本发明属于激光熔覆再制造技术领域，涉及了一种裂纹在线检测及位置标定方法。
背景技术：
利用激光熔覆技术对机械零部件进行修复时，需要对熔覆层进行裂纹检测，然后根据检测的结果，再对熔覆层的裂纹进行处理。但目前常用的裂纹检测方法主要有磁粉探伤法、渗透剂着色法和超声波检测法。而这些裂纹检测方法都属于离线检测，需要激光熔覆过程彻底结束后，才可以对熔覆层进行裂纹检测，所以导致裂纹检测的效率相对较低。针对此问题，张晓波的专利“一种激光熔覆过程裂纹的在线检测装置”专利号cn108802198a，发明了激光熔覆过程裂纹的在线检测装置。其优点是结构简单，使用方便，解决了对裂纹不敏感和不易检测的问题，并对裂纹实现了在线检测的目的。但其缺点是无法对熔覆层的裂纹进行准确的定位，从而给后续裂纹的处理造成了不便。滕健等人的专利“一种材料表面裂纹数量和位置检测方法”专利号cn104849281a，发明了一种材料表面裂纹数量和位置检测方法。其优点是可以方便快捷的检测出裂纹的数量和位置。但其缺点是不适用于骤冷骤热的熔覆层，同时也不适用于材料表面积不断发生变化的裂纹在线检测。
技术实现要素：
本发明为克服现有技术的缺陷，特别是针对激光熔覆过程中熔覆层裂纹的在线检测和熔覆层裂纹位置的标定，发明了一种裂纹在线检测及位置标定方法。本方法先利用信号传感器、放大器、信号采集器和信号显示设备搭建激光熔覆裂纹检测系统，然后在基体表面建立一个平面直角坐标系，并使基体表面待熔覆区域位于所建立坐标系的第一象限内；并将信号传感器分别放置在坐标原点和坐标轴上，同时为了避免熔覆区域的高温对振动信号传感器的影响，应使坐标轴和基体表面的待熔覆区域保持一定的安全距离；最后根据信号显示设备来判断是否有裂纹产生，若信号显示设备显示的振动信号出现了较大峰值，则表明熔覆层已产生裂纹，记录产生较大峰值的时间，接着通过记录的时间和振动信号在基体中传播的速度来建立方程组，进而求得裂纹在所建立坐标系中的坐标位置。从而实现了对激光熔覆过程中熔覆层裂纹的检测以及位置的标定，大大提高了基体表面熔覆层裂纹的检测效率，并为后续裂纹的修复提供了准确的位置信息，在一定程度上节省了机械零部件再制造的时间成本。
本发明采用的技术方案是一种裂纹在线检测及位置标定方法，其特征是，该方法利用三个信号传感器、放大器、信号采集器、信号显示设备和基体搭建激光熔覆裂纹检测系统；然后在基体表面建立一个平面直角坐标系，并将信号传感器分别固定在坐标原点(0，0)、纵轴上点(0，yb)和横轴上点(xa，0)上，同时使待修复区域的横坐标均小于xa且纵坐标均小于yb；方法的具体步骤如下：
步骤1搭接激光熔覆裂纹检测系统
将1号、2号、3号信号传感器1、2、3放置在基体待熔覆一侧的表面上，然后将1号、2号、3号信号传感器1、2、3与放大器4连接起来，再将放大器4和信号采集器5连接起来，最后将信号采集器5连接到信号显示设备6上；
步骤2建立一个平面直角坐标系，固定振动信号传感器
在基体表面上建立一个平面直角坐标系oxy，使基体7表面待熔覆区域位于所建立坐标系的第一象限内，并使坐标轴和基体表面的待熔覆区域保持一定的安全距离；将放置在基体7待熔覆一侧的1号、2号、3号信号传感器1、2、3分别固定在坐标原点(0，0)、纵轴上的点(0，yb)和横轴上的点(xa，0)，同时使待修复区域的横坐标均小于xa且纵坐标均小于yb；
步骤3检测熔覆层裂纹，并进行位置标定；
当利用激光熔覆技术对基体7进行激光熔覆时，若熔覆层产生裂纹，则基体会从裂纹处开始振动，并经过不同的时长传递到距离远近不同的1号、2号、3号信号传感器1、2、3所在的位置，然后将1号、2号、3号信号传感器1、2、3获得的微弱信号通过放大器4进行放大，再利用信号采集器5对放大后的信号进行模数转换并记录存储，最后通过信号显示设备6将振动信号显示出来；
1)观察信号显示设备显示的振动信号，若整个熔覆过程，振动信号一直没有出现较大峰值，则表明熔覆层没有产生裂纹；
2)观察信号显示设备显示的振动信号，若振动信号至少出现一个较大峰值，则熔覆层已产生裂纹；
3)若熔覆层已产生裂纹，则记录1号、2号、3号信号传感器1、2、3所在位置产生振动信号较大峰值的时间toi、tai和tbi，并利用记录的时间和振动信号在基体中传播的速度v建立方程组，求解裂纹在所建立坐标系中的位置坐标(xi，yi)，进行位置标定；
其中，ti为熔覆层裂纹产生的时间，v为振动信号在基体上的传播速度，并有：
式中，e为基体材料的杨氏模量，ρ为基体材料的密度，δ为基体材料的泊松比。
本发明的有益效果是针对激光熔覆过程熔覆层裂纹的在线检测和位置标定问题提供了一种解决方法。通过观察振动信号和理论计算熔覆层裂纹的位置坐标，不仅可以在线检测熔覆层是否有裂纹产生，还可以准确标定熔覆层裂纹的位置，为后续裂纹的修复提供了准确的位置信息，既提高了基体表面熔覆层裂纹的检测效率，又节省了机械零部件再制造的时间成本。
附图说明
