CN118032936B - 基于pe保温管加工的内外缺陷检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，包括检测台、蓄液槽、管道支撑装置、管道固定装置、超声波检测装置和信号处理装置；蓄液槽设置在所述检测台上，用于盛装检测液；管道支撑装置设置在蓄液槽内，用于支撑并限位放入蓄液槽内的PE保温管；管道固定装置与检测台活动连接，用于固定PE保温管；超声波检测装置设置在检测台上，用于对固定好的PE保温管发出检测波信号并接收检测波信号的回波信号；所述超声波检测装置包括第一工作状态和第二工作状态；信号处理装置与超声波检测装置通信连接，用于对回波信号进行处理，得到PE保温管的内外缺陷，以在实现暗伤检测的基础上，提高检测的效率和准确度。

Description

基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统

技术领域

本发明涉及PE管检测技术领域，具体而言，涉及基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统。

背景技术

对PE保温管进行缺陷检测，可以筛选掉不合格的保温管，提高保温管的合格率，并延长保温管的使用寿命。现有技术常通过气密性对PE保温管进行检测，检测步骤通常包括将管道密封并固定在检测台上，并将检测装置放置在管道内，以将管道分割为两个腔室，通过分析检测装置两端的气压变化，对管道缺陷进行排查。然而，通过气密性对PE保温管进行检查通常只能检测出对气密性存在影响的贯穿型缺陷，却不能检测出PE保温管的暗伤。

有鉴于此，本发明提供了基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，通过超声波对PE保温管进行检测，以在实现暗伤检测的基础上，提高检测的效率和准确度。

发明内容

本发明的目的在于提供基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，包括检测台、蓄液槽、管道支撑装置、管道固定装置、超声波检测装置和信号处理装置；所述检测台上设置有所述蓄液槽、所述管道支撑装置、所述管道固定装置和所述超声波检测装置；所述蓄液槽设置在所述检测台上，用于盛装检测液；所述管道支撑装置设置在所述蓄液槽内，用于支撑并限位放入所述蓄液槽内的PE保温管；所述管道固定装置与所述检测台活动连接，用于固定所述PE保温管；所述超声波检测装置设置在所述检测台上，用于对固定好的PE保温管发出检测波信号并接收所述检测波信号的回波信号；其中，所述超声波检测装置包括第一工作状态和第二工作状态；所述第一工作状态是指超声波检测装置检测初始缺陷的状态；当所述超声波检测装置处于所述第一工作状态时，从每个超声波检测单元中选取一个超声波探头作为发射探头，其他探头作为接收探头；所述第二工作状态是指超声波检测装置对所述初始缺陷进行辨识的状态；当所述超声波检测装置处于所述第二工作状态时，将初始缺陷处的超声波探头作为发射探头和接收探头，对所述初始缺陷进行探测；所述信号处理装置与所述超声波检测装置通信连接，用于对所述回波信号进行处理，得到所述PE保温管的内外缺陷，包括:获取多组第一回波集合；第一回波是指在所述第一工作状态下接收探头接收的回波信号；所述第一回波集合是指超声波检测单元接收的多个回波信号组成的集合；基于每组第一回波集合中的第一回波，确定内部缺陷及其第一位置；基于多组第一回波集合，确定外部缺陷及其第二位置；获取所述第一位置和/或所述第二位置处的第二回波；所述第二回波是指在所述第二工作状态下处于工作状态的超声波探头接收的回波信号；基于所述第二回波，确定所述内部缺陷和/或所述外部缺陷的缺陷类型。

进一步的，所述管道支撑装置包括限位槽；所述限位槽由多个沿所述限位槽轴向分布的管道支撑单元组成；所述管道支撑单元包括第一支撑部件和第二支撑部件；所述第一支撑部件和所述第二支撑部件均包括坡面，所述第一支撑部件的坡面和所述第二支撑部件的坡面相对设置；所述PE保温管的外表面与坡面接触，通过调整所述第一支撑部件和所述第二支撑部件的相对位置调整所述PE保温管轴线的位置。

