CN110007002A - 一种复合钢板焊缝超声检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊缝缺陷检测技术领域，尤其是一种复合钢板焊缝超声检测系统，包括超声波探头和位置传感器，超声波探头电性连接有超声波采集单元，位置传感器电性连接有位置检测模块，超声波采集单元电性连接有数据发送模块，位置检测模块与数据发送模块电性连接，数据发送模块电性连接有USB端口，USB端口的输出端电性连接有计算机，计算机包括处理器、与处理器电性连接的数据接收模块、数据储存器、数据处理模块、定位模块和直立视图生成模块，直立视图生成模块外接有显示器。本发明通过系统软件将获取的超声波信号和探头位置信号结合生成三维立体视图，从而有利于对焊缝进行评估，准确性更高，成本更低。

Description

一种复合钢板焊缝超声检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及焊缝缺陷检测技术领域，尤其涉及一种复合钢板焊缝超声检测系统及其检测方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，对产品的质量要求也越来越高，对于一项庞大的工程，很可能由于某些关键部件的质量问题或失效问题而导致难以估量的后果，焊接构件在现代科学技术和生产中得到了广泛的应用，随着锅炉、压力容器、化工机械、海洋构造和航天飞行器等向着高参数大型化发展，对焊接质量的要求也越来越高，但是，焊接机构如果承受高温高压或高腐蚀性的环境中，可能会导致失效或断裂；目前，为了避免灾难的发生必须对焊接结构的焊缝进行常规质量检测个寿命评估，现有技术的焊缝检测成本高、检测的准确性低，所以亟需一种低成本高清度的检测方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在成本高、准确性低的缺点，而提出的一种复合钢板焊缝超声检测系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种复合钢板焊缝超声检测系统，包括超声波探头和位置传感器，所述超声波探头电性连接有超声波采集单元，所述超声波探头对钢板的焊缝的超声波的回波信号，所述超声波采集单元用于采集超声波的回波信号并做出相应的信号处理，所述位置传感器电性连接有位置检测模块，所述位置检测模块用于检测焊缝中不同缺陷点的具体位置，所述超声波采集单元电性连接有数据发送模块，所述位置检测模块与数据发送模块电性连接，所述数据发送模块电性连接有USB端口，所述USB端口的输出端电性连接有计算机，所述数据发送模块用于将超声波回波信号和焊缝缺陷的数据发送到计算机，所述计算机包括处理器、与处理器电性连接的数据接收模块、数据储存器、数据处理模块、定位模块和直立视图生成模块，所述直立视图生成模块外接有显示器，所述数据接收模块用于接收USB端口传输的数据信号，其中，包括焊缝缺陷的位置数据和超声波回波信号数据，所述数据处理模块用于对接收的数据信息计算，然后通过定位模块将焊缝缺陷的所有区域点进行二维的定位排列，所述直立视图生成模块作用在于将所有二维的定位的焊缝缺陷视图实现三维构建模型，最后在显示器上显示出焊缝的检测结果，这样可以的直观的检测到钢板焊缝的缺陷区域视图。

优选的，所述超声波采集单元包括超声波采集板，所述超声波采集板电性连接有信号转换模块，所述信号转换模块包括A/D转换模块和D/A转换模块，所述信号转换模块主要用于将模拟信号转换成数字信号和将数字信号转换成模拟信号，所述信号转换模块电性连接有现场可编程模块，所述现场可编程模块主要是根据软件程序对采集的信号进行数据传输，所述现场可编程模块电性连接有控制参数设置模块，所述主要用于对系统中的检测参数进行设置，所述控制参数设置模块电性连接有数据输出模块。

优选的，所述现场可编程模块在对信号进行数据传输过程中，系统汇总设置有前端模拟电路，所述前端模拟电路主要用于超声波信号的收发和模拟信号的预处理，当有电源供电时，前端模拟电路开始工作，即开始触发超声波信号并接收超声波回波信号，接收到的模拟超声信号由A/D芯片转换成为数字信号，一个A信号的大小为10KB,这个信号会暂时存储于现场可编程模块中的10KB大小的储存器中，然后这个A信号会被顺次分为十个大小为1KB的数据，再按照顺序传输到USB芯片的1M的储存器中，上层软件便可使用接口函数直接对这一缓存区进行读取操作。

