CN103822970B - 一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪，它由工业计算机、超声探头、集成于工控机内的超声波检测模块、紧凑型二维机械扫描运动模块及超声波分析模块组成。所述超声波检测模块包括超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D模数转换电路；所述紧凑型二维机械扫描运动模块包括微型直线电机、驱动器、运动控制卡及自适应随形装置。所述超声波分析模块包括数据和图像处理模块、数据库存储模块以及人工回放分析模块。本发明实现了超声探头在非水浸的情况下对电阻点焊接头表面自适应扫描检测及实时信号采集、C扫描图像自动生成、熔核直径的定量计算等功能，与现有的技术相比，本发明具有操作简单、便携可靠、抗干扰能力强、检测分析速度快等优点。

Description

一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪及检测方法，实现电阻点焊自动化、智能化、定量化无损检测的超声波检测仪。

背景技术

电阻点焊是连接金属薄板的一种高效、经济的焊接方法，在现代制造工业中得到了广泛的应用。电阻点焊的质量直接影响焊接结构的可靠性甚至整个产品的使用性能，但在点焊过程中，由于熔核的形成和长大过程均处于封闭状态，不能直接观测，同时形核的时间极短，焊接参数短时间的波动就会造成较严重的飞溅、虚焊、脱焊等缺陷，所以电阻点焊质量的检测就具有了十分重要的意义。

电阻点焊质量检测分破坏性检测和无损检测两大类。目前很多企业在实际生产中以破坏性检测为主，多用于点焊规范的调试、点焊生产过程中的自检和抽检，但这方法成本较高，且检测周期长，严重影响焊接生产效率，不适合作为点焊质量的在线检测手段。因此，近年来许多学者开始致力于电阻点焊的无损检测技术的研究，相比于其他无损检测方法，超声波检测具有使用方便，灵敏度高，检测范围广，检测速度快，安全性能好等优点，并易于实现现场操作，因而备受各国学者关注。

在目前电阻点焊质量超声波检测基本上还是手工操作，需要工人手持点焊专用探头在浸入水中的工件上来回移动，并翻动工件，以实现对工件表面的全扫描检测，这种检测方法工作量大，效率低，易出安全事故，即使是由具备一定无损检测经验的工程师进行操作，也会由于探头扫描速度不均匀，产生大量的误检、漏检，并且只能对点焊质量进行定性的检测，无法实现自动化及定量化无损检测。

发明内容

本发明主要是解决现阶段对点焊质量检测主要依赖于水浸式手工操作，还没有合适的超声波无损检测设备，特别是缺少自动化、智能化、定量化的便携式超声波检测设备，已很难满足现代工业生产的需要的问题，而提供一种电阻点焊在线实时全自动质量检测的便携式电阻点焊全自动超声波检测仪及检测方法。

本发明的技术方案为：

一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪，主要由工业计算机、超声探头（1）、集成于工控机内的超声波检测模块、紧凑型二维机械扫描运动模块及超声波分析模块组成，其特征在于：

所述的工业计算机为强固型便携机，所述的超声探头（1）为高频聚焦探头，通过Q9-L5探头连接线（4）与超声波检测模块连接，实现在非水浸的情况下对电阻点焊接头表面进行扫描检测；所述的超声波检测模块包括集成设计在一块PCI总线主板上的超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D模数转换电路，通过PCI总线与工业计算机连接，其作用是发射和采集超声波脉冲，将回波脉冲的模拟信号转化为数字信号并传入工业计算机；所述的紧凑型二维机械扫描运动模块包括微型直线电机（2）、驱动器、运动控制卡及自适应随形装置（3）；所述的超声波分析模块包括数据和图像处理模块、数据库存储模块以及人工回放分析模块。

所述的工业计算机作为人机交互界面，协调控制超声波检测模块及超声波探头机械扫描运动模块工作、完成超声波检测数据信息分析处理及检测分析结果的输出及存储。

所述微型直线电机（2）用于对电阻点焊接头表面自动扫描，在X、Y两个方向上步距范围均为0.02mm-1.6mm，步距的变化范围较宽，满足扫描精度的不同需求，所述运动控制卡通过数字I/O向电机驱动器发送脉冲信号，以精准控制电机的运动方向和位置，所述的自适应随形装置（3）能实时调整探头位置，在对复杂几何形状的焊接接头进行检测时，能保证探头与待检测表面良好接触耦合；

所述的数据和图像处理模块根据内置算法，从A扫描信号中提取能够表征接头内部结构的特征值，并以此快速构建点焊接头内部熔核状态的C扫描图像，实时自动计算出点焊熔核直径，所述的数据库存储模块能将扫描过程中超声波回波信号及检测结果进行自动存储，作为评定电阻点焊质量的依据，形成点焊质量管理的信息资源，所述的人工回放分析模块是为了便于后续的数据分析而设立，通过此模块，操作人员能对整个检测结果进行逐点回放，分析C扫描图像每个扫描节点所对应的初始A回波信号，以实现图像细节的深入分析。