进一步的，所述管道固定装置设置在所述管道支撑装置的两端，包括第一管道固定单元和第二管道固定单元；所述第一管道固定单元和所述第二管道固定单元与所述PE保温管相接的部分设置有凹槽，所述凹槽的大小形状与所述PE保温管的截面形状相对应，所述凹槽的周面设置有密封部件；所述管道固定装置沿所述PE保温管的轴向移动。

进一步的，当未进行检测时，所述管道固定装置处于闲时固定位置；当对所述PE保温管进行固定时，所述管道固定装置处于固定位置；当对所述保温管进行检测时，所述管道固定装置在第一固定检测位置和第二固定检测位置之间移动；当所述管道固定装置处于所述闲时固定位置时，所述第一管道固定单元和所述第二管道固定单元的距离大于所述PE保温管的轴长；当所述管道固定装置处于所述固定位置时，所述第一管道固定单元和所述第二管道固定单元的距离小于所述PE保温管的轴长；当所述管道固定装置处于所述第一固定检测位置时，所述第一管道固定单元与所述超声波检测装置的距离最小；当所述管道固定装置处于所述第二固定检测位置时，所述第二管道固定单元与所述超声波检测装置的距离最小。

进一步的，所述超声波检测装置包括沿所述PE保温管轴向设置的多个超声波检测单元，每个所述超声波检测单元上设置有多个超声波探头；所述超声波检测单元包括第一超声波检测部件和第二超声波检测部件，所述第一超声波检测部件和所述第二超声波检测部件为互补的圆弧形，一端转动连接，另一端开闭连接。

进一步的，当未进行检测时，所述超声波检测单元处于开状态；当进行检测时，所述超声波检测单元处于闭合状态；当所述超声波检测单元处于所述开状态时，所述第一超声波检测部件和所述第二超声波检测部件呈开闭连接的端点断开，且两端点的间距大于所述PE保温管的外径；当所述超声波检测单元处于所述闭合状态时，所述第一超声波检测部件和所述第二超声波检测部件呈开闭连接的端点闭合，使得所述超声波检测单元呈环状。

进一步的，所述多个超声波探头沿环状的超声波检测单元的内周面等距设置，所述超声波检测装置还包括第一调整单元和第二调整单元；所述第一调整单元用于旋转所述超声波检测单元；所述第二调整单元用于旋转所述超声波探头；所述超声波检测单元以其轴线为旋转轴进行旋转；所述超声波探头以超声波发射端点为中心沿所述超声波检测单元的周向旋转。

进一步的，所述多个超声波探头的探头数量为C，所述探头数量C的计算公式为：

；其中，表示探头数量；表示入射点与PE保温管入射直径的垂直距离，入射直径与该入射点的检测波信号平行；R表示PE保温管的外径；G表示入射点与PE保温管外表面的最短距离；表示横波在PE保温管中的传播速度；表示纵波在检测液中的传播速度；r表示PE保温管的内径。

进一步的，所述入射点与PE保温管入射直径的垂直距离X的计算公式为：

；其中，表示纵波在PE保温管中的传播速度。

进一步的，所述多个超声波探头的探头数量为C，所述探头数量C的计算公式为：

；其中，表示取极大值；C表示探头数量，大于等于4，将取得极大值时的C作为最终的探头数量；r表示PE保温管的内径；R表示PE保温管的外径。

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

本发明通过对超声波检测装置设置多个检测状态，并通过第一工作状态检测初始缺陷，然后再通过第二工作状态对初始缺陷进行进一步检测，可以避免直接使用第二工作状态对管道进行扫描，减少了探测时间，提高了探测效率和准确度。并且，通过对第一回波和第二回波进行综合分析，提高了探测结构的精确度。

