CN111537615A - 一种相控阵超声焊缝跟踪系统及其方法和控制装置 - Google Patents

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CN111537615A CN202010359683.5A CN202010359683A CN111537615A CN 111537615 A CN111537615 A CN 111537615A CN 202010359683 A CN202010359683 A CN 202010359683A CN 111537615 A CN111537615 A CN 111537615A
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Abstract

本发明公开了一种相控阵超声焊缝跟踪方法，包括：获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准工件焊缝的中心；相控阵超声波探头设置在探头调节装置上。本发明的焊缝跟踪方法无需添加硬件设备，解决了扫查过程中设备对中的问题，完成自动化相控阵超声检测的主要工作，操作人员只需要控制相控阵超声焊缝跟踪系统大致的行进方向，减少人工检测工作量且自动化程度高，便于重复检测。

Description

一种相控阵超声焊缝跟踪系统及其方法和控制装置
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种相控阵超声焊缝跟踪方法、相控阵超声焊缝跟踪控制装置和相控阵超声焊缝跟踪装置。
背景技术
超声检测(Ultrasonic Testing，UT)是指利用超声波对金属构件内部缺陷进行检查的一种无损探伤方法。用发射探头向构件表面通过耦合剂发射超声波，超声波在构件内部传播时遇到不同界面将有不同的反射信号(回波)。利用不同反射信号传递到探头的时间差，可以检查到构件内部的缺陷。而相控阵超声(PA)检测是超声检测的一种技术延伸，通过控制阵列超声探头中各探头的幅度和相位，调整超声波波前的方向，在一定空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的超声波波束。随着相控阵超声检测技术在焊缝检测中的应用铺广，其可成像、覆盖范围广、可直线扫查的优点，能够较好的与自动化扫查装置契合，达到自动化检测焊缝的目的。
目前，在自动化相控阵超声检测走行机构的使用中，扫查过程中需要不断用人眼确认焊缝中心的位置，调整走行机构探头调节装置的位置，确保焊缝处于两个相控阵探头的中心。然而，受到环境的限制，人员操作无法兼顾控制方向、设备对中、超声检测、实时分析等多种工作。因此，亟需一种能够实现自动化超声检测的焊缝追踪的设备来追踪焊缝。
发明内容
本发明目的在于，提供一种相控阵超声焊缝跟踪方法、相控阵超声焊缝跟踪控制装置和相控阵超声焊缝跟踪装置，能够解决因目前的自动化相控阵超声检测存在人工检测工作量大，且重复性不高的问题。
本发明实施例提供一种相控阵超声焊缝跟踪方法，包括：
获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；
在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，所述控制信号用于根据所述差值控制所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心；其中，所述相控阵超声波探头设置在所述探头调节装置上。
本发明实施例提供一种相控阵超声焊缝跟踪控制装置，应用于任意一个实施例中的相控阵超声焊缝跟踪方法，所述控制装置包括：
当前最高回波扫查位置获取模块，用于获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；
探头调节装置控制模块，用于在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，所述控制信号用于根据所述差值控制所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心；其中，所述相控阵超声波探头设置在所述探头调节装置上。
本发明实施例提供一种相控阵超声焊缝跟踪系统，包括走行机构、相控阵超声波探头、探头调节装置和控制设备；
所述相控阵超声波探头设置在所述探头调节装置上，所述探头调节装置设置在所述走行机构上，所述走行机构用于沿着工件焊缝移动，所述相控阵超声波探头用于向工件焊缝处发射超声波信号和接收超声回波信号；
所述控制设备，用于根据所述超声波信号和所述超声回波信号，获取在所述走行机构位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；以及，在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，所述控制信号用于根据所述差值控制所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心。
