CN103033559A - 一种裂纹自动跟踪系统及跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种裂纹自动跟踪系统，特别涉及一种对金属材料表面产生裂纹的自动跟踪系统及跟踪方法。本发明利用安装在由计算机控制的组合机械手上的检测线圈检测裂纹，由计算机根据检测线圈所反馈的信号，判断检测路径上是否存在裂纹，并根据检测信息进行扫描、扩展以及延长检测，使检测线圈始终指示着裂纹的尖端，实现对金属表面的裂纹扩展进行自动跟踪。本发明裂纹自动更总方法使涡流检测不再局限于对静态裂纹的检测，为科研人员提供可靠的检测数据，在具有一定危险性的动态裂纹监测中，裂纹的检测可以由机器自动完成，保护人员安全。

Description

一种裂纹自动跟踪系统及跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种裂纹自动跟踪系统，特别涉及一种对金属材料表面产生裂纹的自动跟踪系统及跟踪方法。

背景技术

目前对金属材料及零部件表面的裂纹检测，涡流检测是常用的无损检测手段之一，这种检测具有灵敏度高等优点。但是，目前涡流检测主要是人工检测，检测人员手持探头检测裂纹，针对的只是静态裂纹。随着科研人员对处于扩展中裂纹的监测要求越来越高，这种由人工进行的静态裂纹检测已经无法满足要求。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术存在的不足，提供一种对金属表面处于扩展状态的裂纹进行自动跟踪的系统。

另外，本发明还提供一种裂纹自动跟踪方法。

本发明的技术方案是：一种裂纹自动跟踪系统，其特征在于，包括计算机，机械手控制器，组合机械手，检测线圈，涡流探伤仪，数字采集卡，其中，该计算机分别与机械手控制器和数字采集卡相连，机械手控制器与组合机械手，涡流探伤仪与检测线圈相连并经数字采集卡后连接计算机，检测线圈通过按照在组合机械手上。涡流探伤仪与数字采集卡之间还设置有触发器。机械手控制器通过连接器与计算机相连，该连接器为接口转换器。监测线圈通过带有安装孔的夹具安装在组合机械手上。

一种裂纹自动跟踪方法，其利用安装在由计算机控制的组合机械手上的检测线圈检测裂纹，由计算机根据检测线圈所反馈的信号，判断检测路径上是否存在裂纹，并根据检测信息进行扫描、扩展以及延长检测，使检测线圈始终指示着裂纹的尖端，实现对金属表面的裂纹扩展进行自动跟踪。

所述的裂纹自动跟踪方法，其具体步骤如下：

步骤一：确定检测区域及起始检测点

根据经验，初步确定需要检测的区域，并设定起始检测点，计算机控制组合机械手自动将检测线圈移动到待检区域的起始点；

步骤二：裂纹扫描检测

计算机控制组合机械手使检测线圈在垂直于裂纹扩展方向做检测，

当检测线圈的检测路径通过裂纹，涡流探伤仪就会产生缺陷信号，没有裂纹探伤仪不产生缺陷信号；

步骤三：裂纹扩展检测

如果计算机采集到涡流探伤仪产生的缺陷信号，控制组合机械手向裂纹扩展的方向移动一段距离，重复步骤二进行裂纹扫描检测；

步骤四：裂纹延时检测

如果涡流探伤仪没有产生缺陷信号，过一段时间重复步骤二进行裂纹扫描检测，时间长度预先设置；

步骤五：检测结束

满足检测结束条件时系统停止检测。

所述的裂纹自动跟踪方法，步骤1中起始检测点的确定流程，具体过程如下：

子步骤1.1：搭建裂纹自动跟踪系统并初始化

搭建裂纹自动跟踪系统后，使用者开启探伤仪并且根据材料设定好探伤仪7，启动计算机1，计算机1启动后初始化与连接器2和数字采集卡5的接口，如果接口初始化正确进行子步骤2，如果接口初始化不正确计算机1显示接口错误信息，并进行重新初始化；

子步骤1.2：初始化组合机械手和数字采集卡

启动机械手控制器3，并检查与组合机械手4的连接是否正常，将检查结果发送到计算机1，

计算机1在接收到检查信息后，如果信息表明连接不正常，计算机1将该错误信息显示给使用者，并有使用者进行进一步检查，

如果信息表明连接正常，计算机1通过连接器2和机械手控制器3发送初始化指令给组合机械手4，组合机械手4在初始化完成后会返回初始化信息并发送到计算机1，如果信息表明组合机械手4初始化不正常，则执行出错处理，