优选的，所述控制参数设置模块在参数设置过程中，需要在系统中设置增益参数和延迟参数，主要是为了获得最好的缺陷回波质量，其中，操作员在进行增益参数设置后，系统软件通过接口函数把参数设置值写到USB芯片中专门用来存放指令数据的1KB缓存区内，然后再写到现场可编程模块中6bit大小的指令缓存区，延迟的实现在现场可编程模块中完成，即时钟信号为标准做出延缓传输A信号的操作，这样就实现了延迟功能；

优选的，在设置增益参数过程中，需要现场可编程模块向前端模拟电路发出增益指令，此指令通过数据输出到前端模拟电路对一个回波信号进行放大，增益参数的设置是通过增益指令设置不同的增益变量，从而触发前端模拟电路中不同放大倍数的运算放大器实现的。

本发明还提供了一种复合钢板焊缝超声检测方法，包括如下步骤；

步骤1：探头前沿长度的测量，将探头放置在复合钢板上，将入射点对准R100处，找出反射波达到最高时探头到R100端部的距离，然后用其所长100减去此段距离。此时所得的数据就是探头的前沿距离。按此方法连测三次，求出平均值；

步骤2：测量探头的K值，利用复合钢板上的直径为50mm横孔的反射角测出并用反三角函数计算出K值，将探头对准试块上直径为50mm横孔，找到最高回波,可以通过公式K＝tgβ＝(L+l-35)/30计算出K值；

步骤3：扫描速度的调节，将探头对准R50、R100，调节仪器使B1、B2分别对准不平刻度，此时计算出L1、L2，其中，L1、L2可以通过公式L1＝KR50/1+K和L2＝KR100/1+K计算出，然后将计算出的数据在示波屏上将B1和B2调至相对应的位置，此时水平距离扫描速度为1：1；

步骤4，直立视图的生成，通过将超声波探头在焊缝上水平匀速移动，最终通过显示器显示出焊缝缺陷的立体视图。

本发明提出的一种复合钢板焊缝超声检测系统，有益效果在于：本发明通过位置传感器对探头进行实时定位，并通过计算机的显示器可以观察到探头的行走路径，这样可以保证不会出现漏检的问题，通过系统软件将获取的超声波信号和探头位置信号结合生成三维立体视图，从而有利于对焊缝进行评估，其中准确性更高。

附图说明

图1为本发明提出的一种复合钢板焊缝超声检测系统的系统框图；

图2为本发明提出的一种复合钢板焊缝超声检测系统的超声波采集单元的系统框图。

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。

参照图1-2，一种复合钢板焊缝超声检测系统，包括超声波探头和位置传感器，超声波探头电性连接有超声波采集单元，超声波探头对钢板的焊缝的超声波的回波信号，超声波采集单元用于采集超声波的回波信号并做出相应的信号处理，超声波采集单元包括超声波采集板，超声波采集板电性连接有信号转换模块，信号转换模块包括A/D转换模块和D/A转换模块，信号转换模块主要用于将模拟信号转换成数字信号和将数字信号转换成模拟信号，信号转换模块电性连接有现场可编程模块，现场可编程模块主要是根据软件程序对采集的信号进行数据传输，现场可编程模块电性连接有控制参数设置模块，主要用于对系统中的检测参数进行设置，控制参数设置模块电性连接有数据输出模块。