本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法中，通过获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准工件焊缝的中心。如此，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法无需添加硬件设备，例如在不添加超声波探头的情况下，通过采集焊缝余高的最高回波扫查位置的偏置值，并将该值送至走行机构上的探头调节装置，使得该探头调节装置反向补偿移动，进而使得相控阵超声波探头实时对准工件焊缝的中心，从而达到跟踪焊缝目的；同时，还能对焊缝进行检测，解决了扫查过程中设备对中的问题，完成了自动化相控阵超声检测的主要工作，操作人员只需要控制相控阵超声焊缝跟踪系统大致的行进方向，减少了人工检测工作量且自动化程度高，便于重复检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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发明的一些实施方式，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是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪系统的结构示意图；
图3是本发明某一实施例提供的相控阵超声波探头检测的原理示意图；
图4是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法中的焊缝定位(S扫图像+A扫图像)示意图；
图5是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图；
图6是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图；
图7是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图；
图8是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图；
图9是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图；
图10是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪控制装置的结构示意图；
图11是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪系统的结构示意图；
图12是本发明某一实施例提供的相控阵超声焊缝跟踪方法的流程示意图。
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作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。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种相控阵超声焊缝跟踪方法，包括以下步骤：
S10、获取在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置。
其中，工件焊缝为工件与母材的焊接位置。请结合图3和图4，相控阵超声焊缝跟踪系统100沿着预设的方向(例如从图2的M位置指向N位置的方向)在工件焊缝处走行。当相控阵超声焊缝跟踪系统100位于焊缝处时，相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20会发射超声波声束(超声波信号)，该声束经过耦合剂、楔块透射入工件，直射声束在工件内进行角度范围内的逐角度扫描，覆盖焊缝的下半部分；同时，声束将在底面产生反射，一次反射波束覆盖焊缝。
通过处理反射波束(超声回波信号)，可以形成A型扫描显示和S扫描。其中，A型扫描显示为一种接收到的超声回波信号幅度随时间或者声程变化的显示，即波形，称为A扫描，如图4(b)所示。S扫描也称扇形扫描、角度扫描或者方位角扫描，与波束的偏转及数据显示形式有关。当进行波束偏转时，激励固定的晶片组，通过实施一系列的聚焦法则使声束在限定的角度范围内进行偏转扫描；作为数据显示，它是各个角度A扫的二维视图，并且通过对每个A扫的延时和折射角度进行修正，使视图上的指示与工件上的真实位置相对应，如图4(a)所示。
操作人员可以在S扫图上初步确定出视图中的几何反射、楔块固定波及缺陷信号后，通过拖动扇扫中的角度指针，将其置于缺陷显示最高波幅处(波幅显示可看A扫)，此时扇扫视图中缺陷显示的最高波幅位置会出现十字交叉的两个指针，通过垂直指针的数字显示可确定缺陷信号在焊缝中的水平位置，通过水平指针的数字显示可确定缺陷信号的深度显示。该水平位置则为在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置。
S20、在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。其中，相控阵超声波探头20设置在探头调节装置30上。
本实施例中，为避免探头调节装置30移动距离变化过大，或者回波消失，导致探头调节装置30的位置跳动，本实施例设定预设偏置值，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，该控制信号用于根据该差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，从而确保探头调节装置30始终保持较小的移动范围，使相控阵超声波探头20实时对准工件焊缝的中心，从而达到跟踪焊缝目的。其中，预设偏置值可根据具体的工件类型而定，在此不做具体限定。
具体地，在获得当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值后，控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动。以右偏为正值、左偏为负值为例，当二者的差值小于预设偏置值且大于零时，表明探头调节装置30右偏，控制探头调节装置30往左移动；当二者的差值小于预设偏置值且小于零时，表明探头调节装置30左偏，控制探头调节装置30往右移动。如图2所示，相控阵超声焊缝跟踪系统100由M位置移动到N位置时，相控阵超声波探头20始终对准工件焊缝的中心。
