CN113049680A - 一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法，超声检测设备包括铜导条输送装置和超声检测装置，超声检测装置设置在铜导条输送装置的一侧；超声检测装置包括铜导条夹取装置、水槽、气泡刷组件和两个超声探头组，气泡刷组件和两个超声探头组分别设置在水槽中，两个超声探头组并排设置并且处于气泡刷组件的后方，铜导条夹取装置位于水槽一侧；各个超声探头组中均包括至少一个超声探头。这种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法能够快速准确地对挤压铜导条两端进行缺陷检测，提高超声检测效率与检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及超声检测领域，特别涉及一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法。
背景技术
挤压技术是金属材料工业生产、新材料制备及加工的重要方法，具有高效、优质、低能耗的工艺特点。金属材料经加热后通过挤压可以生产扁材、棒材、管材、线材及异型材等产品，也可以提供小规格的棒、管、型材的坯料。挤压法生产的金属材料制品，主要应用于各个工业部门（汽车工业、航空航天、电子电力、机械制造等）。其中，挤压铜导条是一种常见的挤压棒材。而在客货两用动力机车驱动电机转子的制造过程中就有用到挤压铜导条。
在铜导条的挤压加工中，由于挤压工艺参数的选择、生产过程控制、原料质量、挤压模选择等因素的影响，会导致铜导条产品出现各种缺陷。这些缺陷的存在，会导致挤压产品的强度降低、疲劳寿命低于合格产品、无法装配等等问题。而针对客货两用动力机车驱动电机转子用挤压铜导条，导条两端端部起60mm长的区域是否存在缺陷会影响整个电机转子的焊接性能和导电性能，所以工厂需要对生产的挤压铜导条产品两端端部起60mm长的区域进行缺陷检测。挤压铜导条日产量大，检测需求大，传统的人工检测方法通过工人手持移动探头对工件进行检测，检测效率低下且准确率低，存在局限性，已经不符合目前工厂的检测需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法，这种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法能够快速准确地对挤压铜导条两端进行缺陷检测，提高超声检测效率与检测精度。
为了解决上述技术问题，采用的技术方案如下：
一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：包括铜导条输送装置和超声检测装置，超声检测装置设置在铜导条输送装置的一侧；超声检测装置包括铜导条夹取装置、水槽、气泡刷组件和两个超声探头组，气泡刷组件和两个超声探头组分别设置在水槽中，两个超声探头组并排设置并且处于气泡刷组件的后方，铜导条夹取装置位于水槽一侧；各个超声探头组中均包括至少一个超声探头。
上述超声检测设备通常还包括控制装置。控制装置用于铜导条输送装置、铜导条夹取装置和各个超声探头的工作控制。控制装置可采用工控机。
上述超声检测装置通常还配置有超声卡和铜导条回收容器，超声卡负责进行超声信号的发射以及超声回波信号的采集，工作时超声卡通过超声探头组发射出超声信号并接收待检测铜导条反射的超声回波信号，将采集到的超声回波信号发送给控制装置。上述超声卡可采用PCIUT3100全功能超声卡，其PCI总线主板上集成了超声波脉冲发射/接收和A/D模数转换功能。铜导条回收容器用于将检测不合格的铜导条进行收纳。
上述超声检测装置的前后方向是根据铜导条检测时的顺序而定，铜导条先通过气泡刷组件去除气泡，后通过超声探头组进行超声检测。
