一种圆柱形工件的缺陷检测装置及其缺陷检测方法

技术领域

本发明涉及分析检测技术领域，尤其涉及一种圆柱形工件的缺陷检测装置及其缺陷检测方法。

背景技术

通常圆形铝铸锭缺陷检测方法有：1、金属材料着色渗透探伤剂。通过涂抹有色颜料，通过渗透的原理，有色颜料渗透到裂纹中去，从而显现出裂纹来。2、通过X光机器扫描。3、手持超声波探测仪器。

然而，第一种方法通常通过手工操作，涂抹着色剂后还要清洗，操作比较脏，且不环保、检测效率低。第二种方法的设备昂贵，且有X射线辐射，不环保且无法检测尺寸较大的工件。第三种方法操作方法简单，便携，但是通过手工操作，容易出现漏检和主观情况、且检测效率低。

因此，需要开发新的针对圆柱形工件的缺陷检测方法以提高检测效率。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置及其缺陷检测方法，解决了现有圆柱形工件难以检测的难题，且减少了人工操作，提高了检测效率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置包括：用于盛放溶剂的容器；超声波检测装置，所述超声波检测装置设置有可沿圆柱形工件的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退的超声波检测探头；用于使圆柱形工件绕中心轴旋转的旋转装置，所述旋转装置包括电机和与所述电机同轴相连的旋转圆部，所述旋转圆部上用于放置圆柱形工件；所述旋转圆部上设置有与所述旋转圆部同心设置的缓冲层；其中，所述旋转装置、圆柱形工件和超声波检测探头均没入溶剂内。

本发明通过设置旋转装置使圆柱形工件按照步进的方式进行旋转并进行超声波检测，避免了人工扫描的低速度和漏检问题。

值得说明的是，由于本发明所针对的圆柱形工件主要为铝和/或铝合金的圆柱形铸锭，由于铝和/或铝合金的硬度较低，其表面很容易产生划痕或磕碰导致的缺陷，这导致本发明的难处在于如何使圆柱形工件旋转的同时还不损伤圆柱形工件本身。为此本发明通过设置与电机同轴相连的旋转圆部用于带动圆柱形工件进行旋转，并且在旋转圆部上设置同心设置的缓冲层，避免了旋转圆部在检测过程中对圆柱形工件的损伤。

优选地，所述旋转圆部设置有至少两个。

优选地，至少两个所述旋转圆部在所述圆柱形工件的一个端面和另一个端面之间呈等距分布，且至少两个所述旋转圆部中位于两端的旋转圆部与一个端面或另一个端面之间的距离相同。

优选地，所述旋转圆部的直径与所述圆柱形工件的直径之比为0.3～0.9:1，例如可以是0.3:1、0.37:1、0.44:1、0.5:1、0.57:1、0.64:1、0.7:1、0.77:1、0.84:1或0.9:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，单个所述旋转圆部的长度与所述圆柱形工件的长度之比为0.1～0.2:1，例如可以是0.1:1、0.12:1、0.13:1、0.14:1、0.15:1、0.16:1、0.17:1、0.18:1、0.19:1或0.2:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述旋转圆部的材质与所述圆柱形工件的材质相同。

本发明优选将二者的材质选的相同，能够避免对彼此的损伤。

优选地，所述缓冲层的厚度为1～3mm，例如可以是1mm、1.3mm、1.5mm、1.7mm、1.9mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm或3mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述缓冲层的材质为聚氨酯。

优选地，所述旋转圆部包括相向设置的第一端面和第二端面，以及连接所述第一端面和第二端面和圆柱面，在所述第一端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第一凹槽，在所述第二端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第二凹槽。

优选地，所述第一凹槽和第二凹槽各自独立地为弧形凹槽。

优选地，所述第一凹槽和第二凹槽上设置有缓冲层。

优选地，所述缓冲层的厚度高于所述第一凹槽和第二凹槽的深度。

优选地，所述缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高0.01～0.05mm，例如可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm或0.05mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明优选设置缓冲层仅设置在第一凹槽和第二凹槽内，并且使缓冲层的厚度稍微高些，在圆柱形工件的重力作用下能够将聚氨酯材质的缓冲层下压，从而使其能够被旋转圆部带动进行旋转，又能够避免旋转圆部队圆柱形工件的损伤。

优选地，所述超声波检测探头的最下端与所述圆柱形工件之间的距离为35～85mm，例如可以是35mm、41mm、47mm、52mm、58mm、63mm、69mm、74mm、80mm或85mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