请参阅图5，在某一个实施例中，该方法还包括以下步骤：
S30、在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值大于或等于预设偏置值时，发出零值控制信号或不发出控制信号，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30维持在当前检测位置。
本实施例中，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值大于或等于预设偏置值，表明探头调节装置30的移动距离过大，或者回波消失导致探头调节装置30的位置跳动，相控阵超声波探头20已严重偏离工件焊缝的中心。此时，发出零值控制信号或不发出控制信号，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30维持原位，等待工作人员手动调整探头调节装置30的位置，以使相控阵超声波探头20再次对准工件焊缝的中心。
如此，在不添加额外机构的前提下，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法解决了扫查过程中，设备对中的这一操作。而且，不影响检测时的逻辑流程，数据逻辑结构与与检测结果是并行的，可以一边检测，一边对中，两边相互不影响。此外，相较于采用阵列测厚的方式区分焊缝和母材，而本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法通过寻找端角回波边界的方式焊缝和母材，可以直观地了解焊缝的声束覆盖情况，例如从A扫图像可以读出缺陷的原始扫查波幅、声程数据，找到缺陷的最大回波，进行扫查计划的制定和调整，能够很好地避免焊缝的漏检，也提高了检测精度。
此外，随着相控阵超声焊缝跟踪系统100的走行机构10的移动，相控阵超声焊缝跟踪系统100所在的检测位置改变，可以根据不同检测位置采集到的超声回波信号，形成多帧扫描图。
在某一个实施例中，可以逐帧判断当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值。
具体地，在获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置，初始帧所对应的初始最高回波扫查位置后，通过判断第二帧的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，若否，则发出零值控制信号或不发出控制信号。然后再判断下一帧(第三帧)的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，若否，则发出零值控制信号或不发出控制信号，后续帧依此类推。
在另外一个实施例中，也可以隔帧判断当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值。
具体地，隔帧可以选择间隔一帧、两帧、三帧或三帧以上，可根据具体的成像帧数和实际需求而定，在此不做具体限定。以间隔一帧为例，在获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置，初始帧所对应的初始最高回波扫查位置后，通过判断第三帧的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号。然后再判断下一间隔帧(第五帧)的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，后续帧依此类推。
综上，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法中，通过获取在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。如此，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法无需添加硬件设备，例如在不添加超声波探头的情况下，通过采集焊缝余高的最高回波扫查位置的偏置值，并将该值送至走行机构10上的探头调节装置30，使得该探头调节装置30反向补偿移动，进而使得相控阵超声波探头20实时对准工件焊缝的中心，从而达到跟踪焊缝目的；同时，还能对焊缝进行检测，解决了扫查过程中设备对中的问题，完成了自动化相控阵超声检测的主要工作，操作人员只需要控制相控阵超声焊缝跟踪系统100大致的行进方向，减少了人工检测工作量且自动化程度高，便于重复检测。
在另外一个实施例中，还可使用激光阵列测厚的模式，进行焊缝跟踪。
具体地，C扫描成像是利用超声探伤原理提取垂直于声束指定截面(即横向截面像)的回波信息而形成二维图像的技术，其原理简单，可获取不同截面的信息，最终形成显示超声数据的2D视图，横坐标和纵坐标分别为步进轴和扫查轴。因此，利用相控阵(PA)系统的检验传感器，利用诸如C-扫描等传统的PA处理数据，并从C-扫描中提取厚度变化信息，从而识别焊缝位置，获得初始最高回波扫查位置和当前最高回波扫查位置。在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心，从而达到焊缝跟踪的目的。
请参阅图6，在某一个实施例中，该方法还包括以下步骤：
S40、获取在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置时，工件焊缝处的初始最高回波扫查位置。
