CN107328856A - 基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，包括相控阵探头和信号采集处理模块，相控阵探头由多个复合晶片组成，相控阵探头通过耦合剂放置于被检测件表面，被检测件上设有第一焊接层底面和熔合区底面，信号采集处理模块包括信号发生器、放大单元、模数转换单元、数据处理单元、全聚焦合成孔径算法单元以及计算单元；相控阵探头发出的超声波穿过被检测表面并进入物体内部，会在检测表面、第一焊接层底面、熔合区底面等产生反射回波信号并再次被相控阵探头接收，回波信号经过放大单元和模数转换模块处理后进入数据处理单元，利用全聚焦合成孔径算法可以将回波信号叠加成像，本发明结构原理简单，能够实现对点焊缺陷的在线检测。

Description

基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪及检测方法

技术领域

本发明涉及超声工业无损检测技术领域，具体为基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪。

背景技术

电阻焊是金属板材焊接中最常用的一种焊接方式，具备加热时间短，热量集中，热影响区小，变形与应力小，焊后不必安排校正和热处理工序；不需要任何耗材，焊接成本低；操作简单，易于实现机械化和自动化，改善劳动条件；生产率高，且无噪声及有害气体，在大批量生产中，可以和其他制造工序一起编到组装线上等诸多优点。因此电阻焊在金属板材焊接中是一种无可替代的主要焊接方式，其焊接质量直接影响焊接结构的安全性。

金属板材的焊接质量是由焊点的熔核大小决定的。由于焊接的熔核面积较小，若焊接工艺控制不良，就容易造成虚焊无熔核、过烧、烧穿、咬边、凹陷、裂纹(冷裂纹、热裂纹和再热裂纹)等缺陷，容易导致焊接外观不良和接合强度降低，以至于带来撕裂等问题。

因此在金属板材焊接完成后都需要对其进行质量检测，传统的质量检测无法对焊接做出直接的质量判断，通常是采用抽检的方法进行破坏性的力学试验，试验合格的同时，对工件也造成了不可恢复的破坏。而且随着电阻焊工艺的大量应用，为了保证焊接的质量寻找一种可靠、高效的无损的解决方案，对保障点焊的焊接质量越来越紧迫和重要。

发明内容

本发明的目的在于提供基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，采用超声波无损检测手段，通过相控阵探头配合全聚焦合成孔径成像算法，完成对电焊部位包括缺陷部位的三维成像，可以实现电阻焊焊点的在线检测，具有检测精确度高，定位准确的优势。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪,包括相控阵探头及数据处理显示装置，所述相控阵探头内设置有多阵元阵列复合晶片换能器，所述数据处理显示装置包括信号发生器，多个放大电路和AD转换电路，数据处理合成单元，三维成像模块及显示模块，其中：

信号发生器连接相控阵探头将发射波信号送入激发复合晶片换能器发射超声波对待测工件进行体积扫描；

复合晶片换能器接受的多组回波信号分别送入多个放大电路进行并列放大，在分别送入AD转换电路并列转换；

所述数据处理合成单元将多个转换的回波信号进行全聚焦叠加计算获得三维成像，并得出熔合区尺寸；

所述三维成像模块用于对获得的三维成像进行中间层和底层的彩色处理，根据不同层或不同区域反馈的回波信号差异赋予不同的颜色，将待测工件的焊接面底层、熔合区及缺陷部位通过不同颜色或颜色对应的形状进行区别，完成对缺陷部位的识别；

所述显示模块用于显示三维成像，同时显示缺陷部位。

作为优选，所述相控阵探头前端还安装有延迟块，且该延迟块为可拆卸安装。

作为优选，所述数据处理显示装置内还包括存储单元连接数据处理合成单元，该存储单元内预存有熔合区尺寸，熔核尺寸及熔核剪切强度关系数据库，数据处理合成单元根据熔合区尺寸对比数据库获取熔核尺寸及熔核剪切强度。

基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在待测工件的测试区域表面涂覆耦合剂，将检测仪的相控阵探头放置于测试区域表面，启动信号发生器送入激励信号；

b、相控阵探头内部的复合晶片换能器产生超声波信号对待测工件进行超声波体积扫描，该超声波信号在待测工件表面，第一金属层底面以及熔合区底面都会产生反射的回波信号；

c、复合晶片换能器接受回波信号，送入分组的放大电路和AD转换电路中进行数据并行处理，处理后的数据通过全聚焦合成算法对回波信号进行叠加成像，形成三维成像，同时获得熔合区尺寸；

d、根据获取的熔合区尺寸调取数据库内预存的数据获得熔核尺寸；

e、将三维成像进行中间层和底层的彩色处理，将金属层底面、熔合区以及缺陷部位通过不同颜色区分开来，从而实现对缺陷部位的识别；

f、通过显示模块对三维成像，缺陷部位进行显示，同时显示熔核尺寸，使用者根据显示的内容对待测工件焊点的质量进行直观评判。

本发明所揭示的基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，采用多阵元阵列复合晶片换能器，在信号发生器送入激励信号后形成一个没有分散的平面超声波，对待测工件的焊接区进行体积扫描，然后复合晶片换能器再对接受到的信号进行并列信号处理实现动态聚焦的检测方法，这种方法不仅辐射孔径大，而且可以避开异常信号的接收，适用于深度检测，同时对所有的回波数据进行成像处理，有效提高检测结果的纵向分辨率；

