面对这么大的锥筒形锻件，自动检测才是王道！
大型锥筒形锻件广泛应用于航天型号产品中的结构件、连接承载等部位，材料以铝合金为主。此类锻件的机械加工量比较大，加工后产品的*薄位置不足10毫米，一旦出现超标缺陷会造成产品报废及原材料浪费，因此需要进行无损检测。
通常，锥筒形锻件外径尺寸较大（大多超过1000mm）、壁厚较厚（不小于100mm），一般采用手工超声波检测，然而该检测方式存在易漏检、效率低、劳动强度大、结果显示不直观、人为因素大等诸多缺点。为此，南京晨光集团有限责任公司和南京理工大学的科研人员们设计开发了一套五自由度超声波C扫描自动检测系统，让我们来一睹为快吧。
系统设计原理
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距离-幅值曲线拟合方法
距离-幅值曲线技术（DAC）是通过对一套基准反射体（这里采用平底孔为Ф1.2mm，埋深为2.5~120mm的7A09铝合金对比试块）进行实际测量，得到基准反射体的回波幅值和声程的关系，并以曲线形式表示。由DAC曲线可直接得到对应位置的缺陷当量。
得到当量Ф1.2mm平底孔的距离-幅值关系后，由两个距离直径不同的平底孔回波的分贝差公式即可分别计算出当量为Ф0.5mm、Ф2.0mm平底孔的距离-幅值关系。然后，采用三次样条插值拟合DAC曲线。
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C扫描伪彩色成像方法
由于系统直接采集的是回波幅值和声程转换的电压值U，范围为0~10V。因此，在成像前需将电压值转换为实际检测时超声波探伤仪测得的真实幅值AS和声程DS。
将拟合的三条DAC曲线分别在声程DS处的值与AS比较，结果分为：
Ｉ区：AS< F0.5(DS)，色彩为G（绿色）
Ⅱ区：F0.5(DS)≤AS<F1.2(DS)，色彩为B（蓝色）
Ⅲ区：F1.2(DS)≤AS<F2.0(DS)，色彩为Y（黄色）
Ⅳ区：AS≥F2.0(DS)，色彩为R（红色）
随着探头的移动，不断将探头新坐标处的像素赋予对应颜色，即可完成C扫描伪彩色成像。
系统工作原理
如图1所示，系统工作时首先在软件上设置运动参数、扫描参数、成像模式及检测面；然后运动机构在软件控制下自动扫描大型锥筒形锻件，同时数据采集卡采集数字超声探伤仪输出的信号幅值和声程信号，并通过USB传送给工控计算机；*后软件按照上述伪彩色成像方法实时成像。
图1 系统工作原理框图
硬件设计
系统硬件��分主要由运动控制卡、机械扫描装置、数据采集卡、超声波探伤仪、喷水耦合水套及探头、工控计算机等组成。
运动控制卡选用四川乐创科技公司的MPC08运动控制卡，它采用PCI总线插槽，配有驱动函数库，有助于快速开发。
超声波探伤仪选用OLYMPUS EPOCH1000型，具有模拟/数字信号输出、DAC曲线制作等功能，作为系统主机，能输出报警、信号幅值、声程等信号。
为减小盲区及始脉冲宽度，探头选用15MHz的窄脉冲水浸探头；在控制工件表面粗糙度的情况下，检测盲区小于2.5mm。
要100%扫描锥筒形锻件，机械扫描装置应能带动探头完成前后上下移动、左右旋转、工件转动、角度调整等动作。因此，设计出图2所示的五自由度机械扫描机构，移动定位精度优于0.1mm，转动定位精度优于0.2°。
图2 机械扫査装置设计方案图
软件设计
系统软件是在windows环境下，采用LabVIEW并结合C语言开发而成，具有模块性、继承性、动态链接性等优点。
软件主要包括信号采集、参数设置、扫描轨迹控制、伪彩色成像、图像分析处理、缺陷复查定位等模块。首先手动设置运动和扫描控制参数；其次在扫描模块控制下探头作“弓”形轨迹扫描；然后将采集的波形信号通过成像模块实时成像；扫描结束后，图像处理分析模块根据锥筒形锻件的尺寸，将实时成像得到的矩形图几何展开成扇形图，如图3所示；*后可通过缺陷复查定位模块对缺陷位置、当量、面积大小等进行验证。
图3 软件成像模块显示界面
试验验证
如图4所示，利用该系统对含有缺陷的某一锥筒形铝合金锻件（外径大于1000mm，厚度为100mm）进行检测试验，然后进行手工超声检测验证。试验工艺参数如下表所示。
图4 系统实物图
系统扫描一遍完成检测，用时1.5h，发现一处埋深45mm的点状缺陷，显示为点状黄**像，如图5所示，可直接判断当量大于等于Ф1.2mm且小于Ф2.0mm，重复检测5次，当量定量*大偏差为0.5dB，取当量平均值为Ф1.2mm+5dB。
图5 系统检测结果
为避免漏检，手工检测需要两位检测人员分别检测，共用时约5.5h，在相同的位置也发现一处埋深45mm的点状缺陷，补偿表面粗糙度引起的信号衰减（增益增加4dB），并与试块比对5次后，两位检测人员确定的当量平均值分别为Ф1.2mm+6dB和Ф1.2mm+4dB，且5次比对的*大偏差均超过1dB。
由试验结果可知，系统检测效率更高，结果更直观，定量更快捷准确。而且系统扫査步距*小可实现0.5mm，不易出现漏检，只需一位检测人员操作即可，降低了劳动强度。
目前，该系统已成功应用于型号产品原材料大型锥筒形锻件的批量检测，不但保证了结果的可靠性，满足了实际检测需求，而且批量检测效率比人工检测方式更高更有优势，为型号产品的质量和科研生产进度提供了有力保障。