本实施例中，将相控阵超声焊缝跟踪系统100的走行机构10走行至工件焊缝中心处，通过工作人员手动调整探头调节装置30的位置，使焊缝相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。当相控阵超声焊缝跟踪系统100位于焊缝处时，相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20会发射超声波声束，该声束经过耦合剂、楔块透射入工件，直射声束在工件内进行角度范围内的逐角度扫描，覆盖焊缝的下半部分；同时，声束将在底面产生反射，一次反射波束覆盖焊缝。
通过处理反射波束(超声回波信号)，可以形成如图4(b)所示的A型扫描显示和如图4(a)所示的S扫描，进而获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置时，工件焊缝处的初始最高回波扫查位置。
请参阅图7，在某一个实施例中，步骤S40中，即获取在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置时，工件焊缝处的初始最高回波扫查位置，包括以下步骤：
S41、确定在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置时，相控阵S扫界面上回波区域的边界范围内，与初始检测位置对应的初始最高回波。
当相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置的焊缝处时，相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20会发射超声波声束。请结合图3，通过处理反射波束(超声回波信号)，可以形成如图4(b)所示的A型扫描显示和如图4(a)所示的S扫描。在相控阵S扫界面找到焊缝余高与母材焊接部分的边界处，框选回波区域的边界范围(如图4(a)中A箭头所指的边框)，然后在找到框选边界范围的最高回波(如图4(a)中B箭头所指的位置)。
S42、根据初始最高回波的角度与声程，获得初始最高回波的初始水平位置数值，并将初始水平位置数值确定为初始最高回波扫查位置。
本实施例中，由于A型扫描显示为一种接收到的超声回波信号幅度随时间或者声程变化的显示，S扫描是各个角度A扫的二维视图，并且通过对每个A扫的延时和折射角度进行修正，使视图上的指示与工件上的真实位置相对应。因此，操作人员可以在S扫图上初步确定出视图中的几何反射、楔块固定波及缺陷信号后，通过拖动扇扫中的角度指针，将其置于缺陷显示最高波幅处(波幅显示可看A扫)，此时扇扫视图中缺陷显示的最高波幅位置会出现十字交叉的两个指针，通过垂直指针的数字显示可确定缺陷信号在焊缝中的初始水平位置，通过水平指针的数字显示可确定缺陷信号的深度显示。将该初始水平位置数值确定为初始最高回波扫查位置，则可以获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置时，工件焊缝处的初始最高回波扫查位置。
请参阅图8，在某一个实施例中，步骤S10中，即获取在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置，包括以下步骤：
S11、确定在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，相控阵S扫界面上回波区域的边界范围内，与当前检测位置对应的当前最高回波。
当相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置的焊缝处时，相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20会发射超声波声束。请结合图3，通过处理反射波束(超声回波信号)，可以形成如图4(b)所示的A型扫描显示和如图4(a)所示的S扫描。在相控阵S扫界面找到焊缝余高与母材焊接部分的边界处，框选回波区域的边界范围，然后在找到框选边界范围的最高回波(如图4(a)所示箭头所指的位置)。
S12、根据当前最高回波的角度与声程，获得当前最高回波的当前水平位置数值，并将当前水平位置数值确定为当前最高回波扫查位置。
本实施例中，操作人员可以在S扫图上初步确定出视图中的几何反射、楔块固定波及缺陷信号后，通过拖动扇扫中的角度指针，将其置于缺陷显示最高波幅处(波幅显示可看A扫)，此时扇扫视图中缺陷显示的最高波幅位置会出现十字交叉的两个指针，通过垂直指针的数字显示可确定缺陷信号在焊缝中的当前水平位置，通过水平指针的数字显示可确定缺陷信号的深度显示。将该当前水平位置数值确定为当前最高回波扫查位置，则可以获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置。
请参阅图9，在某一个实施例中，相控阵超声焊缝跟踪系统100包括至少两组相控阵超声波探头20，该方法还包括以下步骤：
S50、分别获取至少两组相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置，并以其中一组相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置作为参考位置。
S60、在其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置与参考位置的偏离差值大于预设偏离差值时，发出提醒信号，提醒信号用于提醒更换故障的相控阵超声波探头20。
每组相控阵超声波探头20均能发射超声波声束和接收超声回波信号，通过处理后则可以形成对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置。通过将其中一组相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置作为参考位置，可以确保其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置是否准确。