附图说明

图1为本发明提供的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统的示例性结构图；

图2为本发明提供的管道支撑装置的示例性结构图；

图3为本发明提供的超声波检测装置的示例性结构图；

图标：1-检测台、2-蓄液槽、3-管道支撑装置、4-管道固定装置、5-超声波检测装置、31-第一支撑部件、32-第二支撑部件、51-超声波探头、52-第一超声波检测部件和53-第二超声波检测部件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

如图1所示，本发明公开的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，包括检测台1、蓄液槽2、管道支撑装置3、管道固定装置4、超声波检测装置5和信号处理装置。

检测台1上设置有蓄液槽2、管道支撑装置3、管道固定装置4和超声波检测装置5。蓄液槽2设置在检测台1上，用于盛装检测液。管道支撑装置3设置在蓄液槽内，用于支撑并限位放入蓄液槽内的PE保温管。管道固定装置4与检测台1活动连接，用于固定PE保温管。超声波检测装置5设置在检测台1上，用于对固定好的PE保温管发出检测波信号并接收检测波信号的回波信号。信号处理装置与超声波检测装置通信连接，用于对回波信号进行处理，得到PE保温管的内外缺陷。

其中，超声波检测装置包括第一工作状态和第二工作状态；第一工作状态是指超声波检测装置检测初始缺陷的状态；当超声波检测装置处于第一工作状态时，从每个超声波检测单元中选取一个超声波探头作为发射探头，用于发射第一检测波信号，其他探头作为接收探头，用于接收多个第一回波信号。第二工作状态是指超声波检测装置对所述初始缺陷进行辨识的状态；当超声波检测装置处于第二工作状态时，将初始缺陷处的超声波探头作为发射探头和接收探头，以发射并接收超声波信号，实现对初始缺陷的进一步探测。其中，初始缺陷处的超声波探头可以为沿顺时针方向的第一个探头。以图3为例，管道的缺陷在闭合的开闭连接的端点对应的管段之间，则可以将开闭连接的端点左边的超声波探头作为初始缺陷处的超声波探头。

其中，对回波信号进行处理，得到PE保温管的内外缺陷，包括:获取多组第一回波集合；第一回波是指在第一工作状态下接收探头接收的回波信号；第一回波集合是指超声波检测单元接收的多个回波信号组成的集合。例如，对于单个超声波检测单元，可以将其中一个超声波探头作为发射探头，用于发射多个频率的检测波信号；将其他探头作为接收探头，接收多个频率的检测波信号对应的回波信号。基于每组第一回波集合中的第一回波，确定内部缺陷及其第一位置。内部缺陷可以是指管道内部存在的缺陷。例如，内部缺陷可以包括内部裂纹、孔洞、和分层缺陷等。第一位置可以是指内部缺陷的位置，当缺陷出现时，其对应的两个探头之间的位置可以被认为是第一位置。对于单个超声波检测单元，可以观察多个第一回波的波形状、幅度和频率等参数，确定缺陷出现在哪两个超声波探头之间。例如，当检测到脉冲缺失时，可以在顺时针方向确定多个未检测到脉冲的第一超声波探头组，在逆时针方向确定多个未检测到脉冲的第二超声波探头组，将第一超声波探头组和第二超声波探头组中第一个出现脉冲缺失的两个超声波探头之间的管段作为内部缺陷所在的第一位置。基于多组第一回波集合，确定外部缺陷及其第二位置。外部缺陷可以是指管道外部存在的缺陷。例如，外部缺陷可以包括凹凸缺陷和管厚缺陷等。第二位置可以是指外部缺陷的位置，当缺陷出现时，其对应的两个探头之间的位置可以被认为是第二位置。对于多个超声波检测单元，可以观察多个第一回波的波形状、幅度和频率等参数，确定缺陷出现在哪两个超声波探头之间。例如，当当前管段相对于其他管段的导波的模态数增加且截止频率减小时，可以认为该管段处的管厚大于其他管段。又例如，当当前管段相对于其他管段在高频时的一阶模态和二阶模态的相速度差值增大时，可以认为该管段处的管径小于其他管段的管径。获取所述第一位置和/或所述第二位置处的第二回波；所述第二回波是指在所述第二工作状态下处于工作状态的超声波探头接收的回波信号。例如，对于单个超声波检测单元，可以将发现内部缺陷或外部缺陷的第一位置或第二位置处沿顺时针方向的第一个超声波探头作为兼具超声波发射和接收功能的探头，该探头可以调整多个入射角度，以对第一位置和第二位置处的缺陷进行探测。基于所述第二回波，确定所述内部缺陷和/或所述外部缺陷的缺陷类型。内部缺陷的缺陷类型可以包括内部裂纹、孔洞、和分层缺陷等。外部缺陷可以包括凹凸缺陷和管厚缺陷等。对于多个超声波检测单元，可以观察多个第二回波及其对应的第一回波的波形状、幅度和频率等参数，确定内部缺陷和外部缺陷的类型。例如，可以基于第一回波和第二回波确定缺陷的大小和深度，通过缺陷的大小和深度，对缺陷进行分类。

