CN108333255A - 一种激光焊缝自动化超声波检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆焊接技术领域，公开了一种激光焊缝自动化超声波检测装置及检测方法，该装置包括控制单元、超声激励和接收单元和均与所述超声激励和接收单元连接的单发单收探头、编码器和信号处理单元；所述单发单收探头包括探头本体和设于所述探头本体内的发射晶片和接收晶片；所述控制单元与所述超声激励和接收单元以及所述编码器连接；所述编码器设于执行机构内/外，且所述执行机构与所述单发单收探头连接；所述信号处理单元处理后的信号进行超声波B扫描成像。本发明能够实现激光焊缝的快速检测和评价。

Description

一种激光焊缝自动化超声波检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及轨道车辆焊接技术领域，特别是涉及一种激光焊缝自动化超声波检测装置及检测方法。

背景技术

不锈钢激光焊接技术，在城轨地铁项目开始大量应用，其焊缝的特点是焊缝熔合区特别细窄，并且采用半熔透的方式，在整个焊接过程中由于焊接参数异常波动、工件装配等因素很容易造成虚焊、未熔合、熔宽太窄或熔深太浅等缺陷，严重影响焊缝的质量，可能造成重大的经济损失和安全事故。

薄板搭接窄焊缝的无损检测方法，目前多数采用超声波C扫描的检测技术，且一般需要采用高频水浸聚焦的探头，该方法检测效率较低，且现场应用不方便；常规超声的检测方法，并不适应于半熔合搭接激光焊缝的检测，且一发一收的模式，对于更小缺陷的检测存在困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题之一为如何实现激光焊缝的快速检测和评价。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光焊缝自动化超声波检测装置，其包括控制单元、超声激励和接收单元和均与所述超声激励和接收单元连接的单发单收探头、编码器和信号处理单元；

所述单发单收探头包括探头本体和设于所述探头本体内的发射晶片和接收晶片；

所述控制单元与所述超声激励和接收单元以及所述编码器连接；

所述编码器设于执行机构内/外，且所述执行机构与所述单发单收探头连接；

所述信号处理单元处理后的信号进行超声波B扫描成像。

本发明的实施例中，所述超声激励和接收单元内置有用于采集焊缝的超声波A扫描的回波幅值的闸门，采集后的超声波A扫描的回波幅值信号上传至所述信号处理单元。

本发明的实施例中，所述信号处理单元处理后，所述焊缝的超声波A扫描的回波幅值信号进行超声波B扫描成像显示，以显示焊缝长度方向上的熔合情况图像。

本发明的实施例中，所述执行机构为驱动电机，所述驱动电机与所述单发单收探头连接，通过所述编码器发出信号驱动所述驱动电机带动所述单发单收探头沿焊缝的长度方向移动。

本发明的实施例中，所述执行机构为多轴机械手，所述多轴机械手设有至少一个夹持通道，所述单发单收探头对应设于所述夹持通道中，通过所述编码器发出信号驱动所述多轴机械手带动所述单发单收探头沿焊缝的长度方向移动。

本发明的实施例中，所述多轴机械手设于运动轨道上，具有待测焊缝的工件设于AGV上料及检测工作台上。

本发明还提供一种利用上述所述的激光焊缝自动化超声波检测装置的检测方法，用于检测上层板和下层板之间焊接后的焊缝熔合情况，具体包括：

将单发单收探头置于上层板或下层板外侧，通过超声激励和接收单元激励单发单收探头产生超声导波，并由执行机构根据编码器发出的信号带动单发单收探头沿焊缝的长度方向移动，若上层板、下层板熔合情况较差或没有熔合，则超声导波仅会在上层板或下层板中传播，当传播至上层板或下层板的端头时会产生端头回波，无焊缝反射回波；

若上层板、下层板熔合情况较好，则超声导波在传播至焊缝处时，首先会有焊缝反射回波，通过采集焊缝反射回波信号，并处理后进行超声波B扫描成像显示，判断焊缝熔合情况是否良好。

本发明的实施例中，若有焊缝反射回波，则先采集焊缝反射回波的超声波A扫描的回波幅值信号；

焊缝反射回波的超声波A扫描的回波幅值信号经过处理之后，进行超声波B扫描成像显示，以直观显示焊缝长度方向上的熔合情况的图像。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的一种激光焊缝自动化超声波检测装置及检测方法，利用超声激励和接收单元激励单发单收探头在薄板中产生超声导波，通过超声导波在板中传播过程中，遇见焊缝和未熔合区的反射波高不同，实现对激光焊缝未熔合缺陷的快速检测；并通过对焊缝信号进行B扫描成像显示，可以显示焊缝长度方向上的熔合情况图像，由此可以直观地评价焊缝的焊接质量。

