CN105241953A - 金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明设计出一套金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置及系统，该装置：包括驱动单元、自动升降机单元、检测单元、控制台、支撑台、计算机；该检测系统包括信号采集模块、信号预处理模块、信号分析模块。采用一种无损检测的方法来检测被测金刚石圆锯片焊缝的位置和尺寸的大小，从而做出相应的补救措施，来满足使用要求；其设计合理、操作简单、数据误差极小；能够实现金刚石圆锯片焊缝在线检测。

Description

金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置及系统

技术领域

本发明属于金刚石圆锯片焊缝检测技术领域，具体涉及一种金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置及系统。

技术背景

金刚石圆锯片广泛应用于石材加工、建筑施工、高速公路和飞机场跑道等领域的切割或切缝中。锯片是在钢基体上焊接由金刚石颗粒与金属烧结在一起的刀头，其焊接属于不同材料、不同组织之间的异种金属焊接。在焊接的过程中很容易产生如气孔、裂纹、未焊透、未融合缺陷，若能提早发现焊缝，可以提高锯片的使用寿命和焊接质量。目前，在金刚石圆锯片焊缝在线检测技术方面，我国做的还不是很全面，只能检测导电材料的表面和近表面缺陷,检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。本发明采用一种无损检测的方法来发现缺焊缝的位置和尺寸大小，从而做出相应的补救措施，来满足使用要求。将涡流探伤原理，应用在金刚石圆锯片的焊缝检测系统，为金刚石圆锯片焊接质量和使用寿命提供有力的数据支持。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置及系统，将涡流探伤原理用于金刚石圆锯片的焊缝检测系统中，为在线检测金刚石圆锯片焊缝裂纹尺寸大小提供技术支持。

为达到上述目的，本发明提供一种金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置：包括驱动单元、自动升降单元、检测单元、控制台、支撑台、计算机：

所述驱动单元，包括步进电机、联轴器、轴、轴承、螺栓；步进电机通过联轴器与轴连接，轴上带有轴承，螺栓将轴固定在支撑台上；调节步进电机时，轴及转盘做匀速转动；

所述自动升降单元，包括自动升降机控制面板、升降体、导向导柱、电机、涡轮减速器、螺杆、辅助立柱；升降体分别与导向导柱、螺杆连接，螺杆与涡轮减速器连接，蜗轮减速器与电机连接，自动升降机控制面板安装在导向导柱上，通过自动升降机控制面板可以控制电机，当涡流传感器与被测金刚石圆锯片达到理想检测距离时，红外线传感器会反馈给自动升降机控制面板，进而自动升降机控制面板会控制涡流传感器探头的位置以此满足检测要求；

所述检测单元，包括红外线传感器、涡流传感器、高频电缆线、转盘；红外线传感器与自动升降机控制面板连接，涡流传感器安装在升降体上，高频电缆线安插在涡流传感器上，转盘与轴连接，被测金刚石圆锯片放在转盘上；通过电机、涡流传感器以及红外线传感器实现自动调节涡流传感器探头与被测金刚石圆锯片的距离以此来满足检测的要求；

所述控制台，通过高频电缆线与涡流传感器连接，控制台内部设有前置器、接线端子、数据采集卡，控制台上面安装有计算机；控制台用于采集被测金刚石圆锯片焊缝信号，并在计算机上进行数据整理，从而实现被测金刚石圆锯片的焊缝信息的可视化；

所述支撑台，一部分固定驱动单元，另一部分支撑自动升降机单元。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的驱动单元采用行星减速步进电机，以及与之配套的控制器、驱动器。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的控制器选用JJ01型号的PLC控制器，使用AC220V电源供电，可任意编程，最大编程条数可达99条，最高输出频率为40KHZ，且输入输出点都有光电隔离，可实现参数设定功能、程序编写功能、回零点功能、手动运行功能以及自动运行功能。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的驱动器选用MB450A型号，采用直流24V～50V供电，适合驱动电压24V-50V，电流小于4.2A，外径在42-86毫米之间的两厢混合式步进电机。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的步进电机，做匀速转动且转速连续可调。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的被测金刚石圆锯片用压紧螺母固定在转盘上。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的自动升降机单元安装在支撑台的上部，自动升降机单元可实现自动控制涡流传感器与被检测金刚石圆锯片的距离，为找到最佳测量距离提供保障。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的涡流传感器带有涡流传感器指示灯和涡流传感器探头。

上述金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，所述的控制台带有控制开关。

金刚石圆锯片焊缝涡流检测系统，其特征在于：包括信号采集模块、信号预处理模块、信号分析模块：

所述的信号采集模块是指：包括涡流传感器、前置器、接线端子、数据采集卡；在信号的采集过程中，涡流传感器探头精确地探测出被测金刚石圆锯片表面相对于探头端面间隙的变化信号，此信号经电缆线传送到前置器，前置器对此信号进行检波、滤波、线性补偿、放大归一处理，完成机械位移（焊缝）到电压的转化，电压信号通过接线端子传送到数据采集卡。

