CN112051330A - 超声板波自动检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超声板波自动检测系统，包括机械系统、多通道超声系统、控制系统及采集分析软件，包括机械系统包括机器人上下料子系统、板材ID识别子系统、板材定位子系统、机器人自动扫查子系统；多通道超声系统包括多通道探伤仪、板波探头、网络通讯总线、总线主板、电源板、I\O板、采集软件；控制系统包括PLC部件、总线电缆、伺服驱动器、DC‑Link连接器及编码器；采集分析软件包括通讯模块、超声分析模块、超声算法模块、软件框架模块及视觉分析模块。此套系统将运用于生产线上。整套系统包括机械扫查装置、电气控制系统、多通道超声仪和信号采集与分析软件，该系统采用板波检验技术，完成对板材的上料、检测、下料、分拣这一自动化工作过程。

Description

超声板波自动检测系统

技术领域

本发明具体涉及一种超声板波自动检测系统。

背景技术

对板材检测时现有的测方法大多是使用人工进行检测，但人工劳动强度大，易发生漏检误检，效率较低下，而且检测人员最终检测报告统计需要进一步统计，不能满足企业大批量、高质量的生产检测需求。利用机器人自动化检测能够极大的节约人工成本，提高企业生产检测效率。

机器人自动化检测是提高劳动生产率和改善劳动条件的有效措施和主要方法。随着我国产品质量的不断提高和生产规模的不断扩大，我国材料的质量要求也不断提高，需求量也不断增加，材料检测行业实现检测自动化势在必行。从产品检测的稳定性、人员劳动强度、安全生产、检测效率各方面进行比较,自动化检测方式有较大优势,也是检测方式的发展趋势。因此提出一种超声板波自动检测系统。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种超声板波自动检测系统，该超声板波自动检测系统可以很好地解决上述问题。

为达到上述要求，本发明采取的技术方案是：提供一种超声板波自动检测系统，该超声板波自动检测系统包括机械系统、多通道超声系统、控制系统及采集分析软件；包括机械系统包括机器人上下料子系统、板材ID识别子系统、板材定位子系统、机器人自动扫查子系统；多通道超声系统包括多通道探伤仪、板波探头、网络通讯总线、总线主板、电源板、I\O板、采集软件；控制系统包括PLC部件、总线电缆、伺服电机、伺服驱动器、DC-Link连接器及编码器；采集分析软件包括通讯模块、超声分析模块、超声算法模块、软件框架模块及视觉分析模块。

该超声板波自动检测系统具有的优点如下：

此套系统将运用于生产线上，整套系统包括机械扫查装置、电气控制系统、多通道超声仪和信号采集与分析软件，该系统采用板波检验技术，完成对板材的上料、检测、下料、分拣这一自动化工作过程。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示意性地示出了根据本申请一个实施例的超声板波自动检测系统的系框架图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。

在以下描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”、“示例”等等的引用表明如此描述的实施例或示例可以包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度，但并非每个实施例或示例都必然包括特定特征、结构、特性、性质、元素或限度。另外，重复使用短语“根据本申请的一个实施例”虽然有可能是指代相同实施例，但并非必然指代相同的实施例。

为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。

根据本申请的一个实施例，提供一种超声板波自动检测系统，如图1所示，包括机械系统、多通道超声系统、控制系统及采集分析软件。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的包括机械系统包括机器人上下料子系统、板材ID识别子系统、板材定位子系统、机器人自动扫查子系统。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的多通道超声系统包括多通道探伤仪、板波探头、网络通讯总线、总线主板、电源板、I\O板、采集软件。

所述控制系统包括PLC部件、总线电缆、伺服电机、伺服驱动器、DC-Link连接器及编码器。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的采集分析软件包括通讯模块、超声分析模块、超声算法模块、软件框架模块及视觉分析模块。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的机器人自动扫查子系统包括探头夹持组件、喷淋装置、吸水装置。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的板材ID识别子系统中包括视觉识别装置。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的机器人上下料子系统包括六轴机器人、板材抓取机构及传感器部件。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的PLC部件为西门子PLC部件。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的编码器为倍加福编码器。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的采集分析软件为VS VIEW采集分析软件。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统使用的板波探伤原理如下：a)板波波型