图1为激光熔覆裂纹在线检测系统示意图。其中，1-1号信号传感器，2-2号信号传感器，3-3号信号传感器，4-放大器，5-信号采集器，6-信号显示设备，7-基体。
图2为基体表面上的平面直角坐标系和信号传感器放置位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图及技术方案对本发明进行进一步详细说明。
本实例所用基体材料为45号钢，粉末材料为ni60，基体的结构参数为140×130×10mm。1号、2号、3号信号传感器1、2、3为压电加速度传感器，放大器4为电荷放大器，信号采集器5为数据采集器和信号显示设备6为笔记本电脑。方法的具体步骤如下：
步骤1搭接激光熔覆裂纹检测系统；
将1号、2号、3号信号传感器1、2、3三个压电加速度传感器放置在基体7待熔覆一侧的表面上，然后将三个压电加速度传感器与电荷放大器4连接起来，再将电荷放大器4和数据采集器5连接起来，最后将数据采集器5连接到笔记本电脑6上，见图1。
步骤2建立一个平面直角坐标系
在基体表面建立一个平面直角坐标系oxy，见图2。使基体表面待熔覆区域位于所建立坐标系的第一象限内，坐标轴到基体边缘的距离为5mm，坐标轴到待熔覆区域边缘的距离为50mm；
步骤3固定振动信号传感器
将放置在基体待熔覆一侧的1号、2号、3号信号传感器1、2、3分别固定在坐标原点(0，0)、纵轴上的一点(0，120)和横轴上的一点(130，0)，同时待修复区域的横坐标均小于130，纵坐标均小于120；
步骤4检测熔覆层裂纹并进行位置标定
当利用激光熔覆技术对基体7进行激光熔覆时，若熔覆层产生裂纹，则基体会从裂纹处开始振动，并经过不同的时长传递到距离远近不同的1号、2号、3号信号传感器1、2、3所在的位置，然后将1号、2号、3号信号传感器1、2、3获得的微弱信号通过放大器4进行放大，再利用信号采集器5对放大后的信号进行模数转换并记录存储，最后通过信号显示设备6将振动信号显示出来；
1)观察笔记本电脑显示的振动信号，发现振动信号只出现了一个较大峰值，表明熔覆层只产生一处裂纹；
2)记录1号、2号、3号信号传感器1、2、3所在位置产生振动信号较大峰值的时间为to1＝2366.31376ms，ta1＝2366.31512ms，tb1＝2366.31585ms。同时，根据45号钢的材料属性可知振动信号在基体7上的传播速度为：
又因为熔覆层裂纹的位置坐标满足如下关系：
所以建立的方程组为：
因此，熔覆层裂纹的位置坐标为(60,51.5)。
1.一种裂纹在线检测及位置标定方法，其特征是，该方法先利用三个信号传感器、放大器、信号采集器、信号显示设备和基体搭接激光熔覆裂纹检测系统；然后在基体表面建立一个平面直角坐标系，并将三个信号传感器分别放置在坐标原点(0，0)、纵轴上点(0，yb)和横轴上点(xa，0)，同时待修复区域的横坐标均小于xa，且纵坐标均小于yb；方法的具体步骤如下：
步骤1搭接激光熔覆裂纹检测系统
将1号、2号、3号信号传感器(1、2、3)放置在基体(7)待熔覆一侧的表面上，然后将1号、2号、3号信号传感器(1、2、3)与放大器(4)连接起来，再将放大器(4)和信号采集器(5)连接起来，最后将信号采集器(5)连接到信号显示设备(6)上；
步骤2建立一个平面直角坐标系，固定振动信号传感器
在基体表面上建立一个平面直角坐标系oxy，使基体(7)表面待熔覆区域位于所建立坐标系的第一象限内，并使坐标轴和基体表面的待熔覆区域保持一定的安全距离；将放置在基体(7)待熔覆一侧的1号、2号、3号信号传感器(1、2、3)分别固定在坐标原点(0，0)、纵轴上的点(0，yb)和横轴上的点(xa，0)上，同时使待修复区域的横坐标均小于xa且纵坐标均小于yb；
步骤3检测熔覆层裂纹，并进行位置标定；
当利用激光熔覆技术对基体(7)进行激光熔覆时，若熔覆层产生裂纹，则基体会从裂纹处开始振动，并经过不同的时长传递到距离远近不同的1号、2号、3号信号传感器(1、2、3)所在的位置，然后将1号、2号、3号信号传感器(1、2、3)获得的微弱信号通过放大器(4)进行放大，再利用信号采集器(5)对放大后的信号进行模数转换并记录存储，最后通过信号显示设备(6)将振动信号显示出来；
1)观察信号显示设备显示的振动信号，若整个熔覆过程，振动信号一直没有出现较大峰值，则表明熔覆层没有产生裂纹；
2)观察信号显示设备显示的振动信号，若振动信号至少出现一个较大峰值，则熔覆层已产生裂纹；
3)若熔覆层已产生裂纹，则记录1号、2号、3号信号传感器(1、2、3)所在位置产生振动信号较大峰值的时间toi、tai和tbi，并利用记录的时间和振动信号在基体中传播的速度v建立方程组，求解裂纹在所建立坐标系中的位置坐标(xi，yi)，进行位置标定；
其中，ti为熔覆层裂纹产生的时间，v为振动信号在基体上的传播速度，并有：
式中，e为基体材料的杨氏模量，ρ为基体材料的密度，δ为基体材料的泊松比。
技术总结