CN106290571A - 一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其包括机械手臂、滑动的连接于所述机械手臂的伸缩杆、粗糙度扫描仪及两个复合探头。所述粗糙度扫描仪用于测量工件即将放置两个所述复合探头的区域的粗糙度值。两个所述复合探头分别位于焊缝相背的两侧，其中一个转动的连接于所述伸缩杆远离所述机械手臂的一端；所述复合探头包括电磁超声模块、压电超声模块、探头外壳及中间挡板，所述探头外壳形成有收容腔，所述中间挡板将所述收容腔隔离为上下两层，所述压电超声模块设置于上层，所述电磁超声模块设置于下层，使用者依据所述粗糙度值选择所述电磁超声模块或者所述压电超声模块作为超声探头。

Description

一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置
技术领域
本发明属于非铁磁性薄板材料无损检测领域，更具体地，涉及一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置。
背景技术
非铁磁性材料是相对磁导率很低的一类材料的统称，一般相对磁导率接近于1。在非铁磁性材料中薄板材料(如铝及铝合金薄板、钛及钛合金薄板)使用较为广泛，主要涉及机械、船舶、航空、电气等多个行业。为了获得良好的金属工艺性能，对非铁磁性薄板材料进行一定的区域焊接是不可避免的。然而，在焊接过程中，由于各种参数的影响导致焊缝区域产生难以观察的缺陷，影响非铁磁性薄板材料的性能，故对非铁磁性薄板材料焊缝进行非破坏性检测(即无损检测)是十分有必要的。
目前，对板材焊缝进行无损检测的方法主要有：压电超声检测、电磁超声检测及涡流检测。在信号激励方面，压电超声检测方法，虽然技术很成熟，但压电超声信号的激励依赖于板材的表面粗糙状况，表面粗糙状况不好时，信号激励困难；电磁超声检测方法，虽然超声信号的激励无需考虑板材表面的粗糙状况，但要考虑板材的导磁性及提离距离(如对于导磁性不好的非铁磁性板材而言，利用电磁激励超声信号时需要通入很大电流而且要控制提离距离处于几毫米的范围内)；涡流检测与电磁超声检测类似，对非铁磁性材料检测，需要通入大电流和控制提离距离。在信号接收方面，压电超声检测方法虽然探头接收信号的效率相对较高，但超声信号的接收依然依赖于板材的表面粗糙状况；电磁超声检测方法和涡流检测方法虽然无需考虑表面粗糙状况但接收信号的效率相对较低，而且涡流检测相较于超声检测时间较长。
针对现有板材焊缝无损检测方法中的不足，本领域相关人员做了很多研究，如改进现有的单一类型激励探头和接收探头或者使用不同类型的双探头或多探头，但这些改进尚未解决信号激励受工件表面粗糙度状况以及提离距离的影响的问题，且还易造成资源浪费。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，基于现有无损检测装置存在的问题，针对无损检测装置的部件及部件连接关系进行了设计。所述无损检测装置采用粗糙度扫描仪分析探头所在工件区域的粗糙度值；使用者根据所述粗糙度值来选择复合探头中的压电超声模块或者电磁超声模块作为超声探头接收缺陷信号，既克服了信号激励受工件表面粗糙度状况以及提离距离的影响，改善了信号激励状况，节省了成本，提高了信号接收的效率。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其包括机械手臂、连接于所述机械手臂一端的小功率脉冲激光器、滑动的连接于所述机械手臂的伸缩杆、粗糙度扫描仪及两个复合探头，其特征在于：
所述粗糙度扫描仪用于测量工件即将放置两个所述复合探头的区域的粗糙度值，并将所述粗糙度值显示出来；
两个所述复合探头分别位于焊缝相背的两侧，其中一个转动的连接于所述伸缩杆远离所述机械手臂的一端；所述复合探头包括电磁超声模块、压电超声模块、探头外壳、中间挡板及选择开关插座，所述探头外壳形成有收容腔，所述收容腔用于收容所述电磁超声模块、所述压电超声模块及所述中间挡板，所述中间挡板将所述收容腔隔离为上下两层，所述压电超声模块设置于上层，所述电磁超声模块设置于下层，所述压电超声模块及所述电磁超声模块均电性连接于所述选择开关插座；所述选择开关插座设置在所述探头外壳的外侧，其包括第一开关按钮及与所述第一开关按钮间隔设置的第二开关按钮，所述第一开关按钮及所述第二开关按钮分别用于控制所述电磁超声模块及所述压电超声模块的电路通断；使用者依据所述粗糙度值按下第一开关按钮或者第二开关按钮，以使所述电磁超声模块或者所述压电超声模块作为超声探头。