所述的信号预处理模块是指，在检测过程中会受到各种外界的干扰和噪声，本发明对采集的信号进行预处理，剔去信号中杂乱信号和没有意义的孤立点，对信号进行了平滑处理、粗大误差剔除。

所述的信号分析模块是指，将数据信号小波变换得到的局部模极大值和其位置作为焊缝信号的特征值，输入给用于数据拟合的BP神经网络，判断焊缝的深度、长度，即BP神经网络的输入为焊缝信号的电压值，输出为焊缝的深度、长度。

本发明的优点是：与现有技术相比较，本发明设计出一套金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置及系统，该装置包括驱动单元、自动升降单元、检测单元、控制台、支撑台、计算机；该系统包括信号采集模块、信号预处理模块、信号分析模块；采用一种无损检测的方法来检测被测金刚石圆锯片焊缝的位置和尺寸的大小，从而做出相应的补救措施，来满足使用要求；其设计合理、操作简单、测量误差极小；能够实现金刚石圆锯片焊缝在线检测。

附图说明

图1为本发明金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置的主视图；

图2为本发明驱动器与控制器原理图；

图3系统结构框图。

图中序号说明：1计算机、2控制台、3控制开关、4红外线传感器、5自动升降机控制面板、6自动升降机单元、7升降体、8导向导柱、9电机、10蜗轮减速器、11螺杆、12辅助立柱、13涡流传感器指示灯、14高频电缆线、15涡流传感器、16涡流传感器探头、17被测金刚石圆锯片、18转盘、19轴承、20轴、21联轴器、22压紧螺母、23步进电机、24支撑台、25螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，以便进一步了解本发明，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图1，本发明的装置包括驱动单元、自动升降机单元6、检测单元、控制台2、支撑台24、计算机1：

驱动单元包括：步进电机23、联轴器21、轴20、轴承19、螺栓25；步进电机23通过联轴器21与轴20连接，轴20上带有轴承19，螺栓25将轴20固定在支撑台24上；调节步进电机23时，轴20及转盘18做匀速转动，此时，步进电机23做匀速转动且转速连续可调；驱动单元采用的是行星减速步进电机23，以及与之配套的控制器、驱动器。

自动升降机单元6包括：自动升降机控制面板5、升降体7、导向导柱8、电机9、涡轮减速器10、螺杆11、辅助立柱12；升降体7分别与导向导柱8、螺杆11连接，螺杆11与涡轮减速器10连接，蜗轮减速器10与电机9连接，自动升降机控制面板5安装在导向导柱8上，通过自动升降机控制面板5可以控制电机9，当涡流传感器15与被测金刚石圆锯片17达到理想检测距离时，红外线传感器4会反馈给自动升降机控制面板5，进而自动升降机控制面板5会控制涡流传感器探头16的位置以此满足检测要求；自动升降机单元6安装在支撑台24的上部，自动升降机单元6可实现自动控制涡流传感器15与被检测金刚石圆锯片17的距离，为找到最佳测量距离提供保障；

检测单元包括：红外线传感器4、涡流传感器15、高频电缆线14、转盘18；红外线传感器4与自动升降机控制面板5连接，涡流传感器15安装在升降体7上，高频电缆线14安插在涡流传感器15上，转盘18与轴20连接；被测金刚石圆锯片17放在转盘18上，通过压紧螺母22固定在转盘18上，并与转盘18一起做匀速转动；涡流传感器15带有涡流传感器指示灯13和涡流传感器探头16，通过电机9、涡流传感器15以及红外线传感器4实现自动调节涡流传感器探头16与被测金刚石圆17锯片的距离以此来满足检测的要求。

控制台2：通过高频电缆线14与涡流传感器15连接，控制台2本身带有控制开关3，内部设有前置器、接线端子、数据采集卡，控制台2上面安装有计算机1；控制台2用于采集被测金刚石圆锯片17焊缝信号，并在计算机上1进行数据整理，从而实现被测金刚石圆锯片17焊缝信息的可视化。

支撑台24：一部分固定驱动单元，另一部分支撑自动升降机单元6。

参阅图2，本发明装置中的控制器选用JJ01型号的PLC控制器，使用AC220V电源供电，可任意编程，最大编程条数可达99条，最高输出频率为40KHZ，且输入输出点都有光电隔离，可实现参数设定功能、程序编写功能、回零点功能、手动运行功能以及自动运行功能；驱动器选用MB450A型号，采用直流24V～50V供电，适合驱动电压24V-50V，电流小于4.2A，外径在42-86毫米之间的两相混合式步进电机。

参阅图3，本发明的系统包括信号采集模块、信号预处理模块、信号分析模块:

信号采集模块包括涡流传感器、前置器、接线端子、数据采集卡；本发明中的信号采集模块采用的是通过调用动态链库和编写硬件驱动程序相结合的方式，在信号的采集过程中，涡流传感器探头16精确地探测出被测金刚石圆锯片17表面相对于探头端面间隙的变化信号，此信号经高频电缆线14传送到前置器，前置器对此信号进行检波、滤波、线性补偿、放大归一处理，完成机械位移（焊缝）到电压的转化，电压信号通过接线端子传送到数据采集卡，以便计算机对信号处理分析。

