CN106970151A - 便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法，属于焊缝质量无损检测领域。工业计算机内置数据采集卡，并通过数据线分别与相控阵超声采集卡和电源控制模块相连；电源控制模块和相控阵超声采集卡分别与扫查器相连，对扫查器内部的相控阵超声探头发射和接收的信号进行数据采集和传输，电源控制模块对扫查器内部的步进电机进行驱动和起停控制，扫查器内置相控阵超声探头及步进电机，是超声信号的发射/接收/扫查的执行装置。优点在于：实现了用低成本的手持结构对焊缝内部缺陷的高精度全自动定量检测，并通过计算机拟合，形成数值和图像反馈。

Description

便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法

技术领域

本发明涉及焊缝质量无损检测领域，特别涉及一种用于汽车、轨道客车、航空航天、制药装备等技术领域的平面搭接短焊缝质量超声波无损检测技术，尤指一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法。

背景技术

平面搭接焊缝可以通过弧焊、激光焊等工艺过程形成，这些工艺被广泛应用于汽车、轨道客车、航空航天、制药装备等工业制造领域。焊接接头的质量是保证产品可靠性的关键，超声波无损检测技术已经成为了焊缝质量检测的重要发展方向。

相控阵探头采用多个超声波振元组成，可以实现多个振元同时发射、接收超声波信号，实现对探头覆盖范围内的焊缝进行快速检测，获取焊缝内部接头质量信息，因此成为了目前工业应用的重点研究领域。目前，较为常用的相控阵探头超声检测采用探头垂直放置的方式，使声束垂直入射到焊缝中，耦合方式为水浸。此方法应用局限性较强，当工件尺寸较大，或者工件由于材料要求而无法水浸时，则不能进行检测；另一种检测方法为采用移动小车固定相控阵探头，手动在工件表面运动，采用光电编码器记录探头位置信息，并通过与超声检测结果拟合，实现定量检测。该方法采用手动检测，在检测过程中运动速度与手部压力难以保持均衡，使超声检测过程中耦合程度不均，对超声检测精度和速度均有一定影响。

由于以上方法具有明显的缺点，其综合使用性能尚无法完全满足现阶段工业生产领域对大尺寸工件表面搭接短焊缝的检测需要，急需一种新型的检测方法和装置，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法，解决了现有相控阵检测结构复杂，成本较高，且难以实现复杂形状工件上的焊缝检测的问题，针对现阶段焊缝超声波相控阵检测领域所采用的水浸式、手持式等阵列探头的超声波检测方法的局限性，将阵列探头与机械结构结合在一起，使阵列探头可以在一定范围内自动行走，实现对短焊缝的自动定量式扫查，并且将机械扫查与电子扫查相结合，实现平面短焊缝内部连接状态的高效率、高分辨率的超声波成像；同时，在扫查过程中设计有简单易用的耦合剂自循环系统，提高了检测过程的方便性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，包括工业计算机1、电源控制模块2、相控阵超声采集卡3和扫查器4，所述工业计算机1内置数据采集卡，并通过数据线分别与相控阵超声采集卡3和电源控制模块2相连；电源控制模块2和相控阵超声采集卡3分别与扫查器4相连，对扫查器4内部的相控阵超声探头发射和接收的信号进行数据采集和传输，电源控制模块2对扫查器4内部的步进电机进行驱动和起停控制，扫查器4内置相控阵超声探头415及步进电机405，是超声信号的发射/接收/扫查的执行装置。

所述的所述扫查器4包含壳体模块、扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块，其中扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块分别置于壳体模块内；扫查机构模块内置步进电机驱动超声发射/接收模块实现扫查运动；超声发射/接收模块连接在扫查机构模块上，固定模块布置在扫查器的两侧，将扫查器固定在工件上，实现完全贴合的自动扫查。

所述的壳体模块是：上壳体401与中壳体402通过螺钉连接在一起，中壳体402与下壳体403通过螺钉连接在一起；上壳体401上布置有线束导向座、按钮开关安装孔和线缆接头安装孔，中壳体402上有导轨固定座、步进电机支架固定座、同步带轮固定座和固定环，下壳体上有延迟块镶嵌槽和固定环。

