一种高温超导股线超声波自动检测装置、系统和方法与流程

1.本发明涉及高温超导股线生产技术领域，具体涉及一种高温超导股线超声波自动检测装置、系统和方法。

背景技术：

2.随着技术发展，超导技术越来越多的应用于科学研究中，其中，二代高温超导带材是利用真空镀膜技术，通过多层封装的方法生成出的一种涂层超导体。单根高温超导带材的载流能力是有限的，工程应用中为了产生更大的载流能力，往往需要将多根超导带材并在一起做成超导股线，如图1所示，高温超导股线由多层超导带材1、金属箔2、金属包套3组成，其中金属包套3可为直径4.0mm铜管，其内部堆叠20层超导带材1，且超导带材1和金属包套3间隙通过金属箔(例如，锡层)填充并拉拔挤压封装，在生产过程中产生片层状或点状缺陷，该缺陷对超导股线性能造成影响，故需要在超导股线拉拔成型过程中，对超导股线进行缺陷检测，以确保超导股线质量。

技术实现要素：

3.为了在超导股线拉拔成型过程中对超导股线进行缺陷检测，以确保超导股线质量，本发明提供了一种高温超导股线超声波自动检测装置。本发明采用超声波技术，在高温超导股线的生成过程中，可对超导股线内部缺陷进行连续检测，确保超导股线的质量。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种高温超导股线超声波自动检测装置，包括探头组件和探头夹具；
6.所述探头组件包括多个超声探头，多个所述超声探头沿超导股线周向布置，且多个所述超声探头的检测范围至少能够覆盖所述超导股线一周；
7.所述探头夹具用于安装所述探头组件，并对所述超声探头的位置进行自动调整，以保证检测过程中所有超声探头始终和所述超导股线贴合；
8.同时所述探头夹具在检测过程中还能够在所述超声探头前端自动喷涂液态耦合剂，使其进入所述超声探头楔块与所述超导股线之间的间隙，并保持耦合剂厚度均匀。
9.作为优选实施方式，本发明的探头组件包括6个超声探头；
10.6个所述超声探头分为3组，每组包括2个所述超声探头，每组的2个所述超声探头沿所述超导股线径向对称布置，且每个所述超声探头覆盖范围为75
°
；
11.3组所述超声探头沿所述超导股线轴向交错排布，且每组之间有15
°
重合区域。
12.作为优选实施方式，本发明的超声探头为独立发射和接收脉冲超声波的高频探头。
13.作为优选实施方式，本发明的探头夹具包括位置调整模块和耦合剂喷涂模块；
14.所述位置调整模块实时检测拉拔后的所述超导股线的直线度和椭圆度，并根据所述超导股线的直线度和椭圆度调整所述超声探头的位置；
15.所述耦合剂喷涂模块实时检测所述超导股线的前进速度，并根据所述超导股线的
前进速度调整所述超声探头前端液态耦合剂注入量。
16.第二方面，本发明提出了一种高温超导股线超声波自动检测系统，所述检测系统采用上述自动检测装置对待测高温超导股线进行内部缺陷检测。
17.作为优选实施方式，本发明的检测系统还包括数据采集处理装置；
18.所述数据采集处理装置用于获取所述探头组件的电信号，并自动标记缺陷位置。
19.第三方面，本发明提出了基于上述高温超导股线超声波自动检测系统的检测方法，该方法包括：
20.通过所述探头组件发射脉冲超声波信号，超声波信号在待测工件中遇到缺陷界面反射，反射回的脉冲超声波信号在所述探头组件中转换成电信号；
21.通过数据采集处理装置获取所述探头组件的回波电信号，并将其与阈门值进行比较，自动标记缺陷位置。
22.作为优选实施方式，本发明的方法还包括：
23.通过在标准试样中预制缺陷，模拟实际工件中存在的各种典型缺陷，通过比对测试和数据分析，自动识别缺陷类型。
24.本发明具有如下的优点和有益效果：
25.本发明提供的检测技术利用超声波技术，对超导股线内部缺陷进行在线自动连续无损检测，确保超导股线的质量。
26.本发明提供的检测技术能够自动标记缺陷位置并记录其波形，无需操作人员人工判定，降低漏检、误检风险，提高可靠性。
27.本发明提供的检测技术能够实现0.1mm的探测精度，通过数据分析，能够自动分辨填充锡层中气泡/气孔、铜管与超导带材的局部脱层等缺陷。
附图说明
28.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
29.图1为高温超导股线结构示意图。
30.图2为本发明实施例的探头组件结构示意图。
31.图3为本发明实施例的探头夹具结构示意图。
32.图4为本发明实施例的测试结果示意图。其中，(a)为无缺陷情况的波形图；(b)为存在缺陷的波形图。