超声波在薄板中传播时形成板波，板波根据质点的振动方向不同分为SH波和兰姆波。

SH波是横波在薄板中传播的波，这时声波在薄板中各质点的振动方向平行于板的上下表面并垂直于波的传播方向。

兰姆波分为对称型(S型)和非对称型(A型)两种。对称型兰姆波的特点是薄板中心质点振动方向与波的传播方向一致，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相反并对称于中心。非对称型兰姆波的特点是薄板中心质点振动方向与波的传播方向垂直，上下表面质点作椭圆运动、振动相位相同并不对称。

b)产生机理

超声波探伤时有连续波和脉冲波两种，连续波时是单一频率，这时板波声速唯一，而脉冲波为触发脉冲加在探头上形成的有多个频率，这时板波声速有很多，称为群速度。在实际探伤时为方便起见，把脉冲波中振幅最大的频率及附近频率成分的群速度作为脉冲波的群速度，群速度与板中超声波频率、板厚及纵波声速、横波声速有关。

板波是利用纵波倾斜入射到薄板得到的，改变纵波入射角可得到不同类型的板波。为得到较强的板波，应使外加力的节奏与板中振动合拍，产生共振。当板中振幅最大的频率对应波长与探头有机楔块纵波波长相对应时，板的振动与探头有机楔块中的纵波振动产生共振。

这时有机楔块纵波入射角：

α＝arcsin(CL/CP)

其中：CL—探头有机楔块纵波波速；

CP—板中振幅最大的频率对应波速。

板波主要检测板厚与探头激发超声波波长相当的薄板或薄管内部缺陷。

因板波主要检测与波长相当板厚的薄板，因此只有当板厚、频率和声速满足一定关系时，板波才能顺利传播。

应用超声波探伤仪发射的波为脉冲波，因此探伤时有多种不同声速的波存在。从原理看，因存在多种声速，检测到的缺陷定量时幅值比其他方法要小，定位也比其他方法困难。

c)板波检测缺陷主要分布

薄板和薄管的内部缺陷主要有：分层、金属夹杂物、非金属夹杂物、裂纹等；

薄板和薄管的表面缺陷主要有：拉沟、折叠、裂纹等；

板波探伤就是要检测出这些缺陷。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统中使用的超声板波自动检测系统超声仪主机采用广东汕头超声电子股份有限公司生产的CTS-PA22X-4UT多通道超声仪。

CTS-PA22X系列是我司最新推出的相控阵及常规多通道超声二次开发平台，集成了电子、软件、信号处理、超声等多项先进技术，可广泛应用于管材、板材、轮轴轮对、叶片、曲轴等各种超声波检测系统之中。CTS-PA22X系列支持多种配置，用户可以根据需要，选择单纯相控阵配置、单纯多通道配置、相控阵与多通道集成配置。其中CTS-PA22X-4UT是一款单纯多通道配置，支持4个通道常规超声通道。CTS-PA22X提供了精心设计的二次开发接口，用户可在CTS-PA22X的基础上开发应用软件，增加自己特有的功能和界面，集成到自己的系统之中，形成各种专用检测系统。该系统提供全套客户端示例程序PA22X-DEMO源代码，该DEMO代码已具备基本的多通道超声功能，用户可参照DEMO代码进行二次开发，或直接在DEMO代码上增加功能进行开发。内部模块化设计，可根据用户需要提供多种配置，如单纯相控阵功能、单纯多通道功能、或相控阵和多通道集成功能。精心设计的二次编程接口，不仅编程简单直观，更支持人工调试，在编程之前，即可人工向CTS-PA22X发送指令，试验修改参数的效果。在需要更多检测位置的场合，可由一台监控主机连接多台CTS-PA22X，同时对所有CTS-PA22X进行控制和波形、图像监视，实现多部位同步联动检测。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统中使用的二次开发软件VSVIEW是基于CTS-PA22X-4UT开发的相控阵采集与分析软件，本软件以方便操作者使用为指导原则，初学者经过简单培训即可快速掌握操作方法。且具有如下特点：软件封装超声工艺，超声工艺事先设置完成，操作者无需人工设置工艺，降低了操作难度，普通操作人员即可完成超声信号的采集工作。软件集成控制系统，选择相应工件即可实现相应自动化检测流程的执行、监控和超声采集与分析。软件集成数据查找、筛选、记录、分析功能，实现工业自动化大数据检测任务。软件开发接口，超声检测系统可以把检测的所有数据资料完整的上传至工厂的MES系统，检测信息及时传递，数据存储中记录了超声检测系统检测过程产品所使用的型号规格，产品检测的缺陷数据和图像数据，以及产品在检测工序上的工作时间、操作人员等信息，传送至企业网络平台。为工厂物联网，智能制造打下基础。视觉识别系统，自动识别板材上数字喷标及人工手写号码，并与检测数据统一绑定，后期可快速追溯对应。双通道同时检测，效率大大提升。B扫视图成像，直观确定缺陷位置。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的性能特点如下：将所有检测数据信息进行数字化管理；把传统的事后质量处理转变成过程质量的实时监控跟踪；数据及质量信息自动上传到中心数据库，所有的过程无纸化电子信息传递；将超声检测系统纳入统一的管理；提供了产品信息的周期性统计分析和历史追溯性；打通了企业在质量检测数字化方面的瓶颈，让企业数字化管理更加完善。