此外，在其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置与参考位置的偏离差值大于预设偏离差值时，表明存在相控阵超声波探头20发生故障而导致检测不精确，此时，应提醒工作人员排查并更换故障的相控阵超声波探头20。而在其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置与参考位置的偏离差值小于或等于预设偏离差值时，则继续执行步骤S20。
在焊缝跟踪检测过程中，参考位置包括初始最高回波扫查位置和任一当前最高回波扫查位置。上述判断其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置与参考位置的偏离差值是否大于预设偏离差值，也持续整个焊缝跟踪检测过程，以确保检测的准确性。
请参阅图10，本发明实施例还提供一种相控阵超声焊缝跟踪控制装置200，应用于上述任意一个实施例中的相控阵超声焊缝跟踪方法。该控制装置200包括当前最高回波扫查位置获取模块210和探头调节装置控制模块220。
当前最高回波扫查位置获取模块210用于获取在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置。
探头调节装置控制模块220用于在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心；其中，相控阵超声波探头20设置在探头调节装置30上。
关于相控阵超声焊缝跟踪控制装置200的具体限定可以参见上文中对于相控阵超声焊缝跟踪方法的限定，在此不再赘述。上述相控阵超声焊缝跟踪控制装置200中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
请参阅图2，本发明实施例还提供一种相控阵超声焊缝跟踪系统100。该系统包括走行机构10、相控阵超声波探头20、探头调节装置30和控制设备40。
相控阵超声波探头20设置在探头调节装置30上，探头调节装置30设置在走行机构10上，走行机构10用于沿着工件焊缝移动，相控阵超声波探头20用于向工件焊缝处发射超声波信号和接收超声回波信号。
控制设备40用于根据超声波信号和超声回波信号，获取在走行机构10位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；以及，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。
本实施例中，请结合图3和图4，走行机构10沿着预设的方向(例如从图2的M位置指向N位置的方向)在工件焊缝处走行，相控阵超声波探头20通过探头调节装置30设置在走行机构10上，如此，走行机构10能够带动相控阵超声波探头20沿工件焊缝移动。当相控阵超声焊缝跟踪系统100位于焊缝处时，相控阵超声波探头20会发射超声波声束(超声波信号)，该声束经过耦合剂、楔块透射入工件，直射声束在工件内进行角度范围内的逐角度扫描，覆盖焊缝的下半部分；同时，声束将在底面产生反射，一次反射波束覆盖焊缝。
控制设备40处理反射波束(超声回波信号)，可以形成如图4(b)所示的A型扫描显示和如图4(a)所示的S扫描。操作人员可以在S扫图上初步确定出视图中的几何反射、楔块固定波及缺陷信号后，通过拖动扇扫中的角度指针，将其置于缺陷显示最高波幅处(波幅显示可看A扫)，此时扇扫视图中缺陷显示的最高波幅位置会出现十字交叉的两个指针，通过垂直指针的数字显示可确定缺陷信号在焊缝中的水平位置，通过水平指针的数字显示可确定缺陷信号的深度显示。该水平位置则为在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置。
本实施例中，为避免相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30移动距离变化过大，或者回波消失，导致探头调节装置30的位置跳动，本实施例的控制设备40中设定有预设偏置值，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，控制设备40发出控制信号，该控制信号用于根据该差值控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动，从而确保探头调节装置30始终保持较小的移动范围，使相控阵超声波探头20实时对准工件焊缝的中心，从而达到跟踪焊缝目的。
具体地，控制设备40在获得当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值后，发出控制信号，以控制相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30反向补偿移动。以右偏为正值、左偏为负值为例，当二者的差值小于预设偏置值且大于零时，表明探头调节装置30右偏，控制探头调节装置30往左移动；当二者的差值小于预设偏置值且小于零时，表明探头调节装置30左偏，控制探头调节装置30往右移动。如图2所示，相控阵超声焊缝跟踪系统100由M位置移动到N位置时，相控阵超声波探头20始终对准工件焊缝的中心。
在某一个实施例中，控制设备40还用于在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值大于或等于预设偏置值时，发出零值控制信号或不发出控制信号，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30维持在当前检测位置。
