CN106197331A - 超声波检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波检测系统，包括：数据采集装置；超声波发生器，与所述数据采集装置耦合；以及超声波探头，所述超声波探头与所述超声波发生器耦合；其中，所述超声波探头配置成对被测工件的胶粘区域进行一次或多次超声波扫描，使得所述数据采集装置能够通过所采集的有效回波数量来判断胶层的宽度。

Description

超声波检测系统

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体来说，涉及采用超声波扫描方法来确定车身结构胶胶接接头的胶层宽度从而实现无损检测的超声波检测系统。

背景技术

对于汽车来说，采用胶接技术可以提高驾乘的舒适性、降噪、减振、绝缘、减轻质量、降低能耗、简化工艺、提高产品质量，达到其他连接方法所难以企及的效果。用于汽车工业的胶接技术，有其自身的特殊性，一方面在性能上应达到汽车质量和使用寿命的要求，另一方面还必须满足大批量、快节奏生产作业工艺的需要，应有良好的质量检测方法。目前胶粘剂在汽车车身中的应用部位如图 1 所示。车门、侧围、发动机罩盖、车身顶盖及加强梁等结构件的金属与金属之间的连接经常采用结构胶进行粘接的方式。由于缺胶或胶层宽度低于标准值而未达到强度设计要求而引发的各种灾难性事故时有发生，粘接质量检测对于保证整车强度，确保乘人安全有重要意义。

由于车身零件采用胶接工艺后，胶接区域处于两个零件胶接内部，无法直观判断其胶接质量。若不进行质量检测，胶接区域产生涂胶缺陷，会影响整车密封性乃至整车结构强度。现有技术采用敲击法和破坏性试验检测胶粘质量，但是敲击法主要凭借检测操作人员的经验，可靠性低。而破坏性试验需要对整车进行破检，查看胶层质量，检测成本高。另外，因破检车辆的报废造成材料浪费，不利于节能环保。并且，此两种方法都是在结构胶固化之后进行检测，若发现缺陷，则返修成本很高，具有一定的局限性。

因而，期望一种能够无损检测胶接区域的胶层宽度的技术方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明的发明人提出利用超声波技术对胶接接头进行无损检测。

根据本发明的一个方面，提供了一种超声波检测系统，该系统包括：数据采集装置；超声波发生器，与所述数据采集装置耦合；以及超声波探头，所述超声波探头与所述超声波发生器耦合；其中，所述超声波探头配置成对被测工件的胶粘区域进行一次或多次超声波扫描，使得所述数据采集装置能够通过所采集的有效回波数量来判断胶层的宽度。

在上述超声波检测系统中，所述超声波探头包括超声波发射晶体和与所述超声波发射晶体连接的水晶延时块，所述水晶延时块的端面为平面。

上述超声波检测系统还可包括：测量定位块，置于所述被测工件的上表面，用于为所述超声波探头提供定位作用。

上述超声波检测系统还可包括：耦合剂，所述耦合剂涂覆在所述被测工件的上表面，用于排出所述超声波探头与所述被测工件之间的空气。

在上述超声波检测系统中，所述超声波探头配置成沿被测工件的宽度方向、在所述测量定位块的两侧分别进行测量。

在上述超声波检测系统中，所述超声波发生器的发射频率为 1 － 30MHz 。

在上述超声波检测系统中，所述超声波探头为接触式探头、延迟块探头、保护面探头、水浸式探头、双晶探头以及角度声束探头中的任一种。

在上述超声波检测系统中，所述被测工件包括上层钢板、结构胶以及下层钢板。

在上述超声波检测系统中，所述耦合剂是甘油或水。

上面描述的超声波检测系统的检测操作方便，可以实现不破坏车身结构的情况下，精确地检测车身胶的实际连接状态，防止车身缺胶或胶层宽度不达标所引起的车身强度下降，保证整车强度质量安全。

附图说明

在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，本领域技术人员将会更清楚地了解本发明的各个方面。本领域技术人员应当理解的是：这些附图仅仅用于配合具体实施方式说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。

图 1 是胶粘剂在车身中部位的应用示意图；

图 2a 和图 2b 分别是无测量定位块以及有测量定位块的情况下探头进行测量的示意图；

图 3a 是根据本发明的一个实施例、胶检测用超声波探头的示意图；

图 3b 是焊点检测用超声波探头示意图；

图 4 是根据本发明的一个实施例、超声波测量胶层宽度的回波特征示意图；

图 5 是根据本发明的一个实施例、有效回波数量求和值与胶层宽度标准值之间对比关系的示意图；

图 6 是根据本发明的一个实施例、随位移变化而变化的回波数量的示意图；

图 7 是根据本发明的一个实施例、用于车身结构胶胶层宽度检测的超声波检测系统的示意图；

图 8 是根据本发明的一个实施例、车身结构胶胶层宽度超声波检测流程的示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

