CN104111286B - 一种用于超声波焊点检测的波速及厚度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于超声波焊点检测的波速及厚度校准方法，其针对不同材料的被测工件选取相应材料的试块，最小程度的减小由材料不同而带来的波速校准误差，同时本申请提出了对于被测工件的厚度校准，更加从应用的角度弥补了现有检测设备的不足之处。通过本发明的技术方案，针对不同材料的波速校准及不同工件的厚度校准，大大提高了测量的精度，减小因波速、厚度不准确带来的测量误差，使测量数据更加可靠。

Description

一种用于超声波焊点检测的波速及厚度校准方法

技术领域

本发明涉及一种焊接质量监测方法，尤其涉及一种用于超声波焊点检测的波速及工件板材厚度校准方法。

背景技术

目前车身钣金件大多采用点焊结构，而随着市场对于质量越来越严苛的要求，不少厂家正在寻求无损点焊检测方法，于是大量主机厂开始使用超声波焊点检测设备。该类设备的基本原理是结合超声波在的入射与反射特征，利用压电晶体产生超声波纵波，垂直入射到焊核内部，多次反射回波特征再通过压电晶体转换成相应的电信号，量化分析材料的声阻抗必然有细微差别，因此纵波波速也有所不同，而板材厚度的实际值与理论值必然存在误差，且手动调校超声波速及厚度浪费人力，效率低，间接导致生产成本的增加。

超声波焊点检测的检测方法有很多，青海电力科学试验研究院的李生平所著文章《数字型超声波检测仪波速和探头延迟校准原理分析》中，阐述了以试块校准超声波检测仪波速的方法，该论文中的技术方案是通过一个试块对检测仪波速进行校准，而实际检测过程总，波速在不同材料的钣金件中必然有很大的差别，采用该论文中指出的方法显然无法满足工程需求，此外，工程实践过程中，往往还需要对工件的厚度进行校准，而现有技术也未给出检工件厚度校准的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于钣金材料差异的波速校准方法，特别是基于工件差异及实际生产的工件厚度校准方法。

本发明的技术方案是提供了一种用于超声波焊点检测的波速及工件板材厚度校准方法，其特征在于：

第1步：利用超声波信号对白车身材料的试块进行测量,依据测量结果计算对应试块校正后的波速；

测量过程中，对每个试块测得的回波信号中，N个峰值坐标分别表示为(t₁,y₁),(t₂,y₂)......(t_N,y_N)，则该种材料的试块校准后的波速为C_type，单位mm/ms；

$C_{type}=\frac{1}{N}\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2h}{(t_i-t_{i-1})}$

其中，type：试块类型标号，type＝a,b,c...

N：试块的回波峰值个数

h：试块厚度，单位mm

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...N

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...N

第2步：确定被测焊接工件板材层数和每层板材的材料类型，并将相应材料类型试块确定的超声波信号的校正波速作为超声波信号在焊接工件板材中的波速；

第3步：根据步骤2中确定的超声波信号在工件板材中的速度，对焊接工件的不同板材厚度进行校准：

当焊接工件的板材为两层时：按照以下方式对板材厚度进行校准：

(1)第一层板材测量，在第一层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数A，

(2)第一层板材厚度L_a校准，校准后的第一层板材厚度为：

$L_a=\frac{1}{A}\underset{1}{\overset{A}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_a(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_a：第一层板材厚度，单位mm

C_a：第一层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

A：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...A

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...A

(3)第二层板材测量，在第二层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数B；

(4)第二层板材厚度L_b校准，则校准后的第二层板材厚度为：

$L_b=\frac{1}{B}\underset{1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_b(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_b：第二层板材厚度，单位mm

C_b：第二层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

B：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...B

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...B。

本发明的有益效果是：

(1)针对不同材料的波速校准及不同工件的厚度校准，大大提高了测量的精度，减小因波速厚度不准确带来的测量误差，使测量数据更加可靠。

(2)本发明还提出了对于被测工件的厚度校准，更加从应用的角度弥补了现有检测设备的不足之处。

附图说明

图1是波速及厚度校准流程图；

图2是利用试块的波速校准示意图；

图3是两层板材焊点板材厚度校准示意图。

具体实施方式

以下将结合附图1-3对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明所述的用于超声波焊点检测的波速及工件板材厚度校准方法，先利用精加工的试块进行不同材料的波速校准，然后利用超声波设备分别测量焊点的若干板材，结合相应的波速，进行板材厚度的校准。如图1所示，本发明的校准方法具体流程如下：

第1步：利用超声波信号对白车身材料的试块进行测量,依据测量结果计算对应试块校正后的波速；

在该步骤中，取白车身最常用材料的试块进行测量，如BLD、BUSD、冷轧钢板DC05、SPCC、B280等，它们对应的材料类型标号依次为1、2、3、4、5…。精加工这些材料的试块，要求表面平整，尺寸精确，厚度h在探头的可测范围内即可。另外，如果后续步骤中还有其他材料，只需制作相应材料的试块，并进行校准即可。