所述的运动控制卡通过USB线与工业计算机连接，并可以通过数字I/O向电机驱动器发送脉冲信号，以控制电机的运动方向和位置。

所述的微型直线电机（2）通过专用的支架和夹持机构带动超声波探头移动，对点焊试件表面进行扫描检测。

所述的自适应随形装置（3）通过精密直线导轨调节夹持机构，保证探头与待检测表面良好耦合。

所述的人机交互界面主要由参数设置区、计算结果显示区、A扫描波形区、C扫描图像区等构成。

采用上上述的一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪进行点焊超声波检测的方法包括以下步骤：

第一步：检测仪启动后首先自动加载超声探头参数、扫描参数、信号预处理参数等系统设置，在接收到开始检测指令后，通过运动控制模块将探头移至起始扫描点；

第二步：在每个步进扫描节点，探头保持静止，同时产生方波激励信号。在激励信号的作用下，探头内部晶片产生高频振动，激发出脉冲超声波。在接收到内部结构的反射回波信号后，系统按照设定的采样率将信号转化为数字量，计算机将数字信号进行存储并在检测仪的操作界面上显示超声反射A回波的波形，完成一次A扫描检测；

第三步：探头移动至下一个扫描点，进行同样的A扫描检测。在完成所有扫描点的检测后，探头回到原点位置；

第四步：数据处理模块根据内置算法，先对每个A回波信号进行去噪处理，并提取能够反应焊点熔合状态的特征量，构成一个二维矩阵，然后按照一定的编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像；

第五步：图像处理模块根据内置算法，先对初始C扫描图像进行分割处理，然后对图像的点焊熔核特征进行识别，确定熔核中心位置，并计算该检测区域内的等效熔核直径；

第六步：超声波C扫描完成后，系统会自动生成C扫描图像，并将检测结果及每个步进扫描节点的A回波存储在指定的数据库中，便于后续的分析处理，进而完成电阻点焊质量的无损检测。

本发明的有益效果是：

1）整体结构紧凑、体积小，重量轻，便于携带，可以在非水浸的情况下对电阻点焊质量进行在线实时全自动的超声波无损检测；

2）实现了探头的自动扫描检测，排除了人为因素的干扰，重复性及稳定性比较高，可以在恶劣的环境下工作；

3）自适应随形装置可以实时调整探头位置，突破传统超声波检测对被检试件水平度的严格要求，即使在对复杂几何形状的焊接接头进行检测时，也能保证探头与待检测表面良好接触耦合；

4）微型直线电机精准定位控制，结合先进的数据采集与处理技术，检测结果及C扫描图像自动处理，缺陷自动识别、缺陷尺寸及等效熔核直径的定量检测更加精准，实现了电阻点焊的自动化、智能化、定量化、图形化无损检测；

5）适应现代工业自动化生产线使用、性价比高。

附图说明

图1是本发明超声波检测仪硬件组成方框图；

图2是超声波运动平台的示意图

图3是本发明进行超声波检测方法流程图；

图4是超声波探头对点焊接头进行扫描路径示意图；

图5是电阻点焊超声波检测C扫描图像

图6是焊点试件宏观金相照片

具体实施方式

本实施例中超声波探头对点焊接头进行扫描路径示意图如图4所示；

本发明对点焊接头质量进行超声波检测的方法包括以下步骤：

第一步：检测仪启动后首先加载超声探头参数、扫描参数、信号预处理参数等系统设置，在接收到开始检测指令后，通过运动控制模块将探头移至点焊焊点中心作为起始扫描点。根据具体的点焊工艺条件确定矩形扫描区域的大小，保证扫描区域尺寸大于点焊焊点尺寸，本实施例中，选用板厚组合为2+2mm的不锈钢点焊为待检测试样，矩形平面区域的扫描设置如下所示：

第二步：在每个步进扫描节点，进行超声波发射及回波信号数据采集，计算机将数字信号进行存储并在检测仪的操作界面上显示超声反射A回波的波形，完成一次A扫描检测。

第三步：探头移动至下一个扫描点，进行同样的A扫描检测。在完成所有扫描点的检测后，探头回到原点位置。

第四步：数据处理模块根据内置算法，先对每个A回波信号进行去噪处理，并提取能够反应点焊熔核熔合状态的特征量，构成一个二维矩阵，然后按照一定的编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像。

第五步：图像处理模块根据内置算法，先对初始C扫描图像进行分割处理，然后对图像的点焊熔核特征进行识别，确定熔核中心位置，并计算该检测区域内的等效熔核直径，结果如下所示：