软件根据日、月、年的数据采集统计分析，给出今日系统工作状态情况图、今日检测产品及缺陷汇总图、本月检测总体信息图、年检测情况图。

今日系统工作情况图显示了当日的超声相控阵检测系统工作情况，这包括了：

·正常开机工作检测的时间占比；

·正常开机后待机——缺料等待、工艺配置等待；

·开启PC电脑查看检测数据，系统电机电源未开启。

通过此图表可判断当日工作执勤率，更好的分配人员工作及设备的管理。

今日检测产品及缺陷汇总图中显示了产品的检测数量及缺陷情况，具体有：

·产品的各种规格数量；

·产品各种规格数量的良品与不良品占比；

·产品各种规格数量的良品与不良品具体数量。

通过此图表可清楚知晓当日检测的良品率、检测数量、产品规格数等，辅助管理者及工作者对当日检测产品情况非常清晰的认识，并快速的判断产品的适宜排产计划。

本月检测总体信息图中显示了本月检测产品的情况：

·检测数量汇总情况；

·每种规格数量占比情况；

·每种规格数量良品率情况。

通过本月检测总体信息图表可实现管理的智能化，更加准确、更加高效、更加科学。

年检测情况图中显示的是当年内该系统检测的总体情况：

·当年检测产品总量；

·当年检测产品各规格数量；

·当年检测产品各规格数量占比；

·当年检测产品各规格数量良品率；

·当年检测产品总量合格率。

年检测情况图表中非常详细记录了超声相控阵检测系统一年内的详细检测情况，可清楚的掌握设备的利用率、产品检测数量、合格率情况等，管理者通过该图表可判断当年该系统及使用人员的情况，优化改善检测过程，合理编排检测计划与检测进度。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统可以把检测的所有数据资料完整的上传至工厂的MES系统，记录了超声相控阵检测系统检测过程产品所使用的型号规格，产品检测的数据和结果以及产品在检测工序上的工作时间、人员等信息，MES系统拿到任务，并进行任务的合理分配。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的机械部分由上下料机械手、定位装置、扫查机械手及辅助设备构成。通过真空吸盘和气缸之间的配合，自动控制吸气放气来实现板材的抓取和放置。真空吸盘后置压力传感器，通过压力的变化实现板材的准确抓取和放置以及判定板材是否抓取完毕。自动上下料子系统包括一套6自由度机械手、伺服控制系统、专用供电电源模块、板材抓取机构、空压机等组成。在伺服控制系统的控制下，机械手按照设定的轨迹运动，通过抓取机构将板材搬运至指定检验区域进行超声扫查。板材抓取机构采用吸盘吸附的方式抓取工件，吸盘个数视板材的大小而定，一般设定为6～8个吸盘，抓取机构作为机械手的工具可灵活更换。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的视觉识别子系统：机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。板材来料每块上面有喷标，使用视觉识别系统来确定每块板的ID号，这样每块板材的扫查数据都可以和实际板材一一对应。自动识别板材上数字喷标及人工手写号码，并与检测数据统一绑定，后期可快速追溯对应。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的定位装置为一直角斜坡，通过重力作用板材一直角边定位到直角斜坡上，为后面的自动检测提供板材准确定位。定位斜坡挡板可采用塑胶材质，防止刮伤板材。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的自动扫查装置包括一套6自由度机械手、伺服控制系统、专用供电电源模块、探头夹持机构、耦合剂喷淋系统、耦合剂自动吸除系统等组成。在伺服控制系统的控制下，机械手按照设定的轨迹运动，通过夹持机构带动探头在板材表面运动进行超声扫查，在运动过程中启动耦合剂喷淋机构，润湿板材表面，通过耦合剂自动吸除系统(工业吸尘器)吸除耦合剂(残留的水)等。