采用单发单收探头的激励模式，其采用的晶片尺寸较小，其检测精度较一发一收探头的激励模式高，且其能够消除一发一收探头检测时因上、下层板压力产生的误判，降低漏检率。

附图说明

图1为本发明一种激光焊缝自动化超声波检测装置的原理示意图；

图2(a)、(b)分别为焊缝未熔合的示意图及波形图；

图3(a)、(b)分别为焊缝熔合的示意图及波形图；

图4为超声波A扫描的回波幅值信号显示示意图；

图5为超声波B扫描成像显示示意图；

图中：1：超声激励和接收单元；2：单发单收探头；3：编码器；4：信号处理单元；5：焊缝；6：上层板；7：下层板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。

本发明实施例提供了一种激光焊缝自动化超声波检测装置，如图1所示，其包括控制单元、超声激励和接收单元1和均与所述超声激励和接收单元1连接的单发单收探头2、编码器3和信号处理单元4；

所述单发单收探头2包括探头本体和设于所述探头本体内的发射晶片和接收晶片，所述发射晶片与所述超声激励和接收单元1的超声波发射端口连接，所述接收晶片与所述超声激励和接收单元1的超声波接收端口连接，由发射晶片发出超声导波，并将超声导波在板中传播后返回的信号由接收晶片接收；

所述控制单元与所述超声激励和接收单元1以及所述编码器3连接，所述编码器3设于执行机构内/外，且所述执行机构与所述单发单收探头2连接，通过控制单元发出信号给超声激励和接收单元1，超声激励和接收单元1激励单发单收探头2在薄板中产生超声导波，超声导波在薄板中传播，同时激发编码器3以驱动执行机构带动单发单收探头2沿焊缝5长度方向扫查；

所述信号处理单元4处理后的信号进行超声波B扫描成像，以直观的显示焊缝5熔合情况。

采用单发单收探头2的激励模式，其采用的晶片尺寸较小，其检测精度较一发一收探头的激励模式高，且其能够消除一发一收探头检测时因上、下层板压力产生的误判，降低漏检率。

本发明的实施例中，所述超声激励和接收单元1内置有用于采集焊缝5的超声波A扫描的回波幅值的闸门，采集后的超声波A扫描的回波幅值信号上传至所述信号处理单元4，可以实现对焊缝5的扫查。

本发明的实施例中，所述信号处理单元4处理后，所述焊缝5的超声波A扫描的回波幅值信号进行超声波B扫描成像显示，以显示焊缝5长度方向上的熔合情况图像，由此评价焊缝5的焊接质量。

本发明的实施例中，所述执行机构可以为驱动电机，所述驱动电机与所述单发单收探头2连接，通过所述编码器3发出信号驱动所述驱动电机带动所述单发单收探头2沿焊缝5的长度方向移动。

本发明的实施例中，所述执行机构还可以为多轴机械手，所述多轴机械手设有至少一个夹持通道，即一个或多个，所述单发单收探头2对应设于所述夹持通道中，优选设置多个夹持通道，并在每个夹持通道中设置一个单发单收探头2，实现对多条焊缝5的同时检测，以提升检测效率，通过所述编码器3发出信号驱动所述多轴机械手带动所述单发单收探头2沿焊缝5的长度方向移动。

本发明的实施例中，所述多轴机械手设于运动轨道上，多轴机械手沿运动轨道移动，具有待测焊缝5的工件设于AGV(Automated Guided Vehicle，自动导引运输车)上料及检测工作台上，用于承载由焊接台位焊接完毕的工件，并起到固定焊接工件和对焊缝5进行定位的作用，便于机械手识别焊缝5。本发明可通过手工挟持探头进行手工作业，也可通过多轴机械手夹持探头对整个焊缝5单元进行检测。