33.附图中标记及对应的零部件名称：
34.1-超导带材，2-金属箔，3-金属包套，4-超导股线，5-超声探头，6-位置调整模块，7-耦合剂喷涂模块。
具体实施方式
35.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它
特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
36.在本发明的各种实施例中，表述“或”或“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。
37.在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
38.应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
39.在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
40.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
41.实施例1
42.针对现高温超导股线的内部缺陷检测，本实施例提供了一种高温超导股线超声波自动检测装置，本实施例的检测装置主要由探头组件和探头夹具两部分构成。
43.如图2-3所示，本实施例的探头组件包括多个超声探头5，多个超声探头5沿超导股线4围绕高温超导股线4布置，且多个超声探头5的检测范围至少能够覆盖超导股线4一周。探头夹具用于安装探头组件，并根据超导股线4的直线度和椭圆度自动调节超声探头5的位置，保证在检测过程中所有超声探头始终和超导股线贴合良好(即贴合度满足预设值)。在检测过程中，探头夹具还能够在超声探头前端自动喷涂液态耦合剂，使其进入探头楔块位置与超导股线之间的孔隙，并保持耦合剂厚度均匀。
44.本实施例的超声探头5采用可独立发射和接收脉冲超声波的频率超过10mhz的高频探头。
45.本实施例的图2中以6个超声探头为例进行说明，但不对此进行限制。如图2所示，6个超声探头5沿超导股线4的排布方式如下：6个超声探头分为3组，每组包括2个超声探头5，每组的2个超声探头5沿超导股线4径向对称布置，且每个超声探头覆盖范围为75
°
。3组超声
探头沿超导股线4轴向交错排布，且每组之间有15
°
重合区域。6个超声探头确保能够覆盖股线一周，不会出现漏检区域。每个超声探头独立发射和接收脉冲超声波，脉冲超声波在工件中遇缺陷界面反射，反射波再在探头中转换成电信号上传至数据采集处理装置进行处理显示。
46.本实施例的超声探头5通过其前端(超声探头5靠近超导股线的一端)扇形楔块与超导股线表面贴合，并在前端楔块与超导股线之间的空闲注入液态耦合剂，并保持耦合剂厚度均匀。
47.如图3所示，本实施例的探头夹具包括位置调整模块6和耦合剂喷涂模块7。其中，位置调整模块可以实时检测拉拔后超导股线4的直线度和椭圆度，进而调整超声探头5的位置，保证探头前端楔块与超导股线表面贴合良好；检测过程中，耦合剂喷涂模块7实时监测超导股线4前进速度，调整探头前端液态耦合剂注入量，使之充满探头楔块与超导股线之间的孔隙，并保持耦合剂厚度均匀。
48.本实施例的检测装置工作原理具体为：
49.探头夹具打开，处于待装入股线状，将超导股线装入预制位置，关闭探头夹具；
50.安装在探头夹具上的6个超声探头刚好贴合股线，耦合剂喷涂模块启动，超导股线启动行走并进行检测；
51.工件只需沿前进方向行走，无需任何旋转，减少旋转带来的耦合不好导致的误检、漏检风险。
52.本实施例提出了自动检测装置能够实现在线自动连续检测，可根据超导股线前进速度自动调整检测速度，确保探头在测试过程位置固定。
53.实施例2
54.本实施例提出了一种高温超导股线超声波自动检测系统，该系统采用上述实施例1提出的检测装置对待测超导股线进行缺陷检测，超声探头发射脉冲超声波，超声波在工件中遇到缺陷界面反射，反射声波在超声探头汇总转换成电信号上传至数据采集处理装置进行处理，并自动标记识别缺陷位置和显示。
55.具体处理过程包括：
56.通过设置阈值，自动标记回波缺陷位置并记录器波形，
57.超声探头发射的脉冲超声波在工件中缺陷界面处反射，反射声波信号在超声探头处接收，并转换成电信号上传至数据采集处理装置，将数字信号转换形成超声波形图，然后根据波形图来判断缺陷有无、缺陷类型及位置。
