CN109283252A - 一种焊缝图像采集检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焊缝图像采集检测装置，通过对焊缝进行超声波束扫描，然后收集反射信号，并将其图像化显示出来，其步骤具体为：a.利用超声波束进行扫描，同时接收反射信号并根据接收到的反射信号将已扫描的截面图像化来检查焊缝的组织；b.强化来自焊缝组织的反射波；本发明的有益效果是，通过在与焊接件的与焊接方向垂直的截面扫描超声波束，并通过移动平均处理扫描得到的各接收信号中出现的基础噪声，将其从接收信号中减去后，对减去后信号的振幅进行放大，从而能够清晰地将焊缝的组织的形状图像化。

Description

一种焊缝图像采集检测装置

技术领域

本发明涉及焊接质量检测领域，具体涉及一种焊缝图像采集检测装置。

背景技术

目前作为检查焊缝品质的方法主要有如下几类：

(1)破坏检查，从待检查的物体上切取样本，对截面进行研磨后，用腐蚀液腐蚀而进行观察、测定，由于不能破坏产品本身，因此是通过抽样实验，没有进行针对每个产品的检查。

(2)间接测定，在对焊接件实际焊接时，计测焊接件焊缝的轮缘外侧表面温度分布，将该数据与焊缝的理论值进行比较，从而推算出焊缝的质量，但是理论与实际会存在偏差，导致将良品判定成次品、或相反地将次品判定成优良品。

(3)非破坏试验，采用超声波的焊接截面的图像化方法。一般来说焊缝与焊接件相比，其结晶组织更粗大。因此，通过超声波，一边接收反射波并对接收到的信号进行亮度转换而将其图像化，则能够将焊缝的组织与母材部分分之间的边界面的形状可视化，但是来自焊缝的组织的反射波是非常微弱的，常规条件下，难以得到清晰的图像。

在以往的技术中，为了使图像化得到的截面形状更清晰，在对亮度进行放大时，想要强化信号以外的信号也一同放大，因此很难得到清晰的图像。例如，存在这样的问题：为了更鲜明地看到形状，当对亮度进行放大来显示时，表面反射波或发送波的波尾及探头内部分的回声也一同被强化。并且，还存在这样的问题：由于会聚超声波束，因此容易受到焊缝的组织形状的影响，局部分地形状上出现“缺失区”。这里，“缺失区”是指在图像中不清晰的部分分。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供了一种焊缝图像采集检测装置。

实现上述目的本发明的技术方案为，一种焊缝图像采集检测装置，通过对焊缝进行超声波束扫描，然后收集反射信号，并将其图像化显示出来，其步骤具体为：

a.利用超声波束对焊接件的与焊接方向垂直的截面进行扫描，同时接收来自焊接件内部分的反射信号并根据接收到的反射信号将已扫描的截面图像化来检查焊缝的组织；

b.按预定的频率反复进行所述超声波束的收发，并且与超声波束的发送同步地对接收到的反射信号进行加法计算，由此强化来自焊缝组织的反射波；

c.在进行所述图像化时，通过对将所述接收到的反射信号离散值化而得到的信号波形Rb减去移动平均波形Ra，从而提取来自焊缝组织的反射信号，仅对提取出的所述反射信号进行放大，由此强化来自焊缝的组织的反射波。

在计算所述移动平均波形Ra时，设提取频率的一个波长的长度为 Pt，设离散值化的采样频率为Sp，将移动平均点数m设为Pt×Sp。

在所述超声波束的最大扫描速度为Vm，扫描间距为D，同步加法计算的平均点数为K时，根据算式Kp＝Vm×(1/D)×K来确定超声波的反复收发频率Kp。

利用超声波束对焊接件的与焊接方向垂直的截面进行扫描，同时接收来自焊接件内部分的反射信号并根据接收到的反射信号将已扫描的截面图像化来检查焊缝的组织，所述图像化装置具备强化来自焊缝的组织的反射波的单元，强化所述反射波的单元按预定的频率反复进行所述超声波束的收发，并且与超声波束的发送同步地对接收到的反射信号进行加法计算，并且，在进行所述图像化时，通过强化所述反射波的单元对将所述接收到的反射信号离散值化而得到的信号波形Rb 减去移动平均波形Ra。

其有益效果在于，1.通过在与焊接件的与焊接方向垂直的截面扫描超声波束，并通过移动平均处理扫描得到的各接收信号中出现的基础噪声，将其从接收信号中减去后，对减去后信号的振幅进行放大，从而能够清晰地将焊缝的组织的形状图像化。并且，将相对于焊接线的长度方向在多个部分位图像化后的图像重叠，对于重合的像素，比较其振幅并提取像素值的最大值，从而减少焊缝的组织形状的“缺失区”，能够实现更清晰的可视化。