在一些实施例中，管道支撑装置3包括限位槽；限位槽由多个沿限位槽轴向分布的管道支撑单元组成。如图2所示，管道支撑单元包括第一支撑部件31和第二支撑部件32；第一支撑部件31和第二支撑部件32均包括坡面，第一支撑部件的坡面和第二支撑部件的坡面相对设置； PE保温管的外表面与坡面接触，通过调整第一支撑部件和第二支撑部件的相对位置调整PE保温管轴线的位置。

在一些实施例中，管道固定装置4设置在管道支撑装置的两端，包括第一管道固定单元和第二管道固定单元；第一管道固定单元和第二管道固定单元与PE保温管相接的部分设置有凹槽，凹槽的大小形状与PE保温管的截面形状相对应，凹槽的周面设置有密封部件；管道固定装置沿PE保温管的轴向移动。当未进行检测时，管道固定装置处于闲时固定位置；当对PE保温管进行固定时，管道固定装置处于固定位置；当对保温管进行检测时，管道固定装置在第一固定检测位置和第二固定检测位置之间移动。闲时固定位置是指管道固定装置闲置时的位置，当管道固定装置处于闲时固定位置时，第一管道固定单元和第二管道固定单元的距离大于PE保温管的轴长。固定位置是指管道固定装置固定PE保温管时的位置，当管道固定装置处于固定位置时，第一管道固定单元和第二管道固定单元的距离小于PE保温管的轴长。第一固定检测位置是指对PE保温管进行检测的起始位置，当管道固定装置处于第一固定检测位置时，第一管道固定单元与超声波检测装置的距离最小。第二固定检测位置是指对PE保温管进行检测的结束位置，当管道固定装置处于第二固定检测位置时，第二管道固定单元与超声波检测装置的距离最小。

在一些实施例中，超声波检测装置5包括沿PE保温管轴向设置的多个超声波检测单元。如图3所示，每个超声波检测单元上设置有多个超声波探头51；超声波检测单元包括第一超声波检测部件52和第二超声波检测部件53，第一超声波检测部件和第二超声波检测部件为互补的圆弧形，一端转动连接，另一端开闭连接。当未进行检测时，超声波检测单元处于开状态；当进行检测时，超声波检测单元处于闭合状态。开状态是指超声波检测单元未进行超声波检测时的状态。当超声波检测单元处于开状态时，第一超声波检测部件52和第二超声波检测部件53呈开闭连接的端点断开，且两端点的间距大于PE保温管的外径。闭合状态是指超声波检测单元进行超声波检测时的状态。当超声波检测单元处于闭合状态时，第一超声波检测部件和第二超声波检测部件呈开闭连接的端点闭合，使得超声波检测单元呈环状（如图3所示）。