如果信息表明组合机械手4初始化正常，启动并初始化数字采集卡，如果采集卡9初始化不正确，执行出错处理；

如果采集卡9初始化正常，计算机1会发送采集卡设置信息给数字采集卡9，设置数字采集卡9的采集模式、采集端口，

子步骤1.3：确定检测区域及起始检测点

在使用者确定如上所述的各初始化步骤完成后，使用者根据检测要求确定检测范围并输入到计算机1，计算机1根据检测范围确定检测起点，在确定了检测起点后，计算机1将起点坐标通过连接器2发送到机械手控制器2，控制组合机械手4移动到起始坐标点，由于检测线圈已经通过夹具5安装到组合机械手4上，组合机械手4的移动会带动检测线圈的移动到检测起点；

如果检测线圈移动到起点后，起始点的坐标信息会返回到计算机1，计算机1接收到坐标信息后会与使用者输入的起始坐标点进行对比，如果两个坐标点不重合就表示计算机1对组合机械手4的控制不正常，执行出错处理。

所述的裂纹自动跟踪方法，步骤2中的裂纹扫描检测过程如下：

子步骤2.1：执行涡流扫描检测

步骤1完成后，计算机1发送一个检测指令给组合机械手4，组合机械手4在接收到指令后会延垂直于裂纹扩展的方向移动，从而带动检测线圈延垂直于裂纹扩展的方向移动；

子步骤2.2：缺陷信号的锁存

如果金属表面存在裂纹，那么在检测线圈6通过裂纹时涡流探伤仪7就会产生一个报警信号，这个信号在有缺陷时表现为高电平或者低电平，对应在没缺陷时表现为相反的情况，信号电压的变化就会产生触发信号触发器8，触发器8在被触发后会一直保持高电平或低电平状态，完成对缺陷信号的锁存，电平水平与涡流检测仪有关；

子步骤2.3：根据缺陷状态执行不同的程序

计算机1在子步骤1结束后，可通过数据采集卡9检测到触发器8的状态，如果电平为有缺陷状态，则认为在检测路径上有裂纹产生，执行步骤3的裂纹扩展检测，

如果金属表面不存在裂纹，执行步骤4裂纹延迟检测。

所述的裂纹自动跟踪方法，步骤3的裂纹扩展检测过程如下：

子步骤3.1：检测线圈向扩展方向移动

计算机1向组合机械手4发送指令，使检测线圈延裂纹扩展的方向移动一段距离，移动的长短为检测线圈的直径，

子步骤3.2：

通过采集卡9发送清除指令给触发器8，清除触发器8的输出端电平，子步骤1和子步骤2的顺序可以交换，

如果检测没有结束条件没有满足，重复步骤3裂纹检测，否则执行步骤5结束检测。

所述的裂纹自动跟踪方法，步骤4的裂纹延时检测过程如下：

如果电平为无缺陷状态，则认为在检测路径上没有裂纹产生，如果此时检测结束条件没有满足，计算机1开启检测定时器，定时器时间间隔由使用者根据裂纹扩展的情况设定，定时时间到，关闭定时器，重复步骤3进行裂纹检测。

本发明的技术效果：由于在组合机械手上安装了检测线圈，而这个组合机械手能由计算机控制，并且这个计算机能够采集到涡流探伤仪产生的缺陷信号，使得计算机能够根据检测线圈的检测路径上是否存在裂纹，自动进行下一步检测步骤，使检测线圈始终指示着裂纹的尖端，这样就能够对金属表面的裂纹扩展进行跟踪，为科研人员提供可靠的检测数据，使涡流检测不再局限于对静态裂纹的检测，在具有一定危险性的动态裂纹监测中，裂纹的检测可以有机器自动完成，保护人员安全。

附图说明

图1是本发明裂纹跟踪系统实施例的方框图。

图2是本发明裂纹跟踪系统的跟踪方法的流程图。

图3是本发明裂纹跟踪系统的初始化以及起始点确定的流程图。

图4是本发明裂纹跟踪系统的跟踪监测流程图。

其中，计算机1，连接器2，机械手控制器3，组合机械手4，夹具5，检测线圈6，涡流探伤仪7，触发器8，数字采集卡9。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明：