第二方面，本发明提供一种圆柱形工件的缺陷检测方法，所述缺陷检测方法采用第一方面所述的圆柱形工件的缺陷检测装置进行。

优选地，所述缺陷检测方法包括：

超声波检测探头沿圆柱形工件的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退进行扫描，同时电机驱动旋转圆部进行旋转并带动放置在旋转圆部上的圆柱形工件进行旋转，进行缺陷检测。

优选地，所述超声波检测探头的扫描速度为400～500mm/s，例如可以是400mm/s、415mm/s、425mm/s、435mm/s、445mm/s、455mm/s、460mm/s、470mm/s、480mm/s或500mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述超声波检测探头的频率为10～20MHz，例如可以是10MHz、12MHz、13MHz、14MHz、15MHz、16MHz、17MHz、18MHz、19MHz或20MHz等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述超声波检测探头发射的超声波在溶剂中的速度为1400～1550mm/s，例如可以是1400mm/s、1410mm/s、1430mm/s、1450mm/s、1460mm/s、1480mm/s、1500mm/s、1515mm/s、1535mm/s或1550mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述溶剂包括水。

优选地，所述超声波检测探头发射的超声波在圆柱形工件中的速度为6000～6500mm/s，例如可以是6000mm/s、6050mm/s、6110mm/s、6160mm/s、6220mm/s、6270mm/s、6330mm/s、6380mm/s、6445mm/s或6500mm/s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述圆柱形工件的材质为铝和/或铝合金。

优选地，所述圆柱形工件的直径范围为100～300mm，例如可以是100mm、120mm、130mm、140mm、150mm、200mm、220mm、250mm或300mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述圆柱形工件的长度为800～1500mm，例如可以是800mm、900mm、1000mm、1100mm、1200mm、1300mm、1400mm或1500mm等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明所针对的圆柱形工件尺寸大，平时难以采用常规的机械化装置进行缺陷检测，通过采用本发明提供的缺陷检测装置，不仅效率提升，且不会出现漏检的情况。

优选地，在检测过程中，所述圆柱形工件每旋转1°，则停止旋转2～5s进行超声波检测，例如可以是2s、3s、4s或5s等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的圆柱形工件的缺陷检测装置具有操作方法简单，能够检测圆柱形工件，且无需人工操作的优势；

(2)本发明提供的圆柱形工件的缺陷检测装置通过设置缓冲层能够有效避免对圆柱形工件的损伤。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的圆柱形工件的缺陷检测装置示意图。

图2是本发明应用例1检测的得到的结果示意图。

图中：1、容器；2、超声波检测探头；3、电机；4、旋转圆部；5、溶剂；100、圆柱形工件。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，参见图1，所述缺陷检测装置包括：用于盛放溶剂5的容器1；超声波检测装置，所述超声波检测装置设置有可沿圆柱形工件100的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退的超声波检测探头2；用于使圆柱形工件100绕中心轴旋转的旋转装置，所述旋转装置包括电机3和与所述电机3同轴相连的旋转圆部4，所述旋转圆部4上用于放置圆柱形工件100；所述旋转圆部4上设置有与所述旋转圆部4同心设置的缓冲层；其中，所述旋转装置、圆柱形工件100和超声波检测探头2均没入溶剂5内。

所述旋转圆部4设置有至少两个；至少两个所述旋转圆部4在所述圆柱形工件100的一个端面和另一个端面之间呈等距分布，且至少两个所述旋转圆部4中位于两端的旋转圆部4与一个端面或另一个端面之间的距离相同。

所述旋转圆部4的直径与所述圆柱形工件100的直径之比为0.5:1；单个所述旋转圆部4的长度与所述圆柱形工件100的长度之比为0.12:1；所述旋转圆部4的材质与所述圆柱形工件100的材质相同。

所述缓冲层的厚度为2mm；所述缓冲层的材质为聚氨酯。

所述旋转圆部4包括相向设置的第一端面和第二端面，以及连接所述第一端面和第二端面和圆柱面，在所述第一端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第一凹槽，在所述第二端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第二凹槽。

所述第一凹槽和第二凹槽各自独立地为弧形凹槽；所述第一凹槽和第二凹槽上设置有缓冲层；所述缓冲层的厚度高于所述第一凹槽和第二凹槽的深度；所述缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高0.03mm。

所述超声波检测探头2的最下端与所述圆柱形工件100之间的距离为50mm。

实施例2

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，参见图1，所述缺陷检测装置包括：用于盛放溶剂5的容器1；超声波检测装置，所述超声波检测装置设置有可沿圆柱形工件100的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退的超声波检测探头2；用于使圆柱形工件100绕中心轴旋转的旋转装置，所述旋转装置包括电机3和与所述电机3同轴相连的旋转圆部4，所述旋转圆部4上用于放置圆柱形工件100；所述旋转圆部4上设置有与所述旋转圆部4同心设置的缓冲层；其中，所述旋转装置、圆柱形工件100和超声波检测探头2均没入溶剂5内。