所述的扫查机构模块是：步进电机405通过螺钉固定在步进电机支架404上，并与步进电机支架一同装配到中壳体402上，同步带轮A406-1通过顶丝固定到步进电机405输出轴上，并随着输出轴旋转进行相应旋转运动；同步带轮B406-2通过顶丝固定到支撑轴408上，支撑轴408两端分别与支撑轴承409连接在一起，轴承压块410固定在支撑轴承409外圈上，并通过螺钉与中壳体402连接在一起；当同步带轮406旋转时，支撑轴承外圈、轴承压块410静止，支撑轴408、支撑轴承409内圈、同步带轮B406-2一同做旋转运动；同步带407为齿形同步带，环绕在同步带轮A406-1和同步带轮B406-2上；探头夹持机构412放置在同步带407下方，齿形同步带压块411下表面为齿形结构，放置在同步带407上方并与同步带407啮合，齿形同步带压块411与探头夹持机构412通过螺钉连接在一起，将同步带407挤压固定在二者之间；滑块413通过螺钉固定到探头夹持机构412上，并在滑轨414上进行往复运动，保障机构的平稳运动。

所述的超声发射/接收模块是：相控阵超声探头415为多个超声波阵元排列而成的线阵式超声探头，相控阵超声探头415装配在探头夹持机构412上；探头夹持机构412侧板内部、相控阵超声探头415外部粘接多孔海绵416，在多孔海绵416中存储耦合剂；延迟块417通过下壳体403与中壳体402螺钉连接，固定在相控阵超声探头415下方，并与相控阵超声探头415保持间隙，使相控阵探头415可以在延迟块417上方扫查运动；线束支架418为相控阵超声探头415线束和步进电机405线束的支架。

所述的固定模块是：固定按钮419从中壳体402固定环的上方从上往下安装，固定导杆420从下壳体403固定环的下方从下往上安装，固定按钮419与固定导杆420通过螺纹连接在一起，固定按钮420下方粘接固定皮碗421，固定皮碗421下表面与延迟块417下表面在同一平面上。

所述的工业计算机1为强固型便携机，完成检测数据信息的分析处理和检测结果的输出，并作为人机交互界面，进行检测参数的选择和调整。

所述的相控阵超声采集卡3是由集成在一块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 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机1连接，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。

所述的数据采集卡集成于工业计算机内部，为USB多通道数据采集卡，其输入端通过数据线与电源控制模块2相连，输出端通过USB连接线与工业计算机1主板相连。

本发明的另一目的在于提供一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测方法，包括如下步骤：

步骤1、工件表面处理：在超声波扫查之前，对工件表面进行除尘、除油、涂抹耦合剂处理，减少工件表面杂质对超声信号的干扰；

步骤2、将扫查器放置在工件表面，使延迟块覆盖待检查区域的焊缝，按下固定按钮，将扫查器固定在工件表面上；

步骤3、启动工件表面超声扫查，采集工件内部的超声信号，同时识别缺陷信息；

3.1 启动系统，选择工件参数；

3.2自动加载相控阵超声探头参数、扫描参数、信号预处理参数，在接收到开始检测指令后，将相控阵超声探头移至起始扫描点；

3.3在每个步进扫描节点，相控阵超声探头保持静止，同时产生方波激励信号；在激励信号的作用下，相控阵超声探头内部多个阵元晶片同时产生高频振动，激发出脉冲超声波；在所有阵元都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，完成一次多点A扫描检测；

3.4电机输出轴转动一个角度θ，相控阵超声探头移动至下一个扫描位置，进行同样的多点A扫描检测，直至扫查完成；

3.5 数据模块对每个阵元的A回波信号进行去噪处理，提取能够反应焊点熔合状态的特征量，并与各个A回波信号对应的阵元位置拟合，即可构成二维矩阵，然后将其转化为该扫描区域的C扫描图像；

3.6 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，进而完成焊缝质量的无损检测。

本发明的有益效果在于：本发明解决了现有相控阵检测方法结构复杂，成本较高，且难以实现复杂形状工件上的焊缝检测的问题，实现了用低成本的手持结构对焊缝内部缺陷的高精度全自动定量检测，并通过计算机拟合，形成数值和图像反馈。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明的短焊缝相控阵超声扫查原理图；

