CN107907596A - 超声旋转扫描成像装置和方法 - Google Patents

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齐天之
段晓敏
温欣
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Abstract

本发明公开了一种超声旋转扫描成像装置和方法，本装置仅用一个电机实现了旋转运动和直线运动相结合扫查方式，具体通过特殊的蜗轮蜗杆和齿轮组结构保证旋转运动和水平平移的高度匹配。工作状态下：所述伺服电机工作通过同步齿形传动带带动旋转轴、蜗轮蜗杆旋转运动，所述蜗轮蜗杆旋转运动带动丝杠转动，进而使旋转轴与直线导轨沿导轨方向发生相对运动，由上所述旋转轴在旋转的同时做直线运动。并在高速旋转直线运动时，实现超声信号同步触发和采集，确保数据点和采集位置的准确对应，便于超声扫描成像，该装置可用于搭接结构点焊、激光焊成像检测。

Description

超声旋转扫描成像装置和方法
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种超声旋转扫描成像装置和方法。
背景技术
焊缝是焊接结构中最薄弱的部位，在焊接完成后容易存在气孔、裂纹、根部未融合等缺陷，而且焊接结构失效大多由焊缝发生，因此为确保焊接结构的质量，焊接后都需要对焊缝进行探伤。动车车体侧壁大多使用激光焊技术进行搭接，激光焊是一种新型的焊接工艺，具有线能量集中，熔深大，焊缝深宽比高等诸多优势，现在已经逐渐应用于生产中。针对激光焊技术工程化应用对焊缝缺陷检测新要求，超声自动化检测搭接结构激光焊缝具有至关重要的作用。
目前，传统超声C扫描检测的扫查路径一般采用蛇形直线扫查，由于扫描轴往复运动时需要不断启动停止，采用传统蛇型直线扫描检测窄熔宽长焊缝结构时，检测效率低、耗时多。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种超声旋转扫描成像装置和方法，采用旋转扫描成像技术来实现车体窄熔宽长直激光焊缝的快速在线检测问题。
一种超声旋转扫描成像装置，具体方案为：包括伺服电机和与超声换能器配合工作的旋转轴，所述旋转轴的一端连接有导电滑环，所述伺服电机与同步齿形传动带相连接，所述同步齿形传动带与所述旋转轴相啮合连接，所述同步齿形传动带上连接有蜗轮蜗杆，所述蜗轮蜗杆与丝杠连接，该装置还包括直线导轨，所述直线导轨与丝杠连接，工作状态下：所述伺服电机工作通过同步齿形传动带带动旋转轴、蜗轮蜗杆旋转运动，所述蜗轮蜗杆旋转运动带动丝杠转动，进而使旋转轴与直线导轨沿导轨方向发生相对运动，由上所述旋转轴在旋转的同时做直线运动。
所述伺服电机上安装有编码器。
一种超声旋转扫描成像装置的采集成像方法，包括以下步骤：
S1：设定该装置的工作参数：伺服电机每转动一定角度、编码器激励超声换能器自发自收一个超声信号，并将该信号储存于上位机的采集卡中；
S2：编码器记录超声换能器发出脉冲时伺服电机的累计旋转角度，根据同步齿轮传送带和蜗轮蜗杆自带的固定传动比推导出旋转轴的实时位置；
S3：通过上位机分析处理：将采集卡的采集数据与旋转轴的实时位置一一对应，再利用图像插值技术，最终逐点生成超声换能器的扫描的区域、显示C扫描图像、反映出焊缝区域成型情况。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种超声旋转扫描成像装置和方法，本装置仅用一个电机实现了旋转运动和直线运动相结合扫查方式，具体通过特殊的蜗轮蜗杆和齿轮组结构保证旋转运动和水平平移的高度匹配。并在高速旋转直线运动时，实现超声信号同步触发和采集，确保数据点和采集位置的准确对应，便于超声扫描成像，该装置可用于搭接结构点焊、激光焊成像检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为装置旋转扫描与传统蛇形扫描的路径对比示意图。