对于回波信号采用全波信号进行叠加成像，可以实现检测部位的三维成像，在深度方向将多层C扫结果叠加成像，不仅可以实时显示某一深度坐标的C扫图像，还可以显示某一深度坐标的A扫波形和全局B扫图像，同时由于虚焊部位回波信号比较微弱，采用全波信号叠加成像的话，虚焊部位的回波信号也会被叠加，因此虚焊部位也会在检测结果中以图像方式呈现出来；此外针对不同层或不同区域反馈的回波信号差异赋予不同的颜色，将待测工件的焊接面底层、熔合区及缺陷部位通过不同颜色或颜色对应的形状进行区别，完成对缺陷部位的识别；

对于所有晶片接受的回波信号(信号时间，信号强度均不同)进过多组并行的电路(放大电路和AD转换电路)进行信号处理，然后再采用全聚焦算法对每一组电路的信号进行并列计算处理，可以快速实现高分辨率的在线三维扫描成像。

此外存储器中还预存有熔合区尺寸，熔核尺寸及熔核剪切强度关系数据库，前期通过大量实验数据获得这些参数关系生成数据库存入检测仪，在获得熔合区尺寸后可以通过这个数据库直接获得熔核尺寸以及熔核剪切强度，在金属片电阻焊中，熔合区大小只能说明两个金属片的粘合区域，而熔核尺寸才是这两个金属片电焊的核心部大小，是质量保障的关键，因此获得熔核尺寸才能确保焊接质量。

与现有技术相比，本发明所揭示的基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，具有如下有益效果：

a)缺陷定位更加精准：通过B/C扫结合的三维显示方式，可以将缺陷位置更加直观清晰的显示，大大降低对操作者的技术要求。

b)技术先进：采用多阵元阵列复合晶片换能器，基于合成孔径技术大大提高了图像的横纵向分辨率；

c)功能更强：检测结果可以直接比对焊点数据库，通过检测获得的熔合区尺寸可以直接推导出熔核尺寸及剪切强度。

d)此方案装置简单，实用性强，检测效率高，同时具备在线检测功能。

附图说明

图1为本发明工作原理总体框图；

图2为本发明焊点位置结构示意图；

图3为本发明的全聚焦合成孔径算法原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明所揭示的基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，包括数据处理显示装置，以及与其连接的相控阵探头1，其中：

所述相控阵探头1内设置有多阵元阵列复合晶片换能器2，在接受到外部激励信号后产生没有分散的平面超声波信号，对待测工件的焊点进行体积扫描，并接收回波信号，同时所述相控阵探头1前端还可拆卸的安装有延迟块，针对粗糙表面的检测环境，采用柔性延迟块可以提高探头的使用和寿命。

所述数据处理显示装置包括信号发生器3，多个放大电路4和AD转换电路5，数据处理合成单元6，存储单元7，三维成像模块8及显示模块9，其中：信号发生器连接相控阵探头将发射脉冲信号送入激发复合晶片换能器发射超声波对待测工件进行体积扫描；多个放大电路对复合晶片换能器反馈的多个回拨信号进行并列放大处理，然后送入AD转换电路进行AD转换；所述数据处理合成单元将多个转换的回波信号进行全聚焦叠加计算获得三维成像，并得出熔合区尺寸；所述存储单元内预存有熔合区尺寸，熔核尺寸及熔核剪切强度关系数据库，数据处理合成单元根据熔合区尺寸对比数据库获取熔核尺寸及熔核剪切强度；所述三维成像模块用于对获得的三维成像进行中间层和底层的彩色处理，根据不同层或不同区域反馈的回波信号差异赋予不同的颜色，将待测工件的焊接面底层、熔合区及缺陷部位通过不同颜色或颜色对应的形状进行区别，完成对缺陷部位的识别；所述显示模块用于显示成像的三维图，同时显示缺陷部位。