所述旋转圆部4设置有至少两个；至少两个所述旋转圆部4在所述圆柱形工件100的一个端面和另一个端面之间呈等距分布，且至少两个所述旋转圆部4中位于两端的旋转圆部4与一个端面或另一个端面之间的距离相同。

所述旋转圆部4的直径与所述圆柱形工件100的直径之比为0.3:1；单个所述旋转圆部4的长度与所述圆柱形工件100的长度之比为0.2:1；所述旋转圆部4的材质与所述圆柱形工件100的材质相同。

所述缓冲层的厚度为3mm；所述缓冲层的材质为聚氨酯。

所述旋转圆部4包括相向设置的第一端面和第二端面，以及连接所述第一端面和第二端面和圆柱面，在所述第一端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第一凹槽，在所述第二端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第二凹槽。

所述第一凹槽和第二凹槽各自独立地为弧形凹槽；所述第一凹槽和第二凹槽上设置有缓冲层；所述缓冲层的厚度高于所述第一凹槽和第二凹槽的深度；所述缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高0.01mm。

所述超声波检测探头2的最下端与所述圆柱形工件100之间的距离为55mm。

实施例3

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，参见图1，所述缺陷检测装置包括：用于盛放溶剂5的容器1；超声波检测装置，所述超声波检测装置设置有可沿圆柱形工件100的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退的超声波检测探头2；用于使圆柱形工件100绕中心轴旋转的旋转装置，所述旋转装置包括电机3和与所述电机3同轴相连的旋转圆部4，所述旋转圆部4上用于放置圆柱形工件100；所述旋转圆部4上设置有与所述旋转圆部4同心设置的缓冲层；其中，所述旋转装置、圆柱形工件100和超声波检测探头2均没入溶剂5内。

所述旋转圆部4设置有至少两个；至少两个所述旋转圆部4在所述圆柱形工件100的一个端面和另一个端面之间呈等距分布，且至少两个所述旋转圆部4中位于两端的旋转圆部4与一个端面或另一个端面之间的距离相同。

所述旋转圆部4的直径与所述圆柱形工件100的直径之比为0.9:1；单个所述旋转圆部4的长度与所述圆柱形工件100的长度之比为0.1:1；所述旋转圆部4的材质与所述圆柱形工件100的材质相同。

所述缓冲层的厚度为1mm；所述缓冲层的材质为聚氨酯。

所述旋转圆部4包括相向设置的第一端面和第二端面，以及连接所述第一端面和第二端面和圆柱面，在所述第一端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第一凹槽，在所述第二端面向所述圆柱面的连接处设置有向内凹陷的第二凹槽。

所述第一凹槽和第二凹槽各自独立地为弧形凹槽；所述第一凹槽和第二凹槽上设置有缓冲层；所述缓冲层的厚度高于所述第一凹槽和第二凹槽的深度；所述缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高0.02mm。

所述超声波检测探头2的最下端与所述圆柱形工件100之间的距离为45mm。

实施例4

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置除不设置第一凹槽和第二凹槽，直接在旋转圆部的外侧设置缓冲层外，其余均与实施例1相同。

实施例5

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置旋转圆部的材质为不锈钢304外，其余均与实施例1相同。

实施例6

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高0.1mm外，其余均与实施例1相同。

实施例7

本实施例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缓冲层的厚度与所述第一凹槽和第二凹槽的深度相同外，其余均与实施例1相同。

对比例1

本对比例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置除不设置第一凹槽和第二凹槽也不设置缓冲层外，其余均与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供一种圆柱形工件的缺陷检测装置，所述缺陷检测装置除不设置缓冲层外，其余均与实施例1相同。

应用例1

本应用例提供一种圆柱形工件的缺陷检测方法，所述圆柱形工件的缺陷检测方法采用实施例1提供的圆柱形工件的缺陷检测装置进行，具体包括：超声波检测探头沿圆柱形工件的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退进行扫描，所述超声波检测探头的扫描速度为480mm/s，所述超声波检测探头的频率为15MHz，所述超声波检测探头发射的超声波在溶剂中的速度为1480mm/s，所述溶剂为水，所述超声波检测探头发射的超声波在圆柱形工件(纯铝)中的速度为6200mm/s；同时电机驱动旋转圆部进行旋转并带动放置在旋转圆部上的圆柱形工件进行旋转，在检测过程中，所述圆柱形工件每旋转1°，则停止旋转3s进行超声波检测，共旋转360°完成缺陷检测。