上述超声检测设备中，先在水槽中充满耦合液（通常采用水），使气泡刷组件和两个超声探头组均浸在耦合液中；随后将铜导条放置到铜导条输送装置上，控制装置控制铜导条输送装置对铜导条进行输送，当铜导条输送到与超声检测装置相对应的位置时，控制装置控制铜导条夹取装置将铜导条夹起，并将铜导条伸入到水槽中，使铜导条浸在耦合液中；然后铜导条夹取装置带动铜导条在水槽中自前至后移动，铜导条先通过气泡刷组件去除铜导条表面的气泡，随后移动到超声探头组处，两个超声探头组中的超声探头分别对铜导条的两端发射超声信号，超声卡接收铜导条反射回的超声回波信号并将超声回波信号发送到控制装置中，控制装置依据预设的相关参数与算法，对超声回波信号进行处理计算，从而判断该铜导条的两端是否存在缺陷。根据检测结果，控制装置控制铜导条夹取装置进行对应操作，当铜导条检测合格时，铜导条夹取装置将铜导条重新放回到铜导条输送装置上，使铜导条能够通过铜导条输送装置继续向下一个工位输送；当铜导条检测不合格时，则铜导条夹取装置直接将铜导条丢弃（可将铜导条放入设于水槽一侧的铜导条回收容器中）。这种超声检测设备能够实现全自动铜导条检测，在对铜导条进行检测的整个过程中，铜导条都是位于耦合液中，能有效提高检测的准确度；在检测前能够通过气泡刷组件有效去除附着在铜导条表面的气泡，防止对检测结果产生不利影响；检测时，超声探头与铜导条不直接接触，对铜导条表面光洁度要求不高，有效提升检测准确度，并且超声探头不易磨损，能延长超声探头的使用寿命。
上述铜导条夹取装置可采用工业机器人，如六自由度工业机器人，采用的六自由度工业机器人的基本参数为：最远工作半径为1.65m，有效负载为20kg，位置重复精度为0.04mm，路径重复精度为0.14mm。在六自由度工业机器人的机械臂末端设有能够夹持铜导条的机器人末端执行器，由控制装置控制机器人末端执行器的动作。所述机器人末端执行器可以是一种由气缸驱动的机械爪（例如手指气缸，手指气缸具有两个夹爪），可以通过气缸驱动抓取和松开铜导条。一种具体方案中，手指气缸的两个夹爪上分别设有垫板；通常，垫板的形状与所需夹取的铜导条的形状相契合，可以在检测时稳定抓取铜导条而不产生晃动。
优选方案中，所述气泡刷组件包括两个气泡刷支架，两个气泡刷支架并排设置，并且两个气泡刷支架之间形成铜导条夹取装置通道；两个气泡刷支架上分别设有横向缺口，两个横向缺口位置相对应，并且两个横向缺口的开口方向均朝向铜导条夹取装置通道；气泡刷支架上设有上气泡刷和下气泡刷，上气泡刷的刷扫部自上方伸入到横向缺口中，下气泡刷的刷扫部自下方伸入到横向缺口中。铜导条夹取装置带动铜导条在水槽中移动并经过气泡刷支架时，铜导条夹取装置夹持铜导条的部位（例如上述机器人末端执行器）可以从铜导条夹取装置通道通过，铜导条从两个横向缺口通过，并且铜导条通过时，铜导条两端的上下表面分别与对应的上气泡刷和下气泡刷接触，将铜导条上下表面的气泡去除。上气泡刷、下气泡刷的刷扫部可以采用紧密排列的塑料刷毛构成，也可以采用软质片（如橡胶片、软质泡沫塑料等）构成。
进一步的优选方案中，各个所述气泡刷支架上还分别开有横向设置的上气泡刷座导向孔和下气泡刷座导向孔，所述上气泡刷包括上气泡刷座、上刷扫部、多个上螺栓和多个上螺母，上刷扫部安装在上气泡刷座上并自上方伸入到所述横向缺口中，上螺栓和上螺母的数量相同并且一一对应，上气泡刷座上开有多个上通孔，上螺栓依次穿过上气泡刷座导向孔和上通孔并与上螺母螺纹连接；所述下气泡刷包括下气泡刷座、下刷扫部、多个下螺栓和多个下螺母，下刷扫部安装在下气泡刷座上并自下方伸入到所述横向缺口中，下螺栓和下螺母的数量相同并且一一对应，下气泡刷座上开有多个下通孔，下螺栓依次穿过下气泡刷座导向孔和下通孔并与下螺母螺纹连接。上述横向与铜导条的长度方向相对应。通过这种设置，上气泡刷和下气泡刷可以根据铜导条的长度进行横向位置的调整，使上气泡刷和下气泡刷的位置能够与待检测的铜导条两端相对应。
优选方案中，所述水槽的后侧壁上设有滑轨和两个与滑轨滑动配合的滑块，滑轨横向设置，所述超声探头组还包括探头安装架，探头安装架与滑块固定连接，同一超声探头组中的各个超声探头均安装在对应的探头安装架中。根据所需检测铜导条的长度不同，可以通过滑块调整探头安装架的位置，使两个超声探头组的位置能够与待检测的铜导条两端相对应。上气泡刷座导向孔、下气泡刷座导向孔通常与滑轨相互平行。
优选方案中，所述超声探头采用水浸聚焦超声探头。采用的水浸聚焦超声探头的频率为15MHz、直径为0.5英寸。水浸聚焦探头可浸泡在水中，且能够减小盲区，提高信噪比，可实现近表面缺陷检测，检测结果重复性好，能有效提高检测速度。