本发明中检测仪检测的工件结构参见图2所示，其包括相互点焊焊接的第一金属层11和第二金属层12，其点焊熔合区为13，而熔核为14。

具体本发明的检测方法步骤为：

a、在待测工件的测试区域表面涂覆耦合剂，将检测仪的相控阵探头放置于测试区域表面，启动信号发生器送入激励信号；

b、相控阵探头内部的复合晶片换能器产生超声波信号对待测工件进行超声波体积扫描，该超声波信号在待测工件表面，第一金属层底面以及熔合区底面都会产生反射的回波信号；

c、复合晶片换能器接受回波信号，送入分组的放大电路和AD转换电路中进行数据并行处理，处理后的数据通过全聚焦合成算法对回波信号进行叠加成像，形成三维成像，同时获得熔合区尺寸；

d、根据获取的熔合区尺寸调取数据库内预存的数据获得熔核尺寸；

e、将三维成像进行中间层和底层的彩色处理，将金属层底面、熔合区以及缺陷部位通过不同颜色区分开来，从而实现对缺陷部位的识别；

f、通过显示模块对三维成像，缺陷部位进行显示，同时显示熔核尺寸，使用者根据显示的内容对待测工件焊点的质量进行直观评判。

本发明所揭示的检测仪，其实际检测使用过程为：在待测工件测试区表面涂覆耦合剂15，并将相控阵探头放置于该测试区域，信号发生器发送激励信号波形给相控阵探头，复合晶片换能器产生超声波，超声波穿过待测工件表面进入内部，在待测工件表面，第一金属层底面，熔合区底面等产生反射的回波信号，回波信号被复合晶片换能器接收，分组送入放大电路和AD转换电路进行信号处理，处理后的信号送入数据处理合成单元利用全聚焦合成孔径算法对回波信号进行叠加成像，形成三维成像通过显示模块进行显示，同时还获得熔合区尺寸，通过数据库比对获得熔核尺寸，此外获得的三维成像通过中间层数据处理模块以及底层数据处理模块进行彩色处理，根据不同层或不同区域反馈的回波信号差异赋予不同的颜色，将待测工件的焊接面底层、熔合区及缺陷部位通过不同颜色或颜色对应的形状进行区别，完成对缺陷部位的识别，最终通过显示模块进行缺陷部位显示。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪,包括相控阵探头及数据处理显示装置，其特征在于：所述相控阵探头内设置有多阵元阵列复合晶片换能器，所述数据处理显示装置包括信号发生器，多个放大电路和AD转换电路，数据处理合成单元，三维成像模块及显示模块，其中：

信号发生器连接相控阵探头将发射波信号送入激发复合晶片换能器发射超声波对待测工件进行体积扫描；

复合晶片换能器接受的多组回波信号分别送入多个放大电路进行并列放大，在分别送入AD转换电路并列转换；

所述数据处理合成单元将多个转换的回波信号进行全聚焦叠加计算获得三维成像，并得出熔合区尺寸；

所述三维成像模块用于对获得的三维成像进行中间层和底层的彩色处理，根据不同层或不同区域反馈的回波信号差异赋予不同的颜色，将待测工件的焊接面底层、熔合区及缺陷部位通过不同颜色或颜色对应的形状进行区别，完成对缺陷部位的识别；

所述显示模块用于显示三维成像，同时显示缺陷部位。

2.根据权利要求1所述的基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，其特征在于：所述相控阵探头前端还安装有延迟块，且该延迟块为可拆卸安装。

3.根据权利要求1所述的基于全聚焦合成孔径技术的电阻焊焊点检测仪，其特征在于：所述数据处理显示装置内还包括存储单元连接数据处理合成单元，该存储单元内预存有熔合区尺寸，熔核尺寸及熔核剪切强度关系数据库，数据处理合成单元根据熔合区尺寸对比数据库获取熔核尺寸及熔核剪切强度。

4.基于权利要求1中检测仪所实现的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在待测工件的测试区域表面涂覆耦合剂，将检测仪的相控阵探头放置于测试区域表面，启动信号发生器送入激励信号；

b、相控阵探头内部的复合晶片换能器产生超声波信号对待测工件进行超声波体积扫描，该超声波信号在待测工件表面，第一金属层底面以及熔合区底面都会产生反射的回波信号；

c、复合晶片换能器接受回波信号，送入分组的放大电路和AD转换电路中进行数据并行处理，处理后的数据通过全聚焦合成算法对回波信号进行叠加成像，形成三维成像，同时获得熔合区尺寸；

d、根据获取的熔合区尺寸调取数据库内预存的数据获得熔核尺寸；

e、将三维成像进行中间层和底层的彩色处理，将金属层底面、熔合区以及缺陷部位通过不同颜色区分开来，从而实现对缺陷部位的识别；

f、通过显示模块对三维成像，缺陷部位进行显示，同时显示熔核尺寸，使用者根据显示的内容对待测工件焊点的质量进行直观评判。