进一步的，所述选择开关插座还包括与所述第二开关按钮间隔设置的第三开关按钮及输出端口，所述第三开关按钮用于控制所述输出端口的电路通断；所述无损检测装置还包括多通道带通滤波器，所述输出端口电性连接所述多通道带通滤波器。
进一步的，所述无损检测装置还包括电性连接于所述多通道带通滤波器的可调增益放大器、电性连接于所述可调增益放大器的数据采集器及电性连接于所述数据采集器的电脑。
进一步的，所述无损检测装置包括激光扩束机构，所述激光扩束机构包括第一连接臂及连接于所述第一连接臂的一端的激光扩束镜片，所述第一连接臂的另一端连接于所述机械手臂；所述激光扩束镜片用于扩大所述小功率脉冲激光器发射的激光的光斑，减小激光束的发散角。
进一步的，所述无损检测装置包括光阑机构，所述光阑机构包括一端连接于所述伸缩杆的第二连接臂及连接于所述第二连接臂的另一端的光阑；所述激光扩束镜片位于所述小功率脉冲激光器及所述光阑之间。
进一步的，所述无损检测装置包括聚焦机构，所述聚焦机构包括一端连接于所述伸缩杆的第三连接臂及连接于所述伸缩杆另一端的聚焦镜，所述聚焦镜位于所述光阑的下方。
进一步的，所述小功率脉冲激光器的中心轴、所述激光扩束镜片的中心轴、所述光阑的中心轴及所述聚焦镜的中心轴重合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其采用粗糙度扫描仪分析探头所在工件区域的粗糙度值；使用者根据所述粗糙度值来选择复合探头中的压电超声模块或者电磁超声模块来作为超声探头接收缺陷信号，既克服了信号激励受工件表面粗糙度状况以及提离距离的影响，改善了信号激励状况，节省了成本，提高了信号接收的效率。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式提供的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置。
图2是图1中的无损检测装置的复合探头的结构示意图。
图3是图1中的无损检测装置处于使用状态的局部示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-小功率脉冲激光器，2-粗糙度扫描仪，3-复合探头，301-电磁超声模块，3010-马蹄形永磁铁，3011-跑道型线圈电路板，302-压电超声模块，3020-压电陶瓷晶片，303-探头外壳，304-中间挡板，305-选择开关插座，4-伸缩杆，5-机械手臂，6-操作手柄，7-多通道带通滤波器，8-可调增益放大器，9-数据采集器，10-计算机，11-激光扩束机构，12-光阑机构，13-聚焦机构，工件-OB，焊缝-OA。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1、图2及图3，本发明较佳实施方式提供的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，所述无损检测装置适用于铝薄板、铝金属薄板、钛合金薄板等的焊缝的缺陷的无损检测。
所述无损检测装置包括小功率脉冲激光器1、粗糙度扫描仪2、复合探头3、伸缩杆4、机械手臂5、操作手柄6、多通道带通滤波器7、可调增益放大器8、数据采集器9、计算机10、激光扩束机构11、光阑机构12及聚焦机构13。所述机械手臂5连接所述小功率脉冲激光器1及所述操作手柄6。所述伸缩杆4的一端滑动的连接于所述机械手臂5，另一端转动的连接于所述复合探头3。所述多通道带通滤波器7电性连接所述复合探头3及所述可调增益放大器8。所述数据采集器9电性连接所述可调增益放大器8及所述计算机10。所述光阑机构12及所述聚焦机构13均连接于所述伸缩杆4，且两者间隔设置。所述激光扩束机构12连接于所述机械手臂5，其位于所述小功率脉冲激光器1及所述光阑机构12之间。
所述小功率脉冲激光器1位于焊缝OA的一侧，其用于间隔发射激光信号。本实施方式中，所述小功率脉冲激光器1的脉冲宽度为5～20ns，脉冲重复频率为1～100HZ，能量为0～200mJ/pluse。
所述粗糙度扫描仪2用于测量工件OB上即将放置所述复合探头3的区域的粗糙度，并将所述粗糙度值显示出来以供使用者参考。本实施方式中，所述粗糙度扫描仪2为手持式。
所述复合探头3为电磁-压电超声复合式，其用于接收超声回波信号并将接收到的所述超声回波信号传送给所述多通道带通滤波器7。所述复合探头3包括电磁超声模块301、压电超声模块302、探头外壳303、中间挡板304及选择开关插座305。所述探头外壳303形成有收容腔，所述收容腔用于收容所述电磁超声模块301、所述压电超声模块302及所述中间挡板304。本实施方式中，所述探头外壳303是由非金属材料制成的。