图2为本发明的扫查器结构示意图；

图3为本发明的扫查器剖面图；

图4为本发明的短焊缝的相控阵超声定量检测流程图；

图5为本发明的短焊缝的相控阵超声定量检测结果与实际工件连接状态对比图。

图中：1、工业计算机；2、电源控制模块；3、相控阵超声采集卡；4、扫查器；401、上壳体；402、中壳体；403、下壳体；404、步进电机支架；405、步进电机；406-1、同步带轮A；406-2、同步带轮B；407、同步带；408、支撑轴；409、支撑轴承；410、轴承压块；411、齿形同步带压块；412、探头夹持机构；413、滑块；414、滑轨；415、相控阵超声探头；416、多孔海绵；417、延迟块；418、线束支架；419、固定按钮；420、固定导杆；421、固定皮碗。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1所示，本发明的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，包括工业计算机1、电源控制模块2、相控阵超声采集卡3和扫查器4。其中工业计算机是信号处理、信号显示及人机交互的端口，通过数据线与超声采集卡和电源控制模块相连；相控阵超声采集卡对扫查器内部的相控阵超声探头发射和接收的信号进行数据采集和传输；电源控制模块对扫查器内部的步进电机进行驱动和起停控制，扫查器内置相控阵超声探头及步进电机，是超声信号的发射/接收/扫查的执行装置。

所述的工业计算机为强固型便携机，完成检测数据信息的分析处理和检测结果的输出，并作为人机交互界面，进行检测相关工艺参数的选择和调整。

所述的相控阵超声采集卡是由集成在一块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 模数转换电路构成，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。

所述的数据采集卡集成于工业计算机内部，为USB多通道数据采集卡，其输入端通过数据线与电源控制模块相连；输出端通过USB连接线与工业计算机1主板相连。其作用在于读取电源控制模块输出的信号，并反馈至工业计算机，计算电机的旋转角度，从而计算探头所处的位置。

参见图2所示，所述扫查器是发射和接收超声波信号的装置，包含壳体模块、扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块，其中壳体模块是扫查器各零件连接和固定的基础；扫查机构模块内置步进电机驱动超声发射/接收模块，实现扫查运动，并保障运动过程的平稳性；超声发射/接收模块连接在扫查机构模块上，使超声探头在工件表面进行扫查，在扫查器内部发射/接收超声波信号，并保障耦合均匀顺畅，提高检测精度；固定模块布置在扫查器的两侧，用于将扫查器固定在工件上，实现完全贴合的自动扫查。

所述壳体模块，由上壳体401、中壳体402、下壳体403组成，其中上壳体401与中壳体402通过螺钉连接在一起，中壳体402与下壳体403通过螺钉连接在一起；上壳体401上布置有线束导向座、按钮开关安装孔和线缆接头安装孔、中壳体402上有导轨固定座、步进电机支架固定座、同步带轮固定座和固定环，是机构连接和固定的基础；下壳体403上有延迟块镶嵌槽和固定环。

所述扫查机构模块，由步进电机支架404、步进电机405、同步带轮406、同步带407、支撑轴408、支撑轴承409、轴承压块410、齿形同步带压块411、探头夹持机构412、滑块413和滑轨414组成。其扫查动力由步进电机提供，步进电机通过螺钉固定在步进电机支架上，并与步进电机支架一同装配到中壳体上，同步带轮A406-1通过顶丝固定到步进电机输出轴上，并随着输出轴旋转进行相应旋转运动。同步带轮B406-2通过顶丝固定到支撑轴上，支撑轴两端分别与支撑轴承409连接在一起，轴承压块固定在轴承外圈上，并通过螺钉与中壳体连接在一起。当同步带轮旋转时，而轴承外圈、轴承压块静止，支撑轴408、支撑轴承409内圈、同步带轮B406-2一同做旋转运动。同步带407为齿形同步带，环绕在同步带轮A406-1和同步带轮B406-2上。探头夹持机构412放置在齿形同步带407下方，齿形同步带压块411下表面为齿形结构，放置在齿形同步带上方并与齿形同步带啮合，齿形同步带压块与探头夹持机构通过螺钉连接在一起，将齿形同步带挤压固定在二者之间。滑块通过螺钉固定到探头夹持机构上，并在滑轨上进行往复运动，保障机构的平稳运动。