分别对上述材料的试块进行测试,如图2所示，用于检测与采集的超声波探头部分与上位机连接，探头发射超声波信号并接收经试块反射的超声波信号。采集到的超声波回波信号传给上位机，利用相应软件对回波信号进行分析与提取，得到波峰峰值位置等有用信息，并在软件界面绘制出超声波回波的波形图。

测量过程中，对每个试块测得的回波信号中，N个峰值坐标分别表示为(t₁,y₁),(t₂,y₂)......(t_N,y_N)，则该种材料的试块校准后的波速为C_type，单位mm/ms；

$C_{type}=\frac{1}{N}\underset{1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\frac{2h}{(t_i-t_{i-1})}$

其中，type：试块类型标号，type＝a,b,c...

N：试块的回波峰值个数

h：试块厚度，单位mm

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...N

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...N

第2步：确定被测焊接工件板材层数和每层板材的材料类型，并将相应材料类型试块确定的超声波信号的校正波速作为超声波信号在焊接工件板材中的波速。

第3步：根据步骤2中确定的超声波信号在工件板材中的速度，对焊接工件的不同板材厚度进行校准：

当焊接工件的板材为两层时：按照以下方式对板材厚度进行校准：

(1)第一层板材测量，在第一层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数A，

(2)第一层板材厚度L_a校准，校准后的第一层板材厚度为：

$L_a=\frac{1}{A}\underset{1}{\overset{A}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_a(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_a：第一层板材厚度，单位mm

C_a：第一层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

A：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...A

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...A

(3)第二层板材测量，在第二层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数B；

(4)第二层板材厚度L_b校准，则校准后的第二层板材厚度为：

$L_b=\frac{1}{B}\underset{1}{\overset{B}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_b(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_b：第二层板材厚度，单位mm

C_b：第二层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

B：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...B

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...B。

当焊接工件的板材为三层时：按照以下方式对板材厚度进行校准：

(5)第三层板材测量，在第三层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数C；

(6)第三层板材厚度L_c校准，则校准后的第三层板厚度为：

$L_c=\frac{1}{C}\underset{1}{\overset{C}{\mathrm{\Σ}}}\frac{C_c(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_c：第三层板材厚度，单位mm

C_c：第三层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

C：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...C

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...C。

尽管参考附图详细地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (2)

1.一种用于超声波焊点检测的波速及工件板材厚度校准方法，其特征在于：

第1步：利用超声波信号对白车身材料的试块进行测量,依据测量结果计算对应试块校正后的波速波速；

测量过程中，对每个试块测得的回波信号中，N个峰值坐标分别表示为(t₁,y₁),(t₂,y₂)......(t_N,y_N)，则该种材料的试块校准后的波速为C_type，单位mm/ms；

$C_{type}=\frac{1}{N}\underset{1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{2h}{(t_i-t_{i-1})}$

其中，type：试块类型标号，type＝a,b,c...

N：试块的回波峰值个数

h：试块厚度，单位mm

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...N

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...N

第2步：确定被测焊接工件板材层数和每层板材的材料类型，并将相应材料类型试块确定的超声波信号的校正波速作为超声波信号在焊接工件板材中的波速；

第3步：根据第2步中确定的超声波信号在工件板材中的速度，对焊接工件的不同板材厚度进行校准：

当焊接工件的板材为两层时：按照以下方式对板材厚度进行校准：

(1)第一层板材测量，在第一层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数A，

(2)对第一层板材厚度L_a进行校准，校准后的第一层板材厚度为：

$L_a=\frac{1}{A}\underset{1}{\overset{A}{\Σ}}\frac{C_a(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_a：第一层板材厚度，单位mm

C_a：第一层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

A：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...A

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...A

(3)第二层板材测量，在第二层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数B；

(4)对第二层板材厚度L_b进行校准，则校准后的第二层板材厚度为：

$L_b=\frac{1}{B}\underset{1}{\overset{B}{\Σ}}\frac{C_b(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_b：第二层板材厚度，单位mm

C_b：第二层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

B：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...B

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...B。

2.根据权利要求1所述的用于超声波焊点检测的波速及工件板材厚度校准方法，其特征在于：

当焊接工件的板材为三层时：在第3步的基础继续按照以下方式对板材厚度进行校准：

(1)第三层板材测量，在第三层板材焊点旁选取无焊点区，利用超声波设备进行探测，获取相应的回波信号，得到回波峰值个数C；

(2)第三层板材厚度L_c校准，则校准后的第三层板厚度为：

$L_c=\frac{1}{C}\underset{1}{\overset{C}{\Σ}}\frac{C_c(t_i-t_{i-1})}{2}$

其中，L_c：第三层板材厚度，单位mm

C_c：第三层板材对应的材料类型下的波速，单位mm/ms

C：此种板材回波峰值个数

t_i：第i个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...C

t_i-1：第i-1个回波峰值横坐标，单位:ms，i＝1，2,...C。