信号预处理模块是指，在检测过程中会受到各种外界的干扰和噪声，本发明对采集的信号在LabVIEW环境下进行信号预处理，由于LabVIEW程序由一个或多个虚拟仪器组成所以在本模块中使用其中的中值滤波器进行数据的平滑处理，用带通滤波器进行粗大误差剔除，剔去信号中杂乱信号和没有意义的孤立点，我们将处理完的的数字信号用小波变换原理将信号分解为不同尺度上的分量；最终将代表焊缝的特征信号以数据的形式提取出来。

信号分析模块是指，将数据信号小波变换得到的局部模极大值和其位置作为焊缝信号的特征值，输入给用于数据拟合的BP神经网络，判断焊缝的深度、长度，即BP神经网络的输入为焊缝信号的电压值，输出为焊缝的深度、长度；信号分析模块的BP网络结构设计步骤为（1）网络初始化，即设定权值和阀值的初始值（2）激励函数的确定（3）隐含层数及隐含层节点数设计（4）误差精度选取（5）拟合结果。

最后，在LabVIEW环境下设计了数据采集模块的程序、数据预处理模块的程序，在LabVIEW与Matlab结合的环境下设计了数据分析模块的程序，可方便有效的实现焊缝信息的检测。

以上结合附图对本发明的具体实施例方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：包括驱动单元、自动升降机单元(6)、检测单元、控制台(2)、支撑台(24)、计算机(1)：所述驱动单元，包括步进电机(23)、联轴器(21)、轴(20)、轴承(19)、螺栓(25)；步进电机(23)通过联轴器(21)与轴(20)连接，轴(20)上带有轴承(19)，螺栓(25)将轴(20)固定在支撑台(24)上；所述自动升降机单元(6)，包括自动升降机控制面板(5)、升降体(7)、导向导柱(8)、电机(9)、涡轮减速器(10)、螺杆(11)、辅助立柱(12)；升降体(7)分别与导向导柱(8)、螺杆(11)连接，螺杆(11)与涡轮减速器(10)连接，蜗轮减速器(10)与电机(9)连接，自动升降机控制面板(5)安装在导向导柱上(8)；

所述检测单元，包括红外线传感器(4)、涡流传感器(15)、高频电缆线(14)、转盘(18)；红外线传感器(4)与自动升降机控制面板(5)连接，涡流传感器(15)安装在升降体上(7)，高频电缆线(14)安插在涡流传感器(15)上，转盘(18)与轴(20)连接，被测金刚石圆锯片（17）放在转盘（18）上；所述控制台(2)，通过高频电缆线(14)与涡流传感器(15)连接，控制台(2)内部设有前置器、接线端子、数据采集卡，控制台(2)上面安装有计算机(1)；所述支撑框台(24)，一部分固定驱动单元，另一部分支撑自动升降机单元(6)。

2.根据权利要求1所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述驱动单元采用行星减速步进电机(23)，以及与之配套的控制器、驱动器。

3.根据权利要求2所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述控制器选用JJ01型号的PLC控制器，使用AC220V电源供电，可任意编程，最大编程条数可达99条，最高输出频率为40KHZ，且输入输出点都有光电隔离。

4.根据权利要求2所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述驱动器选用MB450A型号，采用直流24V～50V供电。

5.根据权利要求1所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述步进电机(23)，做匀速转动且转速连续可调。

6.根据权利要求1所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：转盘（18）上的被测金刚石圆锯片（17）用压紧螺母(22)固定。

7.根据权利要求书1所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述自动升降机单元(6)安装在支撑台(24)的上部。

8.根据权利要求书1所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述涡流传感器(15)带有涡流传感器指示灯(13)和涡流传感器探头(16)。

9.根据权利要求书1所述的金刚石圆锯片焊缝涡流检测装置，其特征在于：所述控制台（2）带有控制开关（3）。

10.金刚石圆锯片焊缝涡流检测系统，其特征在于：包括信号采集模块、信号预处理模块、信号分析模块：所述的信号采集模块是指：包括涡流传感器、前置器、接线端子、数据采集卡；在信号的采集过程中，涡流传感器探头精确地探测出被测金刚石圆锯片表面相对于探头端面间隙的变化信号，此信号经电缆线传送到前置器，前置器对此信号进行检波、滤波、线性补偿、放大归一处理，完成机械位移到电压的转化，电压信号通过接线端子传送到数据采集卡；所述的信号预处理模块是指，在检测过程中会受到各种外界的干扰和噪声，本发明对采集的信号进行预处理，剔去信号中杂乱信号和没有意义的孤立点，对信号进行平滑处理、粗大误差剔除；所述的信号分析模块是指，将数据信号小波变换得到的局部模极大值和其位置作为焊缝信号的特征值，输入给用于数据拟合的BP神经网络，判断焊缝的深度、长度，即BP神经网络的输入为焊缝信号的电压值，输出为焊缝的深度、长度。