所述中间挡板304将所述收容腔隔离为上下两层，所述压电超声模块302设置于上层，所述电磁超声模块301设置于下层。本实施方式中，所述中间挡板304用于隔离所述电磁超声模块301及所述压电超声模块302。
所述压电超声模块301设置在所述收容腔的底部，其包括马蹄形永久磁铁3010及与所述马蹄形永久磁铁3010粘贴在一起的跑道型线圈电路板3011，所述跑道型线圈电路板3011粘贴在所述收容腔的底部。本实施方式中，所述马蹄形永久磁铁3010是由汝铁硼材料制成的，其磁场强度在1T以上；所述马蹄形永久磁铁3010覆盖所述跑道型线圈电路板3011；所述跑道型线圈电路板3011电性连接于所述选择开关插座305。
所述压电超声模块302设置在所述收容腔的顶部，其包括设置在所述收容腔顶部的压电陶瓷晶片3020。本实施方式中，所述压电陶瓷晶片3020的厚度及固定频率根据实际需要进行选择；所述压电陶瓷晶片3020电性连接于所述选择开关插座305。
所述选择开关插座305设置在所述探头外壳303的外侧，其包括第一开关按钮、与所述第一开关按钮间隔设置的第二开关按钮、与所述第二开关按钮间隔设置的第三开关按钮及与所述第三开关按钮间隔设置的输出端口。所述第一开关按钮、所述第二开关按钮及所述第三开关按钮分别用于控制所述电磁超声模块301、所述压电超声模块302及所述输出端口的电路通断。所述输出开口电性连接于所述多通道带通滤波器7。
本实施方式中，所述复合探头3的数量为两个，两个所述复合探头3中的一个转动的连接于所述伸缩杆4远离所述机械手臂5的一端；两个所述复合探头3分别设置于所述焊缝OA相背的两侧；可以理解，在其他实施方式中，所述伸缩杆4远离所述机械手臂5的一端可以连接一个承载杆，所述承载杆的长度方向与所述伸缩杆4的长度方向垂直，两个所述复合探头3分别转动的连接于所述伸缩杆4远离所述机械手臂5的一端及所述承载杆远离所述伸缩杆4的一端。
所述多通道带通滤波器7能够同时支持多通道工作，过滤掉大部分所接受到的超声信号中的噪声信号。所述可调增益放大器8用于对经所述多通道带通滤波器7滤波后的信号进行放大处理。本实施方式中，所述可调增益放大器8的增益范围为30dB～60dB。所述数据采集器9用于对经所述可调增益放大器8放大处理后的信号进行采集并将采集到的信号转变成所述计算机10可以识别的数字信号后传输给所述计算机10。本实施方式中，所述数据采集器9的采集频率为10KHZ～10MHZ。所述计算机10用于对所述数字信号进行实时显示、调节、保存等处理。
所述激光扩束机构11包括第一连接臂及连接于所述第一连接臂的一端的激光扩束镜片，所述第一连接臂的另一端连接于所述机械手臂5。本实施方式中，所述第一连接臂基本呈L型；可以理解，在其他实施方式中，所述第一连接臂可以为其他形状，如直线型，直线型的所述第一连接臂固定连接于所述伸缩杆4。所述激光扩束镜片用于扩大所述小功率脉冲激光器1发射的激光的光斑，减小激光束的发散角。
所述光阑机构12用于限制所述激光束的宽度，改善所述激光束的能量。所述光阑机构12包括一端连接于所述伸缩杆4的第二连接臂及连接于所述第二连接臂的另一端的光阑。所述激光扩束镜片位于所述小功率脉冲激光器1及所述光阑之间。
所述聚焦机构13用于集中所述激光的能量，其包括一端连接于所述伸缩杆4的第三连接臂及连接于所述伸缩杆4另一端的聚焦镜，所述聚焦镜位于所述光阑的下方。本实施方式中，所述小功率脉冲激光器1的中心轴、所述激光扩束镜片的中心轴、所述光阑的中心轴及所述聚焦镜的中心轴重合。
所述无损检测装置工作时，首先，使用所述粗糙度扫描仪2测量所述工件OB上即将放置所述复合探头3的区域的粗糙度值，并将所述粗糙度值显示出来；若粗糙度值大于预定值，使用者按下所述第一开关按钮，所述电磁超声模块301作为信号接收探头；若粗糙度值小于预定值，使用者按下所述第二开关按钮，所述压电超声模块302作为信号接收探头；之后，待信号接收探头选定后，通过所述操作手柄6调节所述机械手臂5的位置，进而调节所述小功率脉冲激光器1及连接于所述伸缩杆4的复合探头3到合适的位置；随后，接通所述小功率脉冲激光器1的电源，所述小功率脉冲激光器1发射激光，所述激光依次经所述激光扩束机构11扩束、所述光阑机构12进行光束宽度限制、所述聚焦机构13集中能量后，将会使所述焊缝OA的母材区域晶粒发生弹性振动从而产生超声波信号，所述超声波信号传播到所述焊缝OA区域，当有缺陷存在时，一部分带缺陷信息的超声波信号沿原路返回，另一部分带缺陷信息的超声信号向前传播，当超声信号分别传播到两个所述复合探头3任一个的下面区域时会被接收并转化成电脉冲信号，所述电脉冲信号先经所述多通道带通滤波器7滤波，后经所述可调增益放大器8放大，并经所述数据采集器9转化成数字信号后，最终到达所述计算机10，并由所述计算机10对所述数字信号进行处理分析，最终确定所述焊缝OA某一区域缺陷的信息；之后，通过所述操纵手柄6调节所述机械手臂5沿所述焊OA缝延伸方向移动一距离，并相应的移动对应的所述复合探头3，重复上续的无损检测过程，确定所述焊缝OA下一区域缺陷的信息，最终完成全部焊缝区域缺陷的无损检测。