58.通过在标准试样中预制缺陷，模拟实际工件中存在的各种典型缺陷，通过比对测试和数据分析，自动识别工件中缺陷类型和位置。具体为：在对比试块中预制不同种类缺陷，并记录不同缺陷波形图，形成适用于高温超导股线的缺陷超声波波形数据库。通过对比测试件与对比试块的反射波的波峰高度、宽度、位置等，判断缺陷是否存在，自动识别缺陷位置、类型并记录对应波形。如图4所示，纵坐标为反射波强度，横坐标为对应内部缺陷位置与试块表面的距离。图中短横线为设置的缺陷判断闸门，若在闸门位置反射波强度高于闸门值，如图4(b)，则考虑该反射波处缺陷存在。本实施例进行自动缺陷判断并显示，无需操作人员判断，降低漏检、误检等风险。
59.本实施例能够实现0.1mm的检测精度，通过预制缺陷校验试块比对测试和数据分
析，能够自动分辨填充锡层中气泡/气孔、铜管与超导带材的局部脱层等缺陷，如图4中的(b)图。
60.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种高温超导股线超声波自动检测装置，其特征在于，包括探头组件和探头夹具；所述探头组件包括多个超声探头（5），多个所述超声探头（5）沿超导股线（4）周向布置，且多个所述超声探头（5）的检测范围至少能够覆盖所述超导股线（4）一周；所述探头夹具用于安装所述探头组件，并对所述超声探头（5）的位置进行自动调整，以保证检测过程中所有超声探头（5）始终和所述超导股线（4）贴合；同时所述探头夹具在检测过程中还能够在所述超声探头（5）前端自动喷涂液态耦合剂，使其进入所述超声探头（5）楔块与所述超导股线（4）之间的间隙，并保持耦合剂厚度均匀。2.根据权利要求1所述的一种高温超导股线超声波自动检测装置，其特征在于，所述探头组件包括6个超声探头（5）；6个所述超声探头（5）分为3组，每组包括2个所述超声探头（5），每组的2个所述超声探头（5）沿所述超导股线（4）径向对称布置，且每个所述超声探头覆盖范围为75
°
；3组所述超声探头（5）沿所述超导股线（4）轴向交错排布，且每组之间有15
°
重合区域。3.根据权利要求1所述的一种高温超导股线超声波自动检测装置，其特征在于，所述超声探头（5）为独立发射和接收脉冲超声波的高频探头。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种高温超导股线超声波自动检测装置，其特征在于，所述探头夹具包括位置调整模块（6）和耦合剂喷涂模块（7）；所述位置调整模块（6）实时检测拉拔后的所述超导股线（4）的直线度和椭圆度，并根据所述超导股线（4）的直线度和椭圆度调整所述超声探头（5）的位置；所述耦合剂喷涂模块（7）实时检测所述超导股线（4）的前进速度，并根据所述超导股线的前进速度调整所述超声探头（5）前端液态耦合剂注入量。5.一种高温超导股线超声波自动检测系统，其特征在于，所述检测系统采用如权利要求1-4任一项所述的超声波自动检测装置对待测高温超导股线进行内部缺陷检测。6.根据权利要求5所述的一种高温超导股线超声波自动检测系统，其特征在于，还包括数据采集处理装置；所述数据采集处理装置用于获取所述探头组件的电信号，并自动标记缺陷位置。7.基于权利要求5或6所述的一种高温超导股线超声波自动检测系统的检测方法，其特征在于，该方法包括：通过所述探头组件发射脉冲超声波信号，超声波信号在待测工件中遇到缺陷界面反射，反射回的脉冲超声波信号在所述探头组件中转换成电信号；通过数据采集处理装置获取所述探头组件的回波电信号，并将其与阈值进行比较，自动标记缺陷位置。8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，该方法还包括：通过在标准试样中预制缺陷，模拟实际工件中存在的各种典型缺陷，通过比对测试和数据分析，自动识别缺陷类型。

技术总结

本发明公开了一种高温超导股线超声波自动检测装置、系统和方法，装置包括探头组件和探头夹具；所述探头组件包括多个超声探头，多个所述超声探头沿超导股线周向布置，且多个所述超声探头的检测范围至少能够覆盖所述超导股线一周；所述探头夹具用于安装所述探头组件，并对所述超声探头的位置进行自动调整，以保证检测过程中所有超声探头始终和所述超导股线贴合；同时所述探头夹具在检测过程中还能够在所述超声探头前端自动喷涂液态耦合剂，使其进入所述超声探头楔块与所述超导股线之间的间隙，并保持耦合剂厚度均匀。本发明采用超声波探伤技术，在高温超导股线的生产过程中，可对超导股线内部缺陷进行连续检测，确保超导股线的质量。股线的质量。股线的质量。