参见图3所示，所述超声发射/接收模块，由相控阵超声探头415、多孔海绵416、延迟块417、线束支架418组成，所述相控阵超声探头为多个超声波阵元排列而成的线阵式超声探头，相控阵超声探头装配到探头夹持机构上；探头夹持机构侧板内部与相控阵超声探头外部粘接多孔海绵，在多孔海绵中存储耦合剂；延迟块通过下壳体与中壳体的螺钉连接，固定在相控阵超声探头下方，并与相控阵超声探头保持微小间隙，使相控阵探头可以在延迟块上方扫查运动；所述线束支架为相控阵超声探头线束和步进电机线束的支架，其作用在于对线束的固定和导向，避免扫查过程中线束对运动机构的干扰。

所述固定模块，由固定按钮419、固定导杆420、固定皮碗421组成，其固定按钮从中壳体固定环的上方从上往下安装，固定导杆从下壳体固定环的下方从下往上安装，固定按钮与固定导杆通过螺纹连接在一起，固定按钮下方有粘接上固定皮碗，并且使固定皮碗下表面与延迟块下表面在同一平面上。

本发明的扫查器基本的运动模型为：将扫查器放置于工件上，按下固定按钮，使固定皮碗与工件接触，固定皮碗内的空气排出，使扫查器固定到工件上，保证在扫查过程中延迟块与工件表面贴合，同时也保障扫查过程中，扫查器固定不动。当步进电机通电时，步进电机输出轴做旋转运动，带动同步带轮绕步进电机输出轴旋转，使与之啮合的齿形同步带运动做回转运动，带动固定在齿形同步带上的齿形同步带压块和探头夹持机构进行往复直线运动。当探头夹持机构运动时，带动相控阵超声探头及多孔海绵在中壳体内运动，相控阵超声探头前端的多孔海绵受压挤出耦合剂，耦合剂铺设在延迟块上，使相控阵超声探头与延迟块之间保持很好的耦合，当相控阵超声探头继续前行时，后端的多孔海绵则收集耦合剂，反之亦然。如此往复运动，使耦合剂在周围多孔海绵及中间的相控阵超声探头和延迟块之间循环，实现扫查过程中的自耦合。

检测装置的扫查器内置相控阵超声探头及步进电机，步进电机/相控阵超声探头分别通过数据线与电源控制模块/超声采集卡连接，最终连接到工业计算机。工业计算机通过电源控制模块控制电机的旋转，从而控制相控阵超声探头的位置，同时通过超声采集卡控制超声信号的发射与接收，并采用内置算法实现超声信号与探头位置信息的拟合，从而实现定量检测。其扫查器包含壳体模块、扫查机构模块、超声发射/接收模块及固定模块，实现自动固定、自动耦合、自动扫查。检测方法包括工件表面处理、扫查器自固定和工件表面扫查等步骤，解决了现有相控阵检测结构复杂，成本较高，且难以实现复杂形状工件上的焊缝检测的问题，同时对工件内部缺陷进行高精度在线定量扫查并通过计算机拟合形成数值和图像反馈。

参见附图4所示，本发明的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测方法，包括如下步骤：

步骤1、工件表面处理：在超声波扫查之前，对工件表面进行除尘、除油、涂抹耦合剂处理，减少工件表面杂质对超声信号的干扰；

步骤2、将扫查器放置在工件表面，使延迟块覆盖待检查区域的焊缝，按下固定按钮，将扫查器固定在工件表面上；

步骤3、启动工件表面超声扫查，采集工件内部的超声信号，同时识别缺陷信息。

3.1 启动系统，选择工件参数；

3.2自动加载相控阵超声探头参数、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，将相控阵超声波探头移至起始扫描点。