在无损检测中，超声波检测以穿透能力强、灵敏度高、轻便和技术成熟等优点得到了广泛的应用。超声波检测回波信号携带有界面粘接质量的信息，利用超声波技术对胶接接头进行无损检测效率高，是一种有效且可靠的技术。

有必要指出的是，下文中提及的无损检测方案是针对汽车车身涂胶后，金属与金属之间胶层宽度进行无损检测的方案。在车身涂胶后但未经过油漆烘烤固化之前对胶接质量进行检测，可及时发现缺陷，降低返修成本。

参考图 7 ，它示出了用于车身结构胶胶层宽度检测的超声波检测系统的示意图。在该系统中，如图 7 所示， 1 为数据采集装置， 2 为超声波发生器， 3 为接触式超声波探头及水晶延时块， 4 为测量定位块， 5 为耦合剂， 6 为被测工件上层钢板， 7 为结构胶胶层， 8 为被测工件下层钢板。超声波探头 3 配置成对被测工件的胶粘区域进行一次或多次超声波扫描，使得数据采集装置 1 能够通过所采集的有效回波数量来判断胶层 7 的宽度。

如图 7 所示，测量定位块 4 置于被测工件的上层钢板的表面上，其用于为超声波探头 3 提供定位作用。如图 2b 所示，在利用测量定位块进行超声波测量时，只需在测量定位块的左、右两侧进行 2 次测量即可确定胶层宽度。而如图 2a 所示，在没有利用测量定位块进行超声波测量时，需从胶层宽度以外的区域，逐步向有效的涂胶区域靠近、采样，直至完全脱离涂胶有效区域，在一个涂胶检测点需要测量 12 次。因而可见，采用测量定位块来进行超声波测量的检测效率高于未采用测量定位块的方案。

本发明的技术方案为适应胶接检测的特点而开发了专用的水晶延时块探头（图 3a 所示），而非传统点焊的探头（图 3b 所示）。由于点焊表面有压痕，而非平面，选用传统的点焊探头端面是装有水的薄膜，在点焊压痕处可以变形用于排出探头与工件之间的空气。对于胶粘工件表面是平面或者曲率很小的曲面，采用带有水晶延时块的探头平面表面，可以在耦合剂的辅助先排出探头与工件之间的空气。而在测量胶层宽度时，若用传统点焊探头，由于其端面是装有水的薄膜，测量时用力不同会导致半圆状薄膜与工件表面接触面积不同，也就是探头与工件接触的实际直径与测量人员用力有关，从而会引入测量误差；而用水晶延时块，探头与工件的接触面积不随工作人员的用力而变化，可以使测量一致性更高，测量更准确。水晶延时块探头能够满足测量薄板的频率要求，由于其端面是平面，对测量人员经验要求低，新人很容易培训。

另外，本发明的技术方案摒弃超声波回波能量衰减值，而创新性地采用检测车身零件有效回波数量来确定胶层宽度。胶粘检测由于胶层对超声波能量的吸收，中间回波特征被噪声覆盖，因此采用有效回波特征来进行判断胶层宽度更为有效。

不同的胶层宽度对应不同的回波数量，回波数量可以反推胶层宽度，本发明建立了有效回波数量与胶层宽度的关系准则，如图 4 、 5 、 6 所示，通过胶层宽度的检测间接反映胶接强度，确保胶接质量。

在一个具体的实施例中，在进行检测时，将耦合剂涂在上层钢板表面。然后，将测量定位块置于上层钢板表面，再将接触式探头紧贴定位块一侧，使水晶延时块端面紧贴上层工件。数据采集装置输出结果并记录结果。接着，将接触式探头紧贴定位块另一侧，使水晶延时块端面紧贴上层工件，数据采集装置输出结果并记录结果。

在另一个具体的实施例中，在检测过程中，将接触式水晶延时块连接在超声波发射器上，利用点焊检测仪设定合理的最佳延迟、脉冲回波范围，增益及自动捕捉门，通过在胶粘区域进行一次或多次超声波扫描，测定涂胶宽度上的有效回波个数即可确定胶层宽度，从而评判车身胶质量。可将探头沿胶层宽度方向，每隔 1mm 检测一次，统计回波个数，如图 2a 、图 6 所示。从图中能够看出：当探头扫过胶层时，回波个数会有不同的变化，因此，通过试片实验可建立不同回波个数与胶层宽度的定量关系，在实际检测过程中，只要能够得到不同扫描宽度的回波个数，即可获得胶层宽度。