本实施例中，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值大于或等于预设偏置值，表明探头调节装置30的移动距离过大，或者回波消失导致探头调节装置30的位置跳动，相控阵超声波探头20已严重偏离工件焊缝的中心。此时，控制设备40发出零值控制信号或不发出控制信号，以使相控阵超声焊缝跟踪系统100的探头调节装置30维持原位，等待工作人员手动调整探头调节装置30的位置，以使相控阵超声波探头20再次对准工件焊缝的中心。
如此，在不添加额外机构的前提下，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法解决了扫查过程中，设备对中的这一操作。而且，不影响检测时的逻辑流程，数据逻辑结构与与检测结果是并行的，可以一边检测，一边对中，两边相互不影响。此外，相较于采用阵列测厚的方式区分焊缝和母材，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪方法通过寻找端角回波边界的方式焊缝和母材，可以直观地了解焊缝的声束覆盖情况，例如从A扫图像可以读出缺陷的原始扫查波幅、声程数据，找到缺陷的最大回波，进行扫查计划的制定和调整，能够很好地避免焊缝的漏检，也提高了检测精度。
此外，随着相控阵超声焊缝跟踪系统100的走行机构10的移动，相控阵超声焊缝跟踪系统100所在的检测位置改变，可以根据不同检测位置采集到的超声回波信号，形成多帧扫描图。
在某一个实施例中，控制设备40可以逐帧判断当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值。
具体地，在获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置，初始帧所对应的初始最高回波扫查位置后，控制设备40通过判断第二帧的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，若否，则发出零值控制信号或不发出控制信号。然后控制设备40再判断下一帧(第三帧)的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，若否，则发出零值控制信号或不发出控制信号，后续帧依此类推。
在另外一个实施例中，控制设备40也可以隔帧判断当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值。
具体地，隔帧可以选择间隔一帧、两帧、三帧或三帧以上，可根据具体的成像帧数和实际需求而定，在此不做具体限定。以间隔一帧为例，控制设备40在获得在相控阵超声焊缝跟踪系统100位于初始检测位置，初始帧所对应的初始最高回波扫查位置后，通过判断第三帧的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，若否，则发出零值控制信号或不发出控制信号。然后控制设备40再判断下一间隔帧(第五帧)的当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则发出用于控制探头调节装置30反向补偿移动的控制信号，若否，则发出零值控制信号或不发出控制信号，后续帧依此类推。
综上，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪系统100中，通过获取在走行机构10位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，控制信号用于根据差值控制探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。如此，本发明实施例的相控阵超声焊缝跟踪系统100无需添加硬件设备，例如在不添加超声波探头的情况下，通过采集焊缝余高的最高回波扫查位置的偏置值，并将该值送至走行机构10上的探头调节装置30，使得该探头调节装置30反向补偿移动，进而使得相控阵超声波探头20实时对准工件焊缝的中心，从而达到跟踪焊缝目的；同时，还能对焊缝进行检测，解决了扫查过程中设备对中的问题，完成了自动化相控阵超声检测的主要工作，操作人员只需要控制走行机构10大致的行进方向，减少了人工检测工作量且自动化程度高，便于重复检测。
请参阅图2，在某一个实施例中，探头调节装置30包括摆臂31。
在其他实施例中，探头调节装置30还可以为其他可移动调节结构，例如滑轨结构。
请参阅图3，在某一个实施例中，相控阵超声波探头20为斜楔块超声波探头，且布置在工件焊缝的左边或右边平滑母材侧。
目前，通常将相控阵超声(PA)系统的线阵相控阵探头布置在焊缝的正上方，通过空气、水或耐磨楔块进行耦合，达到焊缝跟踪及焊缝检测的目的。由于空气与钢的密度及声阻抗差异非常大，超声波极难通过空气耦合去检测缺陷。同时，由于焊缝表面有不规整的鱼鳞纹，接触面不平滑，所以从焊缝正上方检测会受到鱼鳞纹的回波干扰。如果采用直接接触耦合，则会因为焊缝鱼鳞纹而无法把控检测灵敏度；如果采用空气耦合，则无法进行焊缝的超声检测，且探头的要求较高；如果采用水浸法检测，那么对场地的要求较高。
相较于现有技术中将超声波探头布置在焊缝的正上方，易受焊缝余高的鱼鳞纹干扰，本实施例中采用斜楔块超声波探头，将斜楔块超声波探头布置在焊缝的左边或右边平滑母材侧，避免了检测时受到焊缝余高的鱼鳞纹干扰；而且以直接接触的方式进行耦合，检测灵敏度高。
请参阅图2，在某一个实施例中，相控阵超声焊缝跟踪系统100包括两组相控阵超声波探头20，两组相控阵超声波探头20分别设置在探头调节装置30的两端，探头调节装置30活动设置在走行机构10上。