3.3在每个步进扫描节点，相控阵超声波探头保持静止，同时产生方波激励信号。在激励信号的作用下，相控阵超声波探头内部多个阵元晶片同时产生高频振动，激发出脉冲超声波。在所有阵元都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，完成一次多点A扫描检测。

3.4电机输出轴转动一个角度θ，相控阵超声波探头移动至下一个扫描位置，进行同样的多点A扫描检测，直至扫查完成。

3.5 数据模块对每个阵元的A回波信号进行去噪处理，提取能够反应焊点熔合状态的特征量，并与各个A回波信号对应的阵元位置拟合，即可构成二维矩阵，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。

3.6 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，进而完成焊缝质量的无损检测。

实施例1：

一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，包括工业计算机1、电源控制模块2、相控阵超声采集卡3和扫查器4，所述工业计算机1内置数据采集卡，是信号处理、信号显示及人机交互的端口，通过数据线分别与相控阵超声采集卡3和电源控制模块2相连；电源控制模块2和相控阵超声采集卡3分别与扫查器4相连，对扫查器4内部的相控阵超声探头发射和接收的信号进行数据采集和传输，电源控制模块2对扫查器4内部的步进电机进行驱动和起停控制，扫查器4内置相控阵超声探头415及步进电机405，是超声信号的发射/接收/扫查的执行装置。

所述的所述扫查器4包含壳体模块、扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块，其中壳体模块是扫查器各零件连接和固定的基础，扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块分别置于壳体模块内；扫查机构模块内置步进电机驱动超声发射/接收模块实现扫查运动，并保障运动过程的平稳性；超声发射/接收模块连接在扫查机构模块上，使超声探头在工件表面进行扫查，在扫查器内部发射/接收超声波信号，并保障耦合均匀顺畅，提高检测精度；固定模块布置在扫查器的两侧，将扫查器固定在工件上，实现完全贴合的自动扫查。

所述的壳体模块是：上壳体401与中壳体402通过螺钉连接在一起，中壳体402与下壳体403通过螺钉连接在一起；上壳体401上布置有线束导向座、按钮开关安装孔和线缆接头安装孔，中壳体402上有导轨固定座、步进电机支架固定座、同步带轮固定座和固定环，是机构连接和固定的基础，下壳体上有延迟块镶嵌槽和固定环。

所述的扫查机构模块是：步进电机405通过螺钉固定在步进电机支架404上，并与步进电机支架一同装配到中壳体402上，同步带轮A406-1通过顶丝固定到步进电机405输出轴上，并随着输出轴旋转进行相应旋转运动；同步带轮B406-2通过顶丝固定到支撑轴408上，支撑轴408两端分别与支撑轴承409连接在一起，轴承压块410固定在支撑轴承409外圈上，并通过螺钉与中壳体402连接在一起；当同步带轮406旋转时，支撑轴承外圈、轴承压块410静止，支撑轴408、支撑轴承409内圈、同步带轮B406-2一同做旋转运动；同步带407为齿形同步带，环绕在同步带轮A406-1和同步带轮B406-2上；探头夹持机构412放置在同步带407下方，齿形同步带压块411下表面为齿形结构，放置在同步带407上方并与同步带407啮合，齿形同步带压块411与探头夹持机构412通过螺钉连接在一起，将同步带407挤压固定在二者之间；滑块413通过螺钉固定到探头夹持机构412上，并在滑轨414上进行往复运动，保障机构的平稳运动。

所述的超声发射/接收模块是：相控阵超声探头415为多个超声波阵元排列而成的线阵式超声探头，相控阵超声探头415装配在探头夹持机构412上；探头夹持机构412侧板内部、相控阵超声探头415外部粘接多孔海绵416，在多孔海绵416中存储耦合剂；延迟块417通过下壳体403与中壳体402螺钉连接，固定在相控阵超声探头415下方，并与相控阵超声探头415保持微小间隙，使相控阵探头415可以在延迟块417上方扫查运动；线束支架418为相控阵超声探头415线束和步进电机405线束的支架，其作用在于对线束的固定和导向，避免扫查过程中线束对扫查机构模块的干扰。