参见图1，如其中的实施例所示，本发明裂纹自动跟踪系统包括一个计算机1，连接器2，一个机械手控制器3，一个组合机械手4，一个夹具5，一个检测线圈6，一个涡流探伤仪7，一个触发器8，一个数字采集卡9，该计算机1分别与连接器2和数字采集卡9相连，机械手控制器3分别与组合机械手4和连接器2相连，涡流探伤仪7分别与检测线圈6和触发器8相连，检测线圈6通过夹具5安装到组合机械手4上，用于检测裂纹。

本发明裂纹自动跟踪系统由于在组合机械手上安装了检测线圈，而这个组合机械手能由计算机控制，并且这个计算机能够采集到涡流探伤仪的产生缺陷信号，使得计算机能够根据检测线圈的检测路径上是否存在裂纹，自动进行下一步检测步骤，使检测线圈始终指示着裂纹的尖端，这样就能够对金属表面的裂纹扩展进行自动跟踪，为科研人员提供可靠的检测数据，使涡流检测不再局限于对静态裂纹的检测。

请参阅图2，其给出了本发明裂纹自动跟踪方法的详细流程，其步骤如下：

步骤一：确定检测区域及起始检测点

根据经验，初步确定需要检测的区域，并设定起始检测点，计算机控制组合机械手自动将检测线圈移动到待检区域的起始点，其中，该起始检测点是凭经验认为确定，并不限定在某一具体位置点；

步骤二：裂纹扫描检测

计算机控制组合机械手使检测线圈在垂直于裂纹扩展方向做检测，其中，裂纹扩展方向可根据实验结果可以直接判定，

当检测线圈的检测路径通过裂纹，涡流探伤仪就会产生缺陷信号，没有裂纹探伤仪不产生缺陷信号；

步骤三：裂纹扩展检测

如果计算机采集到涡流探伤仪产生的缺陷信号，控制组合机械手向裂纹扩展的方向移动一段距离，距离长度为检测线圈的直径，重复步骤二；

步骤四：裂纹延时检测

如果涡流探伤仪没有产生缺陷信号，过一段时间重复步骤二，时间长度预先设置；

步骤五：检测结束

检测结束的条件满足时系统停止检测，此条件并不唯一，可以是时间、或是人为的强制结束，由使用者设定；

请参阅图3，其给出了步骤1中起始检测点的确定流程，具体过程如下：

子步骤1：搭建裂纹自动跟踪系统并初始化

按照图1，搭建裂纹自动跟踪系统后，使用者开启探伤仪并且根据材料设定好探伤仪7，启动计算机1，计算机1启动后初始化与连接器2和数字采集卡5的接口，如果接口初始化正确进行子步骤2，如果接口初始化不正确计算机1显示接口错误信息，并进行重新初始化（图3中步骤110）；

子步骤2：初始化组合机械手和数字采集卡

启动机械手控制器3，并检查与组合机械手4的连接是否正常，将检查结果发送到计算机1，

计算机1在接收到检查信息后，如果信息表明连接不正常，计算机1将该错误信息显示给使用者，并有使用者进行进一步检查（图3中步骤140，150），

如果信息表明连接正常，计算机1通过连接器2和机械手控制器3发送初始化指令给组合机械手4，组合机械手4在初始化完成后会返回初始化信息并发送到计算机1（图3中步骤120，130），如果信息表明组合机械手4初始化不正常执行图3中步骤140，150，

如果信息表明组合机械手4初始化正常，启动并初始化数字采集卡（图3中步骤160），如果采集卡9初始化不正确，执行步骤140，150；

如果采集卡9初始化正常，计算机1会发送采集卡设置信息给数字采集卡9，设置数字采集卡9的采集模式、采集端口，

子步骤3：确定检测区域及起始检测点

在使用者确定如上所述的各初始化步骤完成后，使用者根据检测要求确定检测范围并输入到计算机1（步骤180），计算机1根据检测范围确定检测起点，在确定了检测起点后，计算机1将起点坐标通过连接器2发送到机械手控制器2，控制组合机械手4移动到起始坐标点，由于检测线圈已经通过夹具5安装到组合机械手4上，组合机械手4的移动会带动检测线圈的移动到检测起点（步骤190）。

检测线圈移动到起点后，起始点的坐标信息会返回到计算机1，计算机1接收到坐标信息后会与使用者输入的起始坐标点进行对比图3中步骤200，如果两个坐标点不重合就表示计算机1对组合机械手4的控制不正常，执行步骤140，150；

