而导致缺陷特征识别不准确，因此本发明为抑制横向热扩散效应，提高缺陷尺寸识别准确率，提出基于小波变换的增强的红外图像序列锁相处理算法，该算法首先将温度信号序列(红外图像序列)与参考信号时域内的相关运算等价于序列与翻转的参考信号时域内的卷积，即在频域内相当于两个信号之积。将信号序列通过中心频率为调制频率的极窄带滤波器，从而抑制噪声。其次利用小波变换的多尺度性，将红外图像序列上各对应像素点的温度信号序列进行小波分解，根据调制频率选择小波的分层并对低频系数进行阈值处理，而对各层的高频系数按高斯白噪声设置阈值进行消噪处理，进而重构信号，实现对原始信号消除低频分量和噪声干扰的处理，提高有用信号。

技术特征：

1.一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置，其特征是：所述装置包括：连杆夹紧模块、超声激励模块、红外锁相热像检测模块、气压传动模块和超声调制模块；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征是：

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征是：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征是：

8.一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测方法，其特征是：所述方法包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求8的方法。

10.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8的方法。

技术总结
本发明是一种汽车发动机连杆的超声红外无损检测装置及检测方法。本发明涉及无损检测技术领域，本发明为了解决现有汽车发动机连杆在检测时检测效率低、检测过程中易出现漏检和误检等现象，且难以检测连杆内部缺陷的问题，本发明使用的方法利用超声波引起的热效应，通过红外热成像技术来检测材料内部的缺陷，如裂纹、分层、孔洞等。由于热效应能够穿透表面层，能检测到内部的缺陷，尤其对金属材料有更好的检测效果。

技术研发人员：杨峰,刘俊岩,王飞,宋鹏,岳卓言,赵江浩,岳洪浩
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23