所述的固定模块是：固定按钮419从中壳体402固定环的上方从上往下安装，固定导杆420从下壳体403固定环的下方从下往上安装，固定按钮419与固定导杆420通过螺纹连接在一起，固定按钮420下方粘接固定皮碗421，固定皮碗421下表面与延迟块417下表面在同一平面上。

所述的工业计算机1为强固型便携机，完成检测数据信息的分析处理和检测结果的输出，并作为人机交互界面，进行检测相关工艺参数的选择和调整。

所述的相控阵超声采集卡3是由集成在一块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 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机1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。

所述的数据采集卡集成于工业计算机内部，为USB多通道数据采集卡，其输入端通过数据线与电源控制模块2相连，输出端通过USB连接线与工业计算机1主板相连；其作用在于读取电源控制模块输出的信号，并反馈至工业计算机，计算电机的旋转角度，从而计算探头所处的位置。

实施例2：

一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测方法，以客车车身上常用的激光焊工件检测为例，具体实施步骤如下：

1、工件表面处理：在超声波扫查之前，对工件表面进行除尘、除油、涂抹耦合剂处理，减少工件表面杂质对超声信号的干扰；

2、将扫查器放置在工件表面，使延迟块覆盖待检查区域的焊缝，按下固定按钮，将扫查器固定在工件表面上；本工件为不锈钢板激光焊缝搭接接头，两侧母材板厚为0.6mm+3mm，其焊缝尺寸为60mm*0.8mm，扫查器扫查范围为：40mm*3mm，扫查次数为2次；

3、启动工件表面超声扫查，采集工件内部的超声信号，同时识别缺陷信息。

3.1 启动系统，选择工件参数，选择母材板厚为0.6mm+3mm；

3.2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，将相控阵超声波探头移至起始扫描点。

3.3在每个步进扫描节点，相控阵超声波探头保持静止，同时产生方波激励信号。在激励信号的作用下，相控阵超声波探头内部多个阵元晶片同时产生高频振动，激发出脉冲超声波。在所有阵元都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，完成一次多点A扫描检测。

3.4电机输出轴转动一个角度θ，相控阵超声波探头移动至下一个扫描位置，进行同样的多点A扫描检测，直至扫查完成，本次扫查中，设定电机每次输出1个步距角，即为1°，则相应的相控阵探头移动距离为0.25mm。

3.5 数据模块对每个阵元的A回波信号进行去噪处理，提取能够反应焊点熔合状态的特征量，并与各个A回波信号对应的阵元位置拟合，即可构成二维矩阵，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。

3.6 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，进而完成焊缝质量的无损检测。

参见图5所示，为客车车身激光焊缝的超声C扫描检测结果图。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：包括工业计算机（1）、电源控制模块（2）、相控阵超声采集卡（3）和扫查器（4），所述工业计算机（1）内置数据采集卡，并通过数据线分别与相控阵超声采集卡（3）和电源控制模块（2）相连；电源控制模块（2）和相控阵超声采集卡（3）分别与扫查器（4）相连，对扫查器（4）内部的相控阵超声探头发射和接收的信号进行数据采集和传输，电源控制模块（2）对扫查器（4）内部的步进电机进行驱动和起停控制，扫查器（4）内置相控阵超声探头（415）及步进电机（405），是超声信号的发射/接收/扫查的执行装置。

2.根据权利要求1所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的所述扫查器（4）包含壳体模块、扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块，其中扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块分别置于壳体模块内；扫查机构模块内置步进电机驱动超声发射/接收模块实现扫查运动；超声发射/接收模块连接在扫查机构模块上，固定模块布置在扫查器的两侧，将扫查器固定在工件上，实现完全贴合的自动扫查。

3.根据权利要求2所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的壳体模块是：上壳体（401）与中壳体（402）通过螺钉连接在一起，中壳体（402）与下壳体（403）通过螺钉连接在一起；上壳体（401）上布置有线束导向座、按钮开关安装孔和线缆接头安装孔，中壳体（402）上有导轨固定座、步进电机支架固定座、同步带轮固定座和固定环，下壳体上有延迟块镶嵌槽和固定环。