现场可编程模块在对信号进行数据传输过程中，系统汇总设置有前端模拟电路，前端模拟电路主要用于超声波信号的收发和模拟信号的预处理，当有电源供电时，前端模拟电路开始工作，即开始触发超声波信号并接收超声波回波信号，接收到的模拟超声信号由A/D芯片转换成为数字信号，一个A信号的大小为10KB,这个信号会暂时存储于现场可编程模块中的10KB大小的储存器中，然后这个A信号会被顺次分为十个大小为1KB的数据，再按照顺序传输到USB芯片的1M的储存器中，上层软件便可使用接口函数直接对这一缓存区进行读取操作；控制参数设置模块在参数设置过程中，需要在系统中设置增益参数和延迟参数，主要是为了获得最好的缺陷回波质量，其中，操作员在进行增益参数设置后，系统软件通过接口函数把参数设置值写到USB芯片中专门用来存放指令数据的1KB缓存区内，然后再写到现场可编程模块中6bit大小的指令缓存区，延迟的实现在现场可编程模块中完成，即时钟信号为标准做出延缓传输A信号的操作，这样就实现了延迟功能，在设置增益参数过程中，需要现场可编程模块向前端模拟电路发出增益指令，此指令通过数据输出到前端模拟电路对一个回波信号进行放大，增益参数的设置是通过增益指令设置不同的增益变量，从而触发前端模拟电路中不同放大倍数的运算放大器实现的。

位置传感器电性连接有位置检测模块，位置检测模块用于检测焊缝中不同缺陷点的具体位置，超声波采集单元电性连接有数据发送模块，位置检测模块与数据发送模块电性连接，数据发送模块电性连接有USB端口，USB端口的输出端电性连接有计算机，数据发送模块用于将超声波回波信号和焊缝缺陷的数据发送到计算机。

计算机包括处理器、与处理器电性连接的数据接收模块、数据储存器、数据处理模块、定位模块和直立视图生成模块，直立视图生成模块外接有显示器，数据接收模块用于接收USB端口传输的数据信号，其中，包括焊缝缺陷的位置数据和超声波回波信号数据，数据处理模块用于对接收的数据信息计算，然后通过定位模块将焊缝缺陷的所有区域点进行二维的定位排列，直立视图生成模块作用在于将所有二维的定位的焊缝缺陷视图实现三维构建模型，最后在显示器上显示出焊缝的检测结果，这样可以的直观的检测到钢板焊缝的缺陷区域视图。

本发明还提供了一种复合钢板焊缝超声检测方法，包括如下步骤；

步骤1：探头前沿长度的测量，将探头放置在复合钢板上，将入射点对准R100处，找出反射波达到最高时探头到R100端部的距离，然后用其所长100减去此段距离。此时所得的数据就是探头的前沿距离。按此方法连测三次，求出平均值；

步骤2：测量探头的K值，利用复合钢板上的直径为50mm横孔的反射角测出并用反三角函数计算出K值，将探头对准试块上直径为50mm横孔，找到最高回波,可以通过公式K＝tgβ＝(L+l-35)/30计算出K值；

步骤3：扫描速度的调节，将探头对准R50、R100，调节仪器使B1、B2分别对准不平刻度，此时计算出L1、L2，其中，L1、L2可以通过公式L1＝KR50/1+K和L2＝KR100/1+K计算出，然后将计算出的数据在示波屏上将B1和B2调至相对应的位置，此时水平距离扫描速度为1：1；

步骤4，直立视图的生成，通过将超声波探头在焊缝上水平匀速移动，最终通过显示器显示出焊缝缺陷的立体视图。

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 (6)

1.一种复合钢板焊缝超声检测系统，包括超声波探头和位置传感器，其特征在于，所述超声波探头电性连接有超声波采集单元，所述超声波探头对钢板的焊缝的超声波的回波信号，所述超声波采集单元用于采集超声波的回波信号并做出相应的信号处理，所述位置传感器电性连接有位置检测模块，所述位置检测模块用于检测焊缝中不同缺陷点的具体位置，所述超声波采集单元电性连接有数据发送模块，所述位置检测模块与数据发送模块电性连接，所述数据发送模块电性连接有USB端口，所述USB端口的输出端电性连接有计算机，所述数据发送模块用于将超声波回波信号和焊缝缺陷的数据发送到计算机，所述计算机包括处理器、与处理器电性连接的数据接收模块、数据储存器、数据处理模块、定位模块和直立视图生成模块，所述直立视图生成模块外接有显示器，所述数据接收模块用于接收USB端口传输的数据信号，其中，包括焊缝缺陷的位置数据和超声波回波信号数据，所述数据处理模块用于对接收的数据信息计算，然后通过定位模块将焊缝缺陷的所有区域点进行二维的定位排列，所述直立视图生成模块作用在于将所有二维的定位的焊缝缺陷视图实现三维构建模型，最后在显示器上显示出焊缝的检测结果，这样可以的直观的检测到钢板焊缝的缺陷区域视图。