本发明还提供一种利用上述所述的激光焊缝自动化超声波检测装置的检测方法，用于检测上层板6和下层板7之间焊接后的焊缝5熔合情况，具体包括：

将单发单收探头2置于上层板6或下层板7外侧，通过超声激励和接收单元1激励单发单收探头2产生超声导波，并由执行机构根据编码器3发出的信号带动单发单收探头2沿焊缝5的长度方向移动，若上层板6、下层板7熔合情况较差或没有熔合，则超声导波仅会在上层板6或下层板7中传播，如图2所示，当传播至上层板6或下层板7的端头时会产生端头回波，无焊缝反射回波，图中箭头所指为超声波的传播路径；

如图3所示，若上层板6、下层板7熔合情况较好，则超声导波在传播至焊缝5处时，首先会有焊缝反射回波，同时透过焊缝5后的部分超声导波传播至上层板6、下层板7的端头产生端头回波，通过采集焊缝反射回波信号，并处理后进行超声波B扫描成像显示，判断焊缝5熔合情况是否良好。

本发明的实施例中，若有焊缝反射回波，则先采集焊缝反射回波的超声波A扫描的回波幅值信号，图4示出了超声波A扫描的回波幅值信号显示示意图；

焊缝反射回波的超声波A扫描的回波幅值信号经过处理之后，进行超声波B扫描成像显示，图5示出了超声波B扫描成像显示示意图，以直观显示焊缝5长度方向上的熔合情况的图像，由此评价焊缝5的焊接质量。

由以上实施例可以看出，本发明能够方便、快速地实现激光焊缝的快速检测和评价。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光焊缝自动化超声波检测装置，其特征在于，包括控制单元、超声激励和接收单元和均与所述超声激励和接收单元连接的单发单收探头、编码器和信号处理单元；

所述单发单收探头包括探头本体和设于所述探头本体内的发射晶片和接收晶片；

所述控制单元与所述超声激励和接收单元以及所述编码器连接；

所述编码器设于执行机构内/外，且所述执行机构与所述单发单收探头连接；

所述信号处理单元处理后的信号进行超声波B扫描成像。

2.根据权利要求1所述的激光焊缝自动化超声波检测装置，其特征在于，所述超声激励和接收单元内置有用于采集焊缝的超声波A扫描的回波幅值的闸门，采集后的超声波A扫描的回波幅值信号上传至所述信号处理单元。

3.根据权利要求2所述的激光焊缝自动化超声波检测装置，其特征在于，所述信号处理单元处理后，所述焊缝的超声波A扫描的回波幅值信号进行超声波B扫描成像显示，以显示焊缝长度方向上的熔合情况图像。

4.根据权利要求1所述的激光焊缝自动化超声波检测装置，其特征在于，所述执行机构为驱动电机，所述驱动电机与所述单发单收探头连接，通过所述编码器发出信号驱动所述驱动电机带动所述单发单收探头沿焊缝的长度方向移动。

5.根据权利要求1所述的激光焊缝自动化超声波检测装置，其特征在于，所述执行机构为多轴机械手，所述多轴机械手设有至少一个夹持通道，所述单发单收探头对应设于所述夹持通道中，通过所述编码器发出信号驱动所述多轴机械手带动所述单发单收探头沿焊缝的长度方向移动。

6.根据权利要求5所述的激光焊缝自动化超声波检测装置，其特征在于，所述多轴机械手设于运动轨道上，具有待测焊缝的工件设于AGV上料及检测工作台上。

7.一种利用如权利要求1-6任一项所述的激光焊缝自动化超声波检测装置的检测方法，用于检测上层板和下层板之间焊接后的焊缝熔合情况，其特征在于：

将单发单收探头置于上层板或下层板外侧，通过超声激励和接收单元激励单发单收探头产生超声导波，并由执行机构根据编码器发出的信号带动单发单收探头沿焊缝的长度方向移动，若上层板、下层板熔合情况较差或没有熔合，则超声导波仅会在上层板或下层板中传播，当传播至上层板或下层板的端头时会产生端头回波，无焊缝反射回波；

若上层板、下层板熔合情况较好，则超声导波在传播至焊缝处时，首先会有焊缝反射回波，通过采集焊缝反射回波信号，并处理后进行超声波B扫描成像显示，判断焊缝熔合情况是否良好。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，若有焊缝反射回波，则先采集焊缝反射回波的超声波A扫描的回波幅值信号；

焊缝反射回波的超声波A扫描的回波幅值信号经过处理之后，进行超声波B扫描成像显示，以直观显示焊缝长度方向上的熔合情况的图像。