4.根据权利要求2所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的扫查机构模块是：步进电机（405）通过螺钉固定在步进电机支架（404）上，并与步进电机支架一同装配到中壳体（402）上，同步带轮A（406-1）通过顶丝固定到步进电机（405）输出轴上，并随着输出轴旋转进行相应旋转运动；同步带轮B（406-2）通过顶丝固定到支撑轴（408）上，支撑轴（408）两端分别与支撑轴承（409）连接在一起，轴承压块（410）固定在支撑轴承（409）外圈上，并通过螺钉与中壳体（402）连接在一起；当同步带轮（406）旋转时，支撑轴承外圈、轴承压块（410）静止，支撑轴（408）、支撑轴承（409）内圈、同步带轮B（406-2）一同做旋转运动；同步带（407）为齿形同步带，环绕在同步带轮A（406-1）和同步带轮B（406-2）上；探头夹持机构（412）放置在同步带（407）下方，齿形同步带压块（411）下表面为齿形结构，放置在同步带（407）上方并与同步带（407）啮合，齿形同步带压块（411）与探头夹持机构（412）通过螺钉连接在一起，将同步带（407）挤压固定在二者之间；滑块（413）通过螺钉固定到探头夹持机构（412）上，并在滑轨（414）上进行往复运动，保障机构的平稳运动。

5.根据权利要求2所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的超声发射/接收模块是：相控阵超声探头（415）为多个超声波阵元排列而成的线阵式超声探头，相控阵超声探头（415）装配在探头夹持机构（412）上；探头夹持机构（412）侧板内部、相控阵超声探头（415）外部粘接多孔海绵（416），在多孔海绵（416）中存储耦合剂；延迟块（417）通过下壳体（403）与中壳体（402）螺钉连接，固定在相控阵超声探头（415）下方，并与相控阵超声探头（415）保持间隙，使相控阵探头（415）可以在延迟块（417）上方扫查运动；线束支架（418）为相控阵超声探头（415）线束和步进电机（405）线束的支架。

6.根据权利要求2所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的固定模块是：固定按钮（419）从中壳体（402）固定环的上方从上往下安装，固定导杆（420）从下壳体（403）固定环的下方从下往上安装，固定按钮（419）与固定导杆（420）通过螺纹连接在一起，固定按钮（420）下方粘接固定皮碗（421），固定皮碗（421）下表面与延迟块（417）下表面在同一平面上。

7.根据权利要求1所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的工业计算机（1）为强固型便携机，完成检测数据信息的分析处理和检测结果的输出，并作为人机交互界面，进行检测参数的选择和调整。

8.根据权利要求1所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的相控阵超声采集卡（3）是由集成在一块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 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机（1）连接，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。

9.根据权利要求1所述的便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，其特征在于：所述的数据采集卡集成于工业计算机内部，为USB多通道数据采集卡，其输入端通过数据线与电源控制模块（2）相连，输出端通过USB连接线与工业计算机（1）主板相连。

10.一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、工件表面处理：在超声波扫查之前，对工件表面进行除尘、除油、涂抹耦合剂处理，减少工件表面杂质对超声信号的干扰；

步骤2、将扫查器放置在工件表面，使延迟块覆盖待检查区域的焊缝，按下固定按钮，将扫查器固定在工件表面上；

步骤3、启动工件表面超声扫查，采集工件内部的超声信号，同时识别缺陷信息；

3.1 启动系统，选择工件参数；

3.2自动加载相控阵超声探头参数、扫描参数、信号预处理参数，在接收到开始检测指令后，将相控阵超声探头移至起始扫描点；

3.3在每个步进扫描节点，相控阵超声探头保持静止，同时产生方波激励信号；在激励信号的作用下，相控阵超声探头内部多个阵元晶片同时产生高频振动，激发出脉冲超声波；在所有阵元都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，完成一次多点A扫描检测；

3.4电机输出轴转动一个角度θ，相控阵超声探头移动至下一个扫描位置，进行同样的多点A扫描检测，直至扫查完成；

3.5 数据模块对每个阵元的A回波信号进行去噪处理，提取能够反应焊点熔合状态的特征量，并与各个A回波信号对应的阵元位置拟合，即可构成二维矩阵，然后将其转化为该扫描区域的C扫描图像；

3.6 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，进而完成焊缝质量的无损检测。