在一些实施例中，多个超声波探头沿环状的超声波检测单元的内周面等距设置。如图3为例，8个超声波探头等距设置。超声波检测装置还包括第一调整单元和第二调整单元；第一调整单元用于旋转超声波检测单元；第二调整单元用于旋转超声波探头；超声波检测单元以其轴线为旋转轴进行旋转，以调整超声波探头的位置；超声波探头以超声波发射端点为中心沿超声波检测单元的周向旋转，以调整超声波探头的入射角度。

在一些实施例中，多个超声波探头的探头数量为C，探头数量C的计算公式为：

；其中，表示探头数量；表示入射点与PE保温管入射直径的垂直距离，入射直径与该入射点的检测波信号平行；R表示PE保温管的外径；G表示入射点与PE保温管外表面的最短距离；表示横波在PE保温管中的传播速度；表示纵波在检测液中的传播速度；r表示PE保温管的内径。通过上述公式设置探头数量，可以保证每个角度均被探头探测到，减少了探测盲区，提高了探测精度。进一步的，入射点与PE保温管入射直径的垂直距离X的计算公式为：

；其中，表示纵波在PE保温管中的传播速度。

在一些实施例中，多个超声波探头的探头数量为C，探头数量C的计算公式为：

；其中，表示取极大值；C表示探头数量，大于等于4，将取得极大值时的C作为最终的探头数量；r表示PE保温管的内径；R表示PE保温管的外径。由于探测面积随超声波探头的数量增加而增加，但过多的超声波探头也会带来成本的增加和干扰，因此，通过上述公式设置探头数量，可以在探头数量和探测面积之间取得平衡值，使得在保证探测面积的基础上使用尽可能少的探头数量，降低了成本、减少了干扰。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，包括检测台、蓄液槽、管道支撑装置、管道固定装置、超声波检测装置和信号处理装置；

所述检测台上设置有所述蓄液槽、所述管道支撑装置、所述管道固定装置和所述超声波检测装置；

所述蓄液槽设置在所述检测台上，用于盛装检测液；

所述管道支撑装置设置在所述蓄液槽内，用于支撑并限位放入所述蓄液槽内的PE保温管；

所述管道固定装置与所述检测台活动连接，用于固定所述PE保温管；

所述超声波检测装置设置在所述检测台上，用于对固定好的PE保温管发出检测波信号并接收所述检测波信号的回波信号；其中，所述超声波检测装置包括第一工作状态和第二工作状态；所述第一工作状态是指超声波检测装置检测初始缺陷的状态；当所述超声波检测装置处于所述第一工作状态时，从每个超声波检测单元中选取一个超声波探头作为发射探头，其他探头作为接收探头；所述第二工作状态是指超声波检测装置对所述初始缺陷进行辨识的状态；当所述超声波检测装置处于所述第二工作状态时，将初始缺陷处的超声波探头作为发射探头和接收探头，对所述初始缺陷进行探测；

所述信号处理装置与所述超声波检测装置通信连接，用于对所述回波信号进行处理，得到所述PE保温管的内外缺陷，包括:获取多组第一回波集合；第一回波是指在所述第一工作状态下接收探头接收的回波信号；所述第一回波集合是指超声波检测单元接收的多个回波信号组成的集合；基于每组第一回波集合中的第一回波，确定内部缺陷及其第一位置；基于多组第一回波集合，确定外部缺陷及其第二位置；获取所述第一位置和/或所述第二位置处的第二回波；所述第二回波是指在所述第二工作状态下处于工作状态的超声波探头接收的回波信号；基于所述第二回波，确定所述内部缺陷和/或所述外部缺陷的缺陷类型。

2.根据权利要求1所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述管道支撑装置包括限位槽；所述限位槽由多个沿所述限位槽轴向分布的管道支撑单元组成；所述管道支撑单元包括第一支撑部件和第二支撑部件；所述第一支撑部件和所述第二支撑部件均包括坡面，所述第一支撑部件的坡面和所述第二支撑部件的坡面相对设置；所述PE保温管的外表面与坡面接触，通过调整所述第一支撑部件和所述第二支撑部件的相对位置调整所述PE保温管轴线的位置。