在一个实施例中，数据采集装置可以为数据采集软件，其可以输出有效回波个数、回波衰减率、或者指定回波能量的衰减值、回波间隔。超声波发生装置可以是任何超声波发生设备，其可以发射频率为 1-30MHz 的超声波。超声波探头可以为接触式探头、延迟块探头、保护面探头、水浸式探头、双晶探头、角度声束探头等，频率为 5-30Mhz ，探头直径为 1-30 毫米。与探头匹配的水晶延迟块端面直径为 7mm ，水晶延迟块长度为 11.4mm 。耦合剂可以是甘油、水等液体。测量定位块的材料不限，厚度由根据胶层宽度和探头直径共同确定。上、下层被测工件为金属材料（钢、铝、镁等）或复合材料等，工件厚度为 0.1-10 毫米。结构胶为热固性树脂黏合剂、热塑性树脂黏合剂、橡胶型黏合剂或者三种的结合。

在又一个实施例中，车身结构胶胶层宽度超声波检测流程可以如图 8 所示。首先，安装探头并调试软件。接着，从待检测部位左侧开始，检测胶层边缘，至输出回波数量落入【 12 ， 17 】，并记录为 A 。然后，采用宽度为 W 的挡块紧贴探头，并在挡块另一侧再次测量，并记录为 B 。判断 B 是否落入【 12 ， 17 】的范围，如果是，则记录 A ， B ， W ，并根据参数库计算胶层宽度。如果 B 小于 12 ，则将挡块宽度增加 2mm ，而如果 B 大于 17 ，则将挡块宽度减小 2mm 。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有如下有益效果： 1 ）采用超声波无损检测方案，可靠性高，可以在结构胶固化之前进行检测，大大降低返修成，提高产品质量。 2 ）超声波无损检测不仅可以检测出缺胶缺陷，还可以定量检测出胶层宽度，判断胶层宽度是否达到标准值。 3 ）创新性的将点焊检测仪应用于胶层厚度检测，可靠性好。 4 ）发明使用测量定位块沿胶层宽度方向上进行两次采样即可获得胶层宽度信息的测量方法及对应算法，检测效率高。 5 ）超声波探头采用了水晶延时块，表面是平面，探头与工件的接触面积不随工作人员的用力而变化，可以使测量一致性更高，测量更准确。水晶延时块探头能够满足测量薄板的频率要求。 6 ）将超声波回波数量作为检测标准，而非回波能量衰减值，胶层宽度检测的准确性高、方法更简便。 7 ）建立有效回波数量和胶层宽度的关系准则，通过胶层宽度检测间接反映胶接强度，对于保证车身强度和乘人安全意义重大。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。

Claims (9)

1. 一种超声波检测系统，其特征在于，包括：

数据采集装置；

超声波发生器，与所述数据采集装置耦合；以及

超声波探头，所述超声波探头与所述超声波发生器耦合；其中，所述超声波探头配置成对被测工件的胶粘区域进行一次或多次超声波扫描，使得所述数据采集装置能够通过所采集的有效回波数量来判断胶层的宽度。

2. 如权利要求1所述的超声波检测系统，其中，所述超声波探头包括超声波发射晶体和与所述超声波发射晶体连接的水晶延时块，所述水晶延时块的端面为平面。

3. 如权利要求1或2所述的超声波检测系统，还包括：

测量定位块，置于所述被测工件的上表面，用于为所述超声波探头提供定位作用。

4. 如权利要求1或2所述的超声波检测系统，还包括：

耦合剂，所述耦合剂涂覆在所述被测工件的上表面，用于排出所述超声波探头与所述被测工件之间的空气。

5. 如权利要求3所述的超声波检测系统，其中，所述超声波探头配置成沿被测工件的宽度方向、在所述测量定位块的两侧分别进行测量。

6. 如权利要求1所述的超声波检测系统，其中，所述超声波发生器的发射频率为1－30MHz。

7. 如权利要求1所述的超声波检测系统，其中，所述超声波探头为接触式探头、延迟块探头、保护面探头、水浸式探头、双晶探头以及角度声束探头中的任一种。

8. 如权利要求1所述的超声波检测系统，其中，所述被测工件包括上层钢板、结构胶以及下层钢板。

9. 如权利要求4所述的超声波检测系统，其中，所述耦合剂是甘油或水。