第六步：超声波C扫描完成后，系统会自动生成点焊C扫描图像，进一步直观的显示检测的结果，如图5所示，并将检测结果及每个步进扫描节点的A回波存储在指定的数据库中，便于后续的分析处理，进而完成点焊质量的无损检测。相应的点焊试件在经过超声波检测后，沿上下板的结合面抛开，做熔核横截面的金相检测面（如图6所示），对比发现，熔核直径超声波检测值及点焊熔核形貌都实际吻合良好。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或者用途相同，都应当视为属于本发明所提交的权利要求确定的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪，主要由工业计算机、超声探头(1)、集成于工控机内的超声波检测模块、紧凑型二维机械扫描运动模块及超声波分析模块组成，其特征在于：

所述的工业计算机为强固型便携机，所述的超声探头(1)为高频聚焦探头，通过Q9-L5探头连接线(4)与超声波检测模块连接，实现在非水浸的情况下对电阻点焊接头表面进行扫描检测；所述的超声波检测模块包括集成设计在一块PCI总线主板上的超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D模数转换电路，通过PCI总线与工业计算机连接，其作用是发射和采集超声波脉冲，将回波脉冲的模拟信号转化为数字信号并传入工业计算机；所述的紧凑型二维机械扫描运动模块包括微型直线电机(2)、驱动器、运动控制卡及自适应随形装置(3)；所述的超声波分析模块包括数据和图像处理模块、数据库存储模块以及人工回放分析模块；

所述的工业计算机作为人机交互界面，协调控制超声波检测模块及超声波探头机械扫描运动模块工作、完成超声波检测数据信息分析处理及检测分析结果的输出及存储；

所述微型直线电机(2)用于对电阻点焊接头表面自动扫描，在X、Y两个方向上步距范围均为0.02mm-1.6mm，步距的变化范围较宽，满足扫描精度的不同需求，所述运动控制卡通过数字I/O向电机驱动器发送脉冲信号，以精准控制电机的运动方向和位置，所述的自适应随形装置(3)能实时调整探头位置，在对复杂几何形状的焊接接头进行检测时，能保证探头与待检测表面良好接触耦合；

所述的数据和图像处理模块根据内置算法，从A扫描信号中提取能够表征接头内部结构的特征值，并以此快速构建点焊接头内部熔核状态的C扫描图像，实时自动计算出点焊熔核直径，所述的数据库存储模块能将扫描过程中超声波回波信号及检测结果进行自动存储，作为评定电阻点焊质量的依据，形成点焊质量管理的信息资源，所述的人工回放分析模块是为了便于后续的数据分析而设立，通过此模块，操作人员能对整个检测结果进行逐点回放，分析C扫描图像每个扫描节点所对应的初始A回波信号，以实现图像细节的深入分析；

所述的运动控制卡通过USB线与工业计算机连接，并通过数字I/O向电机驱动器发送脉冲信号，以控制电机的运动方向和位置；

所述的微型直线电机(2)通过专用的支架和夹持机构带动超声波探头移动，对点焊试件表面进行扫描检测；

所述的自适应随形装置(3)通过精密直线导轨调节夹持机构，保证探头与待检测表面良好耦合；

所述的人机交互界面主要由参数设置区、计算结果显示区、A扫描波形区、C扫描图像区构成。

2.采用权利要求1所述的一种便携式电阻点焊全自动超声波检测仪进行点焊超声波检测的方法，包括以下步骤：

第一步：检测仪启动后首先自动加载超声探头参数、扫描参数、信号预处理参数系统设置，在接收到开始检测指令后，通过运动控制模块将探头移至起始扫描点；

第二步：在每个步进扫描节点，探头保持静止，同时产生方波激励信号，在激励信号的作用下，探头内部晶片产生高频振动，激发出脉冲超声波，在接收到内部结构的反射回波信号后，系统按照设定的采样率将信号转化为数字量，计算机将数字信号进行存储并在检测仪的操作界面上显示超声反射A回波的波形，完成一次A扫描检测；

第三步：探头移动至下一个扫描点，进行同样的A扫描检测，在完成所有扫描点的检测后，探头回到原点位置；

第四步：数据处理模块根据内置算法，先对每个A回波信号进行去噪处理，并提取能够反应焊点熔合状态的特征量，构成一个二维矩阵，然后按照一定的编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像；

第五步：图像处理模块根据内置算法，先对初始C扫描图像进行分割处理，然后对图像的点焊熔核特征进行识别，确定熔核中心位置，并计算该检测区域内的等效熔核直径；

第六步：超声波C扫描完成后，系统会自动生成C扫描图像，并将检测结果及每个步进扫描节点的A回波存储在指定的数据库中，便于后续的分析处理，进而完成电阻点焊质量的无损检测。