本实施例中，走行机构10沿着预设的方向在工件焊缝下方走行，两组相控阵超声波探头20分别位于焊缝的左边和右边平滑母材侧。在焊缝跟踪检测过程中，每组相控阵超声波探头20均能发射超声波声束和接收超声回波信号，控制设备40通过处理后则可以形成对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置。通过将其中一组相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置作为参考位置，可以确保其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置是否准确。
此外，在其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置与参考位置的偏离差值大于预设偏离差值时，表明存在相控阵超声波探头20发生故障而导致检测不精确，此时，应提醒工作人员排查并更换故障的相控阵超声波探头20。
其中，参考位置包括初始最高回波扫查位置和任一当前最高回波扫查位置。上述判断其他相控阵超声波探头20所对应的工件焊缝处的最高回波扫查位置与参考位置的偏离差值是否大于预设偏离差值，也持续整个焊缝跟踪检测过程，以确保检测的准确性。
请参阅图11，在某一个实施例中，控制设备40包括上位机41和下位机42。
上位机41用于根据超声波信号和超声回波信号，获取在走行机构10位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；以及，在当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，将差值发送至下位机42。
下位机42与上位机41通信连接，用于在接收到上位机41发送的控制信号后，根据差值控制探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。
本实施例中，上位机41用于根据超声波信号和超声回波信号，从而获得在走行机构10位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置。上位机41还用于判断当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值是否小于预设偏置值，若是，则上位机41向下位机42发出控制信号，下位机42在接收到控制信号后，根据控制信号控制探头调节装置30反向补偿移动，若否，则上位机41发出零值控制信号或不发出控制信号，使探头调节装置30维持原位。
在某一个实施例中，上位机41包括计算机设备。
在某一个实施例中，下位机42包括PLC或单片机。
在某一个实施例中，上位机41中的软件与PLC通信使用OPC通信标准对接。
在其中一个实施例中，下位机42分别与相控阵超声波探头20和上位机41通信连接，相控阵超声波探头20所采集到的超声回波信号通过下位机42发送至上位机41。
在另外一个实施例中，相控阵超声波探头20与上位机41通信连接，上位机41与下位机42通信连接，相控阵超声波探头20所采集到的超声回波信号直接发送至上位机41，上位机41发送控制信号至下位机42，下位机42根据控制信号控制探头调节装置30反向补偿移动，以使相控阵超声波探头20对准工件焊缝的中心。
为更好地理解本发明实施例中的相控阵超声焊缝跟踪方法和相控阵超声焊缝跟踪系统100的工作原理，现结合一具体实施例详细说明，请参阅图12，具体包括以下步骤：
1、将扫查机构走行至焊缝中心处，手动调整摆臂31位置，使焊缝处于两相控阵探头连线的中心位置，以其中一组的当前位置为扫查过程中的参考位置。
2、在相控阵S扫界面找到焊缝余高与母材焊接部分的边界处，框选回波区域的边界范围。
3、找到框选边界范围的最高回波，通过该回波的角度与声程，得到回波的水平位置数值。
4、设定此水平位置值为本次扫查的初始数值。
5、进行下一帧数据处理，找到框选边界范围的最高回波，通过该回波的角度与声程，得到回波的水平位置数值。
6、使当前水平位置数值减初始值。
7、当步骤6算得差值小于设定值，则发送包含该数值的控制信号至PLC，PLC控制摆臂31反向补偿。
8、当步骤6算得差值大于设定值时，则发送0值或不输出控制信号至PLC，使摆臂31维持原位。
在某一个实施例中，控制设备40包括处理器和存储器。处理器用于控制该相控阵超声焊缝跟踪系统的整体操作，以完成上述的相控阵超声焊缝跟踪方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该相控阵超声焊缝跟踪系统的操作，这些数据例如可以包括用于在该相控阵超声焊缝跟踪系统上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，相控阵超声焊缝跟踪系统可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号控制装置(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal ProcessingDevice,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微控制装置或其他电子元件实现，用于执行上述的相控阵超声焊缝跟踪方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的计算机可读存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述的相控阵超声焊缝跟踪方法的步骤。例如，该计算机可读存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由空调器的处理器执行以完成上述的相控阵超声焊缝跟踪方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种相控阵超声焊缝跟踪方法，其特征在于，包括：