请参阅图4，其给出了步骤2、3、4、5是裂纹扫描检测、裂纹扩展检测、和裂纹延时检测以及检测结束的流程示意图，其中，

步骤2：裂纹扫描检测过程如下：

子步骤1：执行涡流扫描检测

步骤1完成后，计算机1发送一个检测指令给组合机械手4，组合机械手4在接收到指令后会延垂直于裂纹扩展的方向移动，从而带动检测线圈延垂直于裂纹扩展的方向移动（步骤220），

子步骤2：缺陷信号的锁存

如果金属表面存在裂纹，那么在检测线圈6通过裂纹时涡流探伤仪7就会产生一个报警信号，这个信号在有缺陷时表现为高电平或者低电平，对应在没缺陷时表现为相反的情况，信号电压的变化就会产生触发信号触发器8，触发器8在被触发后会一直保持高电平或低电平状态，完成对缺陷信号的锁存，电平水平与涡流检测仪有关，

子步骤3：根据缺陷状态执行不同的程序

计算机1在子步骤1结束后，可通过数据采集卡9检测到触发器8的状态，如果电平为有缺陷状态，则认为在检测路径上有裂纹产生，执行步骤3（步骤230），

如果金属表面不存在裂纹，执行步骤4；

步骤3：裂纹扩展检测过程如下

子步骤1：检测线圈向扩展方向移动

计算机1向组合机械手4发送指令，使检测线圈延裂纹扩展的方向移动一段距离，移动的长短为检测线圈的直径（步骤290），

子步骤2：

通过采集卡9发送清除指令给触发器8，清除触发器8的输出端电平（步骤300），

子步骤1和字步骤2的顺序可以交换，

如果检测没有结束条件没有满足，重复步骤3，再一次进行检测（图4中的步骤330），否则执行步骤5；

步骤4：裂纹延时检测过程如下：

如果电平为无缺陷状态，则认为在检测路径上没有裂纹产生，如果此时检测结束条件没有满足，计算机1开启检测定时器（步骤250，260），定时器时间间隔由使用者根据裂纹扩展的情况设定，定时时间到，关闭定时器(步骤280)，重复步骤3，

如果检测结束条件得到满足，执行步骤5；

步骤5：检测结束

检测结束条件得到满足时，系统停止检测，并记录相关信息，需要记录的信息由使用者更具情况事先确定（步骤310、320）。

Claims (10)

1.一种裂纹自动跟踪系统，其特征在于，包括计算机，机械手控制器，组合机械手，检测线圈，涡流探伤仪，数字采集卡，其中，该计算机分别与机械手控制器和数字采集卡相连，机械手控制器与组合机械手，涡流探伤仪与检测线圈相连并经数字采集卡后连接计算机，检测线圈通过按照在组合机械手上。

2.根据权利要求1所述的裂纹自动跟踪系统，其特征在于，涡流探伤仪与数字采集卡之间还设置有触发器。

3.根据权利要求1所述的裂纹自动跟踪系统，其特征在于，机械手控制器通过连接器与计算机相连，该连接器为接口转换器。

4.根据权利要求1所述的裂纹自动跟踪系统，其特征在于，监测线圈通过带有安装孔的夹具安装在组合机械手上。

5.一种裂纹自动跟踪方法，其特征在于，利用安装在由计算机控制的组合机械手上的检测线圈检测裂纹，由计算机根据检测线圈所反馈的信号，判断检测路径上是否存在裂纹，并根据检测信息进行扫描、扩展以及延长检测，使检测线圈始终指示着裂纹的尖端，实现对金属表面的裂纹扩展进行自动跟踪。

6.根据权利要求5所述的裂纹自动跟踪方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一：确定检测区域及起始检测点