本应用例检测的局部示意图如图2所示，从图2可以看出本方法可以明显检测到缺陷。

应用例2

本应用例提供一种圆柱形工件的缺陷检测方法，所述圆柱形工件的缺陷检测方法采用实施例2提供的圆柱形工件的缺陷检测装置进行，具体包括：超声波检测探头沿圆柱形工件的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退进行扫描，所述超声波检测探头的扫描速度为400mm/s，所述超声波检测探头的频率为10MHz，所述超声波检测探头发射的超声波在溶剂中的速度为1400mm/s，所述溶剂为水，所述超声波检测探头发射的超声波在圆柱形工件(铝合金6061)中的速度为6000mm/s；同时电机驱动旋转圆部进行旋转并带动放置在旋转圆部上的圆柱形工件进行旋转，在检测过程中，所述圆柱形工件每旋转1°，则停止旋转2s进行超声波检测，共旋转360°完成缺陷检测。

应用例3

本应用例提供一种圆柱形工件的缺陷检测方法，所述圆柱形工件的缺陷检测方法采用实施例2提供的圆柱形工件的缺陷检测装置进行，具体包括：超声波检测探头沿圆柱形工件的一个端面指向另一个端面的方向前进和/或后退进行扫描，所述超声波检测探头的扫描速度为500mm/s，所述超声波检测探头的频率为20MHz，所述超声波检测探头发射的超声波在溶剂中的速度为1550mm/s，所述溶剂为水，所述超声波检测探头发射的超声波在圆柱形工件(纯铝)中的速度为6500mm/s；同时电机驱动旋转圆部进行旋转并带动放置在旋转圆部上的圆柱形工件进行旋转，在检测过程中，所述圆柱形工件每旋转1°，则停止旋转5s进行超声波检测，共旋转360°完成缺陷检测。

应用例4～7以及应用对比例1～2

应用例4～7以及应用对比例1～2提供一种圆柱形工件的缺陷检测方法，所述圆柱形工件的缺陷检测方法除分别采用实施例4～7以及对比例1～2中的圆柱形工件的缺陷检测装置外其余均与应用例1相同(没有相应部件的则不进行相关操作)，在此不再赘述。对进行检测后的圆柱形工件再进行一次缺陷检测以检查是否有产生由于缺陷检测造成的新的缺陷，采用新缺陷产生的面积除以原有缺陷的面积记为新缺陷产生率，并统计检测所需总时长。

以上应用例和应用对比例的测试结果如表1所示。

表1

从表1可以看出如下几点：

(1)综合实施例1～3可以看出，本发明提供的圆柱形工件的缺陷检测装置具有操作时间短，检测效率高且不损伤圆柱形工件的优势，其中检测所需总时长控制在1950s以内，新缺陷产生率为0％；

(2)综合实施例1和实施例4可以看出，实施例1中将缓冲层设置在凹槽内部，相较于实施例4中直接将缓冲层设置在旋转圆部而言，实施例1中检测总时长仅为1120s，而实施例4中由于缓冲层的原因导致旋转圆柱形工件时耗时较长，且需要重复操作的情况，导致检测完整个圆柱形工件需要耗时2530s，由此表明，本发明通过将缓冲层设置在第一凹槽和第二凹槽内部能够更有利于圆柱形工件的旋转，提高检测效率；

(3)综合实施例1和实施例5可以看出，实施例1中旋转圆部的材质与圆柱形工件的材质相当，同样为纯铝，相较于实施例5中旋转圆部的材质为不锈钢304而言，实施例5中在检测过程中导致新缺陷的产生，且新缺陷产生率高达27％，由此表明，本发明通过选用与检测工件相同的旋转圆部的材质，更有利于避免检测过程中对样品的损害；

(4)综合实施例1和实施例6～7可以看出，实施例1中缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高0.01mm，相较于实施例6～7中分别为0.1mm和0mm而言，实施例1中检测总时长仅为1120s，不产生新缺陷，而实施例6中由于缓冲层的原因导致旋转圆柱形工件时耗时较长，且需要重复操作的情况，导致检测完整个圆柱形工件需要耗时2180s，实施例7中工件新缺陷的产生率为18％，由此表明，本发明通过将缓冲层的厚度比所述第一凹槽和第二凹槽的深度高特定范围能够更有利于圆柱形工件的旋转，提高检测效率的同时避免新缺陷的产生；

(5)综合实施例1和对比例1～2可以看出，本发明提供的圆柱形工件的缺陷检测装置通过设置缓冲层，具有避免检测过程中新缺陷产生的优势。

本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。