获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；
在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，所述控制信号用于根据所述差值控制所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心；其中，所述相控阵超声波探头设置在所述探头调节装置上。
2.根据权利要求1所述的相控阵超声焊缝跟踪方法，其特征在于，还包括：
获取在所述相控阵超声焊缝跟踪系统位于初始检测位置时，所述工件焊缝处的初始最高回波扫查位置。
3.根据权利要求2所述的相控阵超声焊缝跟踪方法，其特征在于，所述的获取在所述相控阵超声焊缝跟踪系统位于初始检测位置时，所述工件焊缝处的初始最高回波扫查位置，包括：
确定在所述相控阵超声焊缝跟踪系统位于初始检测位置时，相控阵S扫界面上回波区域的边界范围内，与所述初始检测位置对应的初始最高回波；
根据所述初始最高回波的角度与声程，获得所述初始最高回波的初始水平位置数值，并将所述初始水平位置数值确定为所述初始最高回波扫查位置。
4.根据权利要求1所述的相控阵超声焊缝跟踪方法，其特征在于，所述的获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置，包括：
确定在所述相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，相控阵S扫界面上回波区域的边界范围内，与所述当前检测位置对应的当前最高回波；
根据所述当前最高回波的角度与声程，获得所述当前最高回波的当前水平位置数值，并将所述当前水平位置数值确定为所述当前最高回波扫查位置。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的相控阵超声焊缝跟踪方法，其特征在于，所述相控阵超声焊缝跟踪系统包括至少两组相控阵超声波探头，所述方法还包括：
分别获取至少两组所述相控阵超声波探头所对应的所述工件焊缝处的最高回波扫查位置，并以其中一组所述相控阵超声波探头所对应的所述工件焊缝处的最高回波扫查位置作为参考位置；
在其他所述相控阵超声波探头所对应的所述工件焊缝处的最高回波扫查位置与所述参考位置的偏离差值大于预设偏离差值时，发出提醒信号，所述提醒信号用于提醒更换故障的相控阵超声波探头。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的相控阵超声焊缝跟踪方法，其特征在于，还包括：
在所述当前最高回波扫查位置与所述初始最高回波扫查位置的差值大于或等于预设偏置值时，发出零值控制信号或不发出控制信号，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置维持在所述当前检测位置。
7.一种相控阵超声焊缝跟踪控制装置，其特征在于，应用于如权利要求1-6中任意一项所述的相控阵超声焊缝跟踪方法，所述控制装置包括：
当前最高回波扫查位置获取模块，用于获取在相控阵超声焊缝跟踪系统位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；
探头调节装置控制模块，用于在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，所述控制信号用于根据所述差值控制所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心；其中，所述相控阵超声波探头设置在所述探头调节装置上。
8.一种相控阵超声焊缝跟踪系统，其特征在于，包括走行机构、相控阵超声波探头、探头调节装置和控制设备；
所述相控阵超声波探头设置在所述探头调节装置上，所述探头调节装置设置在所述走行机构上，所述走行机构用于沿着工件焊缝移动，所述相控阵超声波探头用于向工件焊缝处发射超声波信号和接收超声回波信号；
所述控制设备，用于根据所述超声波信号和所述超声回波信号，获取在所述走行机构位于当前检测位置时，工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；以及，在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，发出控制信号，所述控制信号用于根据所述差值控制所述相控阵超声焊缝跟踪系统的探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声焊缝跟踪系统的相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心。
9.根据权利要求8所述的相控阵超声焊缝跟踪系统，其特征在于，所述控制设备包括上位机和下位机；
所述上位机，用于根据所述超声波信号和所述超声回波信号，获取在所述走行机构位于当前检测位置时，所述工件焊缝处的当前最高回波扫查位置；以及，在所述当前最高回波扫查位置与初始最高回波扫查位置的差值小于预设偏置值时，将所述差值发送至所述下位机；
所述下位机，与所述上位机通信连接，用于根据所述上位机发送的所述差值发出控制信号，所述控制信号用于控制所述探头调节装置反向补偿移动，以使所述相控阵超声波探头对准所述工件焊缝的中心。
10.根据权利要求8所述的相控阵超声焊缝跟踪系统，其特征在于，所述相控阵超声焊缝跟踪系统包括两组相控阵超声波探头，两组所述相控阵超声波探头分别设置在所述探头调节装置的两端，所述探头调节装置活动设置在所述走行机构上。
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