探头夹持工装设计：

·采用分体式设计——机械爪和探头托盘。

·探头装在探头托盘内，探头托盘装在机械爪上。

机械爪带有压力弹簧，保证探头托盘能够与板材紧密结合。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的自动化控制系统采用目前市场上前沿的基于全集成TIA控制技术的方案—SIEMENS。制造行业中的创新系统解决方案——模块化控制器SIMATIC S7-1200控制器具有模块化、结构紧凑、功能全面等特点，适用于多种应用，能够保障现有投资的长期安全。控制器具有可扩展的灵活设计，符合工业通讯最高标准的通讯接口，以及全面的集成工艺功能，因此它可以作为一个组件集成在完整的综合自动化解决方案中。系统由西门子最新小型集成化逻辑控制系统S7-1200PLC与西门子运动控制单元SIMATIC V90与“倍加福”最新的旋转编码器组成。本次选用SIMATIC S7-1200控制器实现了模块化和紧凑型设计，功能强大、投资安全并且完全适合各种应用。可扩展性强、灵活度高的设计，可实现最高标准工业通信的通信接口以及一整套强大的集成技术功能，使该控制器成为完整、全面的自动化解决方案的重要组成部分。集成的PROFINET接口用于进行编程以及HMI和PLC-to-PLC通信。另外，该接口支持使用开放以太网协议的第三方设备。该接口具有自动纠错功能的RJ45连接器，并提供10/100兆比特/秒的数据传输速率。它支持多达16个以太网连接以及以下协议：TCP/IP native、ISO on TCP和S7通信。支持S7协议，可以直接将生产的每一个数据实时上传至服务器。

·集成组态、编程和调试。

·未经授权不能修改代码或过程量，提高操作的安全性。

·集成的通讯接口能够快速、简单的与设备建立链接，比如SIRIUS软启动器和RFID识别器。

·通过密码保护，未经授权的第三方无法打开你的程序和算法。

可以从Web服务器的“文件浏览器”页面打开、编辑、保存、重命名或删除数据日志文件。数据日志文件按照标准CSV格式存储。

为适应设备的可能各种情况，西门子的控制技术具有开放式的硬件平台，也可过搭配各种不同的总线模块实现第三方总线设备的兼容，可以完成对测控需要的各种信号的采集，西门子强大的一体化和开放式结构，适合于用户自主开发各种具有个性化的设备和生产线的应用，可以再满足用户的特殊需求的同时，完成工艺软件的开发和运行，并形成具有自主知识产权的功能库、软件包、系统设备等。

系统重要控制元件包括：

PLC控制器。采用西门子S7-1214控制器，扫描周期可达50us，响应速度快，支持PROFINET实时总线技术。

根据本申请的一个实施例，该超声板波自动检测系统的上下料机构和检测机构根据最大板子大小来确定，占地约为8m×8m。本方案由上下料机器人、抓取装置、扫查机器人、机械扫查装置、电气控制、多通道超声波探伤仪及超声信号采集分析软件组成。

以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。

Claims (7)

1.一种超声板波自动检测系统，其特征在于：包括机械系统、多通道超声系统、控制系统及采集分析软件；

所述包括机械系统包括机器人上下料子系统、板材ID识别子系统、板材定位子系统、机器人自动扫查子系统；

所述多通道超声系统包括多通道探伤仪、板波探头、网络通讯总线、总线主板、电源板、I\O板、采集软件；

所述控制系统包括PLC部件、总线电缆、伺服电机、伺服驱动器、DC-Link连接器及编码器；

所述采集分析软件包括通讯模块、超声分析模块、超声算法模块、软件框架模块及视觉分析模块。

2.根据权利要求1所述的超声板波自动检测系统，其特征在于：所述机器人自动扫查子系统包括探头夹持组件、喷淋装置、吸水装置。

3.根据权利要求1所述的超声板波自动检测系统，其特征在于：所述板材ID识别子系统中包括视觉识别装置。

4.根据权利要求1所述的超声板波自动检测系统，其特征在于：所述机器人上下料子系统包括六轴机器人、板材抓取机构及传感器部件。

5.根据权利要求1所述的超声板波自动检测系统，其特征在于：所述PLC部件为西门子PLC部件。

6.根据权利要求1所述的超声板波自动检测系统，其特征在于：所述编码器为倍加福编码器。

7.根据权利要求1所述的超声板波自动检测系统，其特征在于：所述采集分析软件为VSVIEW采集分析软件。

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