本发明提供的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其采用粗糙度扫描仪分析探头所在工件区域的粗糙度值；使用者根据所述粗糙度值来选择复合探头中的压电超声模块或者电磁超声模块来作为超声探头接收缺陷信号，既克服了信号激励受工件表面粗糙度状况以及提离距离的影响，改善了信号激励状况，节省了成本，提高了信号接收的效率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其包括机械手臂、连接于所述机械手臂一端的小功率脉冲激光器、滑动的连接于所述机械手臂的伸缩杆、粗糙度扫描仪及两个复合探头，其特征在于：
所述粗糙度扫描仪用于测量工件即将放置两个所述复合探头的区域的粗糙度值，并将所述粗糙度值显示出来；
两个所述复合探头分别位于焊缝相背的两侧，其中一个转动的连接于所述伸缩杆远离所述机械手臂的一端；所述复合探头包括电磁超声模块、压电超声模块、探头外壳、中间挡板及选择开关插座，所述探头外壳形成有收容腔，所述收容腔用于收容所述电磁超声模块、所述压电超声模块及所述中间挡板，所述中间挡板将所述收容腔隔离为上下两层，所述压电超声模块设置于上层，所述电磁超声模块设置于下层，所述压电超声模块及所述电磁超声模块均电性连接于所述选择开关插座；所述选择开关插座设置在所述探头外壳的外侧，其包括第一开关按钮及与所述第一开关按钮间隔设置的第二开关按钮，所述第一开关按钮及所述第二开关按钮分别用于控制所述电磁超声模块及所述压电超声模块的电路通断；使用者依据所述粗糙度值按下第一开关按钮或者第二开关按钮，以使所述电磁超声模块或者所述压电超声模块作为超声探头。
2.如权利要求1所述的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其特征在于：所述选择开关插座还包括与所述第二开关按钮间隔设置的第三开关按钮及输出端口，所述第三开关按钮用于控制所述输出端口的电路通断；所述无损检测装置还包括多通道带通滤波器，所述输出端口电性连接所述多通道带通滤波器。
3.如权利要求2所述的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其特征在于：所述无损检测装置还包括电性连接于所述多通道带通滤波器的可调增益放大器、电性连接于所述可调增益放大器的数据采集器及电性连接于所述数据采集器的电脑。
4.如权利要求1所述的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其特征在于：所述无损检测装置包括激光扩束机构，所述激光扩束机构包括第一连接臂及连接于所述第一连接臂的一端的激光扩束镜片，所述第一连接臂的另一端连接于所述机械手臂；所述激光扩束镜片用于扩大所述小功率脉冲激光器发射的激光的光斑，减小激光束的发散角。
5.如权利要求4所述的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其特征在于：所述无损检测装置包括光阑机构，所述光阑机构包括一端连接于所述伸缩杆的第二连接臂及连接于所述第二连接臂的另一端的光阑；所述激光扩束镜片位于所述小功率脉冲激光器及所述光阑之间。
6.如权利要求5所述的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其特征在于：所述无损检测装置包括聚焦机构，所述聚焦机构包括一端连接于所述伸缩杆的第三连接臂及连接于所述伸缩杆另一端的聚焦镜，所述聚焦镜位于所述光阑的下方。
7.如权利要求6所述的适用于非铁磁性薄板材料焊缝的无损检测装置，其特征在于：所述小功率脉冲激光器的中心轴、所述激光扩束镜片的中心轴、所述光阑的中心轴及所述聚焦镜的中心轴重合。
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