附图说明

图1是本发明具体工作步骤的示意图。

图2是图1所示工作步骤添加算法的示意图。

图3是说明矩形脉冲信号转换单元的示意图。

图4是移动平均信号的减法计算处理图。

图中，S为焊接件，1为母材，2为焊缝的组织，3为超声波探头，B为超声波束，4为C方向扫描单元，5为L方向扫描单元，6为超声波发送单元，7为超声波接收单元，8为A/D转换单元，9为信号处理单元， 10为移动平均波形的减法计算部分，11为最大亮度的图像部分，12为输出部分。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-4所示，一边相对于焊接件S利用C方向扫描单元4对超声波探头3进行扫描，一边按预先设定的测定间距D利用超声波发送单元6驱动超声波探头3的振子而发送超声波，利用超声波接收单元7接收从焊接件S反射来的超声波信号，利用A/D转换单元8进行离散值转换，并将接收信号反复收入到信号处理单元9中。此时，声耦合方法也可以是全没水浸法、局部分水浸法、直接接触法、薄膜结合法中的任一方法；超声波探头3 接收到的反射波通过超声波接收单元7而被实施初始放大及主放大、滤除处理，通过A/D转换单元8而被根据模拟信号进行离散值转换，并被发送到信号处理单元9；与利用通常的探伤捕获的反射信号相比，来自焊接件S的焊缝2的组织的反射波相当微弱，为了相对于电噪声而提高信号对噪声比，优选在离散值转换前后实施同步加法计算的平均处理。下面，对同步加法计算平均处理的一个示例进行说明。

图2中示出了用于说明同步加法计算的平均处理的示例的图。在图2中，13是用于控制C方向扫描单元4来向C方向扫描超声波探头的C方向扫描单元的控制部分，14是检测超声波探头3的C方向上的位置并按预先设定的间隔D(单位：mm)输出脉冲信号的C方向位置的检测单元，15是对从C方向位置检测单元14输入的脉冲信号进行转换并输出脉冲信号的矩形脉冲信号的转换部分；利用C方向扫描单元的控制部分13控制C方向扫描单元4来扫描超声波探头3。此时，设C 方向扫描单元4的最大扫描速度为Vm(单位：mm/sec)，设扫描间距为D，设同步加法计算的平均点数为K。预先设定成按扫描间距D从C 方向位置的检测单元14输出矩形脉冲信号。在利用C方向扫描单元4 扫描超声波探头3时，按扫描间距D输出矩形脉冲信号，该矩形脉冲信号被输入到矩形脉冲信号的转换部分15。这里，扫描间距D是测定空间分解能。

图3是说明矩形脉冲信号的转换部分15的动作图像的图。图3的 (A)是输入到矩形脉冲信号的转换部分15中的信号，图3的(B)是从矩形脉冲信号的转换部分15输出的信号。如图3所示，与输入到矩形脉冲信号的转换部分15的每D的脉冲信号同步地按下述算式所示的反复频率(PRF)Kp[Hz]输出K次矩形脉冲信号。Kp＝Vm×(1/D)×K……(1) 由于按预先设定的D输出K次矩形脉冲信号，因此与该脉冲同步地进行超声波的收发，取得K个接收信号，并进行同步加法计算的平均点数K的同步加法计算的平均处理。通过这样，从而能够与C方向扫描单元4的加减速无关地按预定的D取得被进行同步加法计算的平均的接收信号；在利用图1和图2中的A/D转换单元8进行离散值化后，既可以利用信号处理单元9来进行同步加法计算的平均处理，也可以利用专用的硬件来进行处理并利用A/D转换单元8收入D/A转换后的输出结果，关于该处理步骤，在不脱离本发明的主旨的范围内可进行各种变形；在向C方向扫描而收发超声波时，优选发送的超声波的波束尺寸小。图4示出了可得到基于超声波的来自母材与焊缝的组织之间的边界的反射的结构；与母材1相比，焊缝2的组织的结晶粒粗大，按照每个结晶，音速不同。在波束尺寸大的情况下，如图4(A)所示，基于结晶方位的音速的差异被平均化，在母材1和焊缝2中，音速大致相同，难以得到来自边界面的反射波。另一方面，当缩小波束尺寸时，如图4的(B)所示，音速的平均化的影响小，在焊缝2和母材1中音速稍微不同，与波束尺寸大时相比，容易得到反射波。因此，优选超声波束B的波束尺寸小，优选该波束尺寸集中至焊缝2的组织的平均粒径。具体而言，关于优选的波束尺寸，在车轮的轮缘焊接中，大约为70～100μm，在UOE钢管或电缝焊接管等中大约为300～1000μm。作为发送波束尺寸小的超声波束的单元，超声波探头3也可以采用由单一的振子构成的探头、或者一维或二维地配置有多个振子的阵列探头中的任一个。在采用由单一的振子构成的探头时，将发送频率较高地设定成例如大约50MHz，利用声透镜集中超声波束。在采用阵列探头时，与采用由单一的振子构成的探头时同样地，提高发送频率，并控制各振子的发送定时，从而集中超声波束；相对于焊接件S利用超声波发送单元6驱动超声波探头3的振子并发送超声波。由于从焊缝2 的组织得到的反射波为非常微弱的信号，因此，相对于电噪声，为了确保S/N，优选超声波的发送电压在200～300V以上。