根据经验，初步确定需要检测的区域，并设定起始检测点，计算机控制组合机械手自动将检测线圈移动到待检区域的起始点；

步骤二：裂纹扫描检测

计算机控制组合机械手使检测线圈在垂直于裂纹扩展方向做检测，

当检测线圈的检测路径通过裂纹，涡流探伤仪就会产生缺陷信号，没有裂纹探伤仪不产生缺陷信号；

步骤三：裂纹扩展检测

如果计算机采集到涡流探伤仪产生的缺陷信号，控制组合机械手向裂纹扩展的方向移动一段距离，重复步骤二进行裂纹扫描检测；

步骤四：裂纹延时检测

如果涡流探伤仪没有产生缺陷信号，过一段时间重复步骤二进行裂纹扫描检测，时间长度预先设置；

步骤五：检测结束

满足检测结束条件时系统停止检测。

7.根据权利要求5所述的裂纹自动跟踪方法，其特征在于，步骤1中起始检测点的确定流程，具体过程如下：

子步骤1：搭建裂纹自动跟踪系统并初始化

搭建裂纹自动跟踪系统后，使用者开启探伤仪并且根据材料设定好探伤仪，启动计算机，计算机启动后初始化与连接器和数字采集卡的接口，如果接口初始化正确进行子步骤，如果接口初始化不正确计算机显示接口错误信息，并进行重新初始化；

子步骤2：初始化组合机械手和数字采集卡

启动机械手控制器，并检查与组合机械手的连接是否正常，将检查结果发送到计算机，

计算机在接收到检查信息后，如果信息表明连接不正常，计算机1将该错误信息显示给使用者，并有使用者进行进一步检查，

如果信息表明连接正常，计算机通过连接器和机械手控制器发送初始化指令给组合机械手，组合机械手在初始化完成后会返回初始化信息并发送到计算机，如果信息表明组合机械手初始化不正常，则执行出错处理，

如果信息表明组合机械手初始化正常，启动并初始化数字采集卡，如果采集卡初始化不正确，执行出错处理；

如果采集卡初始化正常，计算机会发送采集卡设置信息给数字采集卡，设置数字采集卡的采集模式、采集端口，

子步骤3：确定检测区域及起始检测点

在使用者确定如上所述的各初始化步骤完成后，使用者根据检测要求确定检测范围并输入到计算机，计算机根据检测范围确定检测起点，在确定了检测起点后，计算机将起点坐标通过连接器发送到机械手控制器，控制组合机械手移动到起始坐标点，由于检测线圈已经通过夹具安装到组合机械手上，组合机械手的移动会带动检测线圈的移动到检测起点；

如果检测线圈移动到起点后，起始点的坐标信息会返回到计算机，计算机接收到坐标信息后会与使用者输入的起始坐标点进行对比，如果两个坐标点不重合就表示计算机对组合机械手的控制不正常，执行出错处理。

8.根据权利要求5所述的裂纹自动跟踪方法，其特征在于，步骤2中的裂纹扫描检测过程如下：

子步骤1：执行涡流扫描检测

步骤1完成后，计算机发送一个检测指令给组合机械手，组合机械手在接收到指令后会延垂直于裂纹扩展的方向移动，从而带动检测线圈延垂直于裂纹扩展的方向移动；

子步骤2：缺陷信号的锁存

如果金属表面存在裂纹，那么在检测线圈通过裂纹时涡流探伤仪就会产生一个报警信号，这个信号在有缺陷时表现为高电平或者低电平，对应在没缺陷时表现为相反的情况，信号电压的变化就会产生触发信号触发器，触发器在被触发后会一直保持高电平或低电平状态，完成对缺陷信号的锁存，电平水平与涡流检测仪有关；

子步骤3：根据缺陷状态执行不同的程序

计算机在子步骤1结束后，可通过数据采集卡检测到触发器的状态，如果电平为有缺陷状态，则认为在检测路径上有裂纹产生，执行步骤3的裂纹扩展检测，

如果金属表面不存在裂纹，执行步骤4裂纹延迟检测。

9.根据权利要求8所述的裂纹自动跟踪方法，其特征在于，步骤3的裂纹扩展检测过程如下：

子步骤1：检测线圈向扩展方向移动

计算机向组合机械手发送指令，使检测线圈延裂纹扩展的方向移动一段距离，移动的长短为检测线圈的直径，

子步骤2：

通过采集卡发送清除指令给触发器，清除触发器8的输出端电平，

子步骤1和字步骤2的顺序可以交换，

如果检测没有结束条件没有满足，重复步骤3裂纹检测，否则执行步骤5结束检测。

10.根据权利要求9所述的裂纹自动跟踪方法，其特征在于，步骤4的裂纹延时检测过程如下：

如果电平为无缺陷状态，则认为在检测路径上没有裂纹产生，如果此时检测结束条件没有满足，计算机1开启检测定时器，定时器时间间隔由使用者根据裂纹扩展的情况设定，定时时间到，关闭定时器，重复步骤3进行裂纹检测。

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