图2为本发明装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图2所示的一种超声旋转扫描成像装置，包括伺服电机1和与超声换能器配合工作的旋转轴6，旋转轴6的一端连接有导电滑环2，所述伺服电机1与同步齿形传动带3相连接，同步齿形传动带3与旋转轴6相啮合连接，同步齿形传动带3上连接有蜗轮蜗杆4，蜗轮蜗杆4与丝杠7连接，该装置还包括直线导轨5，所述直线导轨5与丝杠7连接组成丝杠导轨结构，工作状态下：所述伺服电机1工作通过同步齿形传动带3带动旋转轴6、蜗轮蜗杆4旋转运动，蜗轮蜗杆4旋转运动带动丝杠7转动，进而使旋转轴6与直线导轨7沿导轨方向发生相对运动，由上所述旋转轴6在旋转的同时做直线运动。该装置通过特殊的蜗轮蜗杆4和同步齿形传动带3保证旋转运动和导轨方向平移的高度匹配，每旋转一周，沿直线导轨方向同步平移固定距离。实现了以焊缝中心为圆心的旋转运动和沿着焊缝方向的直线运动相匹配的快速扫描。实际使用过程中在旋转轴6上安装有超声换能器，采用导电滑环2避免超声换能器高速旋转时绕线问题，实现超声换能器信号稳定传输。该装置在工作过程中与上位机和数据采集卡数据通信。工作状态下将超声换能器安装在旋转轴6进行发出和接收超声信号。
进一步的，通过上位机的设定，伺服电机1每转动一定角度，编码器21激励超声换能器自发自收一个超声信号，并将该信号储存于上位机的采集卡中。
为了实现C扫描显示，需要将信号采集卡采集到的信号数据与旋转轴的实时位置信息一一对应。超声换能器的发射与接收依据编码器21信号来触发，编码器21记录超声换能器发出脉冲时伺服电机1的累计旋转角度。伺服电机1通过同步齿轮传送带3连接实现旋转轴6的旋转运动，通过与蜗轮蜗杆4连接实现旋转轴6的平移运动，同步齿轮传送带3与蜗轮蜗杆4均存在固定的传动比，以此推导出旋转轴6的即时位置。通过上位机分析处理，将采集信号数据与旋转轴6即时位置一一对应，并采用插值法将检测区域逐点显示，最后利用色谱技术，将回波的幅值用不同颜色来区分，生成C扫描图像，直观的反映出焊缝区域成型情况。
如图1所示，由于激光焊缝熔宽窄，且车体在线检测时焊缝往往很长，使用蛇形扫描方式，扫查轴往往垂直于焊缝长度方向，索引轴则是沿着焊缝长度方向，使用这样的扫查方式工作时，电机需要非常频繁的反复启停，扫描速度慢，效率低。针对这样的问题，本发明公开的装置的原理为利用一个交流的伺服电机1，通过同步齿形传动带3与蜗轮蜗杆4的啮合实现以焊缝中心为圆心的旋转运动和沿着焊缝方向的直线运动相结合的扫查方式，其中以焊缝中心为圆心每旋转360°，超声换能器沿着焊缝方向移动固定距离。
一种超声旋转扫描成像装置的采集成像方法，包括以下步骤：
S1：设定该装置的工作参数：伺服电机1每转动一定角度、编码器21激励超声换能器自发自收一个超声信号，并将该信号储存于上位机的采集卡中；
S2：编码器21记录超声换能器发出脉冲时伺服电机1的累计旋转角度，根据同步齿轮传送带3和蜗轮蜗杆4自带的固定传动比推导出旋转轴6的实时位置；
S3：将采集卡的采集数据与旋转轴(6)的实时位置一一对应，再利用图像插值技术，最终逐点生成超声换能器的扫描的区域、显示C扫描图像、反映出焊缝区域成型情况。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超声旋转扫描成像装置，其特征在于：包括伺服电机(1)和与超声换能器配合工作的旋转轴(6)，所述旋转轴(6)的一端连接有导电滑环(2)，所述伺服电机(1)与同步齿形传动带(3)相连接，所述同步齿形传动带(3)与所述旋转轴(6)相啮合连接，所述同步齿形传动带(3)上连接有蜗轮蜗杆(4)，所述蜗轮蜗杆(4)与丝杠(7)连接，该装置还包括直线导轨(5)，所述直线导轨(5)与丝杠(7)连接，工作状态下：所述伺服电机(1)工作通过同步齿形传动带(3)带动旋转轴(6)、蜗轮蜗杆(4)旋转运动，所述蜗轮蜗杆(4)旋转运动带动丝杠(7)转动，进而使旋转轴(6)与直线导轨(7)沿导轨方向发生相对运动，由上所述旋转轴(6)在旋转的同时做直线运动。
2.一种超声旋转扫描成像装置，其特征在于：所述伺服电机(1)上安装有编码器(21)。
3.一种如权利要求1所述的一种超声旋转扫描成像装置的采集成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：设定该装置的工作参数：伺服电机(1)每转动一定角度、编码器(21)激励超声换能器自发自收一个超声信号，并将该信号储存于上位机的采集卡中；
S2：编码器(21)记录超声换能器发出脉冲时伺服电机(1)的累计旋转角度，根据同步齿轮传送带(3)和蜗轮蜗杆(4)自带的固定传动比推导出旋转轴(6)的实时位置；
S3：通过上位机分析处理：将采集卡的采集数据与旋转轴(6)的实时位置一一对应，再利用图像插值技术，最终逐点生成超声换能器的扫描的区域、显示C扫描图像、反映出焊缝区域成型情况。
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