利用图1和图2中的A/D转换单元8而离散值化的信号被发送到移动平均波形的减法计算部分10。当将利用A/D转换单元8而离散值化的波形的振幅直接放大并进行亮度转换时，来自焊缝2的组织的反射回声以外的回声、例如T脉冲或S回声的波尾、超声波探头内部分的回声噪声这样的低频的基础噪声也同时被放大，结果是，无法得到清晰的图像。这里，T脉冲是直接接触法中的发送脉冲，S回声是水浸法中的来自焊接件表面的反射回声。

因此，在图1和图2中的移动平均波形的减法部分10中，通过相对于接收并进行A/D转换后的波形而仅提取基础噪声，并从波形形状减去该基础噪声，然后进行放大，从而仅强化来自焊接件S内部分的反射波。关于波形的移动平均点数m，优选为设发送波形脉冲的一个波长的长度为Pt、设离散值的采样频率为Sp、并通过下述算式而求出的值。m＝Pt×Sp……(2)事先测定焊接件S的底面反射波的回声，根据所测定的波形形状确定发送脉冲的一个波长的长度Pt。在也可以不考虑焊接件S的组织的频率的衰减的情况下，在水浸法的情况下，也可以采用焊接件S的表面反射波来测定一个波长的长度并根据该波形来确定。此外，也可以在进行一次图像化后，任意地选择想要强化的反射波形，并根据该波形形状来确定Pt；当进行想要强化的频率的一个波长长度的移动平均处理时，仅发送波形脉冲或提取的频率成分的波形抵销而可仅提取基础噪声，从原信号中减去该基础噪声，从而能够除去基础噪声。并且，通过实施移动平均波形的减法计算处理，从而可不强化基础噪声而仅对来自焊缝2的组织的反射回声进行放大。移动平均波形的减法处理也可以在接收到相当于一个截面的量的超声波波形后总地进行计算，也可以一边扫描一边在每当收发超声波时进行计算。

Claims (4)

1.一种焊缝图像采集检测装置，其特征在于，通过对焊缝进行超声波束扫描，然后收集反射信号，并将其图像化显示出来，其操作步骤具体为：

a.利用超声波束对焊接件的与焊接方向垂直的截面进行扫描，同时接收来自焊接件内部分的反射信号并根据接收到的反射信号将已扫描的截面图像化来检查焊缝的组织；

b.按预定的频率反复进行所述超声波束的收发，并且与超声波束的发送同步地对接收到的反射信号进行加法计算，由此强化来自焊缝组织的反射波；

c.在进行所述图像化时，通过对将所述接收到的反射信号离散值化而得到的信号波形Rb减去移动平均波形Ra，从而提取来自焊缝组织的反射信号，仅对提取出的所述反射信号进行放大，由此强化来自焊缝的组织的反射波。

2.根据权利要求1所述的一种焊缝图像采集检测装置，其特征在于，在计算所述移动平均波形Ra时，设提取频率的一个波长的长度为Pt，设离散值化的采样频率为Sp，将移动平均点数m设为Pt×Sp。

3.根据权利要求1所述的一种焊缝图像采集检测装置，其特征在于，在所述超声波束的最大扫描速度为Vm，扫描间距为D，同步加法计算的平均点数为K时，根据算式Kp＝Vm×(1/D)×K来确定超声波的反复收发频率Kp。

4.根据权利要求1所述的一种焊缝图像采集检测装置，其特征在于，利用超声波束对焊接件的与焊接方向垂直的截面进行扫描，同时接收来自焊接件内部分的反射信号并根据接收到的反射信号将已扫描的截面图像化来检查焊缝的组织，所述图像化装置具备强化来自焊缝的组织的反射波的单元，强化所述反射波的单元按预定的频率反复进行所述超声波束的收发，并且与超声波束的发送同步地对接收到的反射信号进行加法计算，并且，在进行所述图像化时，通过强化所述反射波的单元对将所述接收到的反射信号离散值化而得到的信号波形Rb减去移动平均波形Ra。