3.根据权利要求1所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述管道固定装置设置在所述管道支撑装置的两端，包括第一管道固定单元和第二管道固定单元；所述第一管道固定单元和所述第二管道固定单元与所述PE保温管相接的部分设置有凹槽，所述凹槽的大小形状与所述PE保温管的截面形状相对应，所述凹槽的周面设置有密封部件；所述管道固定装置沿所述PE保温管的轴向移动。

4.根据权利要求3所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，当未进行检测时，所述管道固定装置处于闲时固定位置；当对所述PE保温管进行固定时，所述管道固定装置处于固定位置；当对所述保温管进行检测时，所述管道固定装置在第一固定检测位置和第二固定检测位置之间移动；当所述管道固定装置处于所述闲时固定位置时，所述第一管道固定单元和所述第二管道固定单元的距离大于所述PE保温管的轴长；当所述管道固定装置处于所述固定位置时，所述第一管道固定单元和所述第二管道固定单元的距离小于所述PE保温管的轴长；当所述管道固定装置处于所述第一固定检测位置时，所述第一管道固定单元与所述超声波检测装置的距离最小；当所述管道固定装置处于所述第二固定检测位置时，所述第二管道固定单元与所述超声波检测装置的距离最小。

5.根据权利要求1所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述超声波检测装置包括沿所述PE保温管轴向设置的多个超声波检测单元，每个所述超声波检测单元上设置有多个超声波探头；所述超声波检测单元包括第一超声波检测部件和第二超声波检测部件，所述第一超声波部件和所述第二超声波部件为互补的圆弧形，一端转动连接，另一端开闭连接。

6.根据权利要求5所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，当未进行检测时，所述超声波检测单元处于开状态；当进行检测时，所述超声波检测单元处于闭合状态；当所述超声波检测单元处于所述开状态时，所述第一超声波部件和所述第二超声波部件呈开闭连接的端点断开，且两端点的间距大于所述PE保温管的外径；当所述超声波检测单元处于所述闭合状态时，所述第一超声波部件和所述第二超声波部件呈开闭连接的端点闭合，使得所述超声波检测单元呈环状。

7.根据权利要求5所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述多个超声波探头沿环状的超声波检测单元的内周面等距设置，所述超声波检测装置还包括第一调整单元和第二调整单元；所述第一调整单元用于旋转所述超声波检测单元；所述第二调整单元用于旋转所述超声波探头；所述超声波检测单元以其轴线为旋转轴进行旋转；所述超声波探头以超声波发射端点为中心沿所述超声波检测单元的周向旋转。

8.根据权利要求7所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述多个超声波探头的探头数量为C，所述探头数量C的计算公式为：

；

其中，表示探头数量；表示入射点与PE保温管入射直径的垂直距离，入射直径与该入射点的检测波信号平行，入射直径是指保温管中在入射点截面，经过该截面中心点且与检测波信号平行的直径；R表示PE保温管的外径；G表示入射点与PE保温管外表面的最短距离；表示横波在PE保温管中的传播速度；表示纵波在检测液中的传播速度；r表示PE保温管的内径；asin表示反正弦函数；atan表示反正切函数。

9.根据权利要求8所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述入射点与PE保温管入射直径的垂直距离X的计算公式为：

；

其中，表示纵波在PE保温管中的传播速度。

10.根据权利要求7所述的基于PE保温管加工的内外缺陷检测系统，其特征在于，所述多个超声波探头的探头数量为C，所述探头数量C的计算公式为：

；

其中，表示取极大值；C表示探头数量，大于等于4，将取得极大值时的C作为最终的探头数量；r表示PE保温管的内径；R表示PE保温管的外径；asin表示反正弦函数。