2.根据权利要求1所述的一种复合钢板焊缝超声检测系统，其特征在于，所述超声波采集单元包括超声波采集板，所述超声波采集板电性连接有信号转换模块，所述信号转换模块包括A/D转换模块和D/A转换模块，所述信号转换模块主要用于将模拟信号转换成数字信号和将数字信号转换成模拟信号，所述信号转换模块电性连接有现场可编程模块，所述现场可编程模块主要是根据软件程序对采集的信号进行数据传输，所述现场可编程模块电性连接有控制参数设置模块，所述主要用于对系统中的检测参数进行设置，所述控制参数设置模块电性连接有数据输出模块。

3.根据权利要求2所述的一种复合钢板焊缝超声检测系统，其特征在于，所述现场可编程模块在对信号进行数据传输过程中，系统汇总设置有前端模拟电路，所述前端模拟电路主要用于超声波信号的收发和模拟信号的预处理，当有电源供电时，前端模拟电路开始工作，即开始触发超声波信号并接收超声波回波信号，接收到的模拟超声信号由A/D芯片转换成为数字信号，一个A信号的大小为10KB,这个信号会暂时存储于现场可编程模块中的10KB大小的储存器中，然后这个A信号会被顺次分为十个大小为1KB的数据，再按照顺序传输到USB芯片的1M的储存器中，上层软件便可使用接口函数直接对这一缓存区进行读取操作。

4.根据权利要求2所述的一种复合钢板焊缝超声检测系统，其特征在于，所述控制参数设置模块在参数设置过程中，需要在系统中设置增益参数和延迟参数，主要是为了获得最好的缺陷回波质量，其中，操作员在进行增益参数设置后，系统软件通过接口函数把参数设置值写到USB芯片中专门用来存放指令数据的1KB缓存区内，然后再写到现场可编程模块中6bit大小的指令缓存区，延迟的实现在现场可编程模块中完成，即时钟信号为标准做出延缓传输A信号的操作，这样就实现了延迟功能。

5.根据权利要求3所述的一种复合钢板焊缝超声检测系统，其特征在于，在设置增益参数过程中，需要现场可编程模块向前端模拟电路发出增益指令，此指令通过数据输出到前端模拟电路对一个回波信号进行放大，增益参数的设置是通过增益指令设置不同的增益变量，从而触发前端模拟电路中不同放大倍数的运算放大器实现的。

6.一种根据权利要求1-5所述的复合钢板焊缝超声检测方法，其特征在于，包括如下步骤；

步骤1：探头前沿长度的测量，将探头放置在复合钢板上，将入射点对准R100处，找出反射波达到最高时探头到R100端部的距离，然后用其所长100减去此段距离。此时所得的数据就是探头的前沿距离。按此方法连测三次，求出平均值；

步骤2：测量探头的K值，利用复合钢板上的直径为50mm横孔的反射角测出并用反三角函数计算出K值，将探头对准试块上直径为50mm横孔，找到最高回波,可以通过公式K＝tgβ＝(L+l-35)/30计算出K值；

步骤3：扫描速度的调节，将探头对准R50、R100，调节仪器使B1、B2分别对准不平刻度，此时计算出L1、L2，其中，L1、L2可以通过公式L1＝KR50/1+K和L2＝KR100/1+K计算出，然后将计算出的数据在示波屏上将B1和B2调至相对应的位置，此时水平距离扫描速度为1：1；

步骤4，直立视图的生成，通过将超声波探头在焊缝上水平匀速移动，最终通过显示器显示出焊缝缺陷的立体视图。