优选方案中，各个所述超声探头组中超声探头的数量均为三个。通常，每个超声探头组中包含一个大焦距（焦距一般为100mm）的超声探头和两个小焦距（焦距一般为25mm）的超声探头，分别用于检测铜导条端部的芯部与上下近表面区域的缺陷。两个小焦距超声探头的位置分别位于铜导条端部的上表面上方和下表面下方，大焦距超声探头的位置位于铜导条端部的下表面下方。采用三个超声探头为一组的超声探头组，能够同时检测铜导条两端的上下近表面缺陷与铜导条芯部缺陷，提高了检测的效率，同时保障了检测区域的完整性，确保不会遗漏关键缺陷。
优选方案中，所述超声检测装置还包括耦合液循环装置，耦合液循环装置包括水箱、水泵和过滤器，水箱的出水口与水泵的进水口连通，水泵的出水口与所述水槽的进水口连通，水槽的出水口与水箱的进水口连通；过滤器安装在水泵的进水口处。耦合液循环装置能对水槽中的耦合液进行过滤和更换，使耦合液保持干净，避免对检测结果产生影响。
优选方案中，所述铜导条输送装置包括机架、输送机构、至少一个托盘和至少一个定位机构，输送机构安装在机架上，托盘放置在输送机构上并且在输送机构的带动下能够自前至后移动，定位机构包括阻挡器和能够驱动阻挡器进行位置切换的阻挡器位置切换装置，阻挡器位置切换装置安装在机架上；托盘的上表面开有多个依次排列的铜导条放置槽。
上述铜导条输送装置的前后方向是根据输送机构的输送托盘时的方向而定，先到达的位置为前，后到达的位置为后。
上述阻挡器位置切换装置能够驱动阻挡器在下述两个位置之间进行位置切换：在其中一个位置，阻挡器处在托盘的下方，此时阻挡器不会妨碍托盘的输送；在另一个位置，阻挡器整体或部分高于托盘的下表面，能够阻挡托盘继续向后移动，使托盘停留在预定位置。
上述铜导条输送装置中，托盘放置在输送机构上，输送机构将托盘自前至后输送；当托盘到达或即将到达与超声检测装置相对应的位置时，阻挡器位置切换装置切换阻挡器的位置，托盘与阻挡器接触从而被阻挡，托盘不再随输送机构移动，此时铜导条夹取装置可以进行相应工作；当超声检测完成后，阻挡器位置切换装置再次切换阻挡器的位置，阻挡器不再阻挡托盘，此时托盘可以随输送机构继续输送。
一种优选方案中，所述阻挡器位置切换装置为能够驱动阻挡器升降的阻挡器升降驱动装置，阻挡器升降驱动装置安装在所述机架上，阻挡器与阻挡器升降驱动装置的动力输出端传动连接，阻挡器升起时沿输送机构的输送方向处于托盘的后方。阻挡器升降驱动装置可以采用升降气缸，升降气缸的缸体安装在机架上，升降气缸的活塞杆朝上，阻挡器固定连接在升降气缸的活塞杆上。阻挡器升降驱动装置也可以采用升降电机、螺杆、升降座和导向杆相配合的方式，升降电机安装在机架上，升降电机的输出轴朝上，螺杆与升降电机的输出轴连接，升降座上设有螺孔和导向孔，升降座通过螺孔与螺杆相配合，并通过导向孔与导向杆相配合，阻挡器安装在升降座上。
另一种优选方案中，上述阻挡器位置切换装置包括摆动气缸，摆动气缸安装在所述机架上，摆动气缸的输出轴沿水平方向设置，阻挡器安装在摆动气缸的输出轴上。摆动气缸能够驱动其输出轴往复转动一定角度，从而实现阻挡器的位置切换。
上述阻挡器位置切换装置也可包括水平转轴和能够驱动水平转轴转动的旋转驱动装置，旋转驱动装置安装在所述机架上，阻挡器安装在水平转轴上。旋转驱动装置可采用气缸或电动机作为动力源。
优选方案中，所述托盘包括托盘底座和铜导条固定座，铜导条固定座安装在托盘底座的上表面上，所述铜导条放置槽开设在铜导条固定座的上表面上。
进一步的优选方案中，所述铜导条固定座包括至少两个条状固定件和至少两个条状放置件，条状固定件和条状放置件数量相同并且一一对应，各个条状固定件并排固定安装在所述托盘底座的上表面上，各个条状放置件可拆卸安装在对应的条状固定件上；条状放置件上设有多个沿条状放置件长度方向排列的凹槽，并且各个条状放置件上的凹槽数量相同且位置一一对应，所有条状放置件上相互对应的一组凹槽构成一个所述铜导条放置槽。根据需要检测的不同规格的铜导条，可以选择具有对应规格凹槽的条状放置件进行更换。通常，各条状放置件相互平行。
更进一步的优选方案中，所述铜导条固定座包括左右并排的两个条状固定件和左右并排的两个条状放置件，两个条状固定件和两个条状放置件均沿前后方向设置。优选所述条状放置件上的凹槽自前至后等间距排列。两个条状固定件之间形成的空隙及两个条状放置件之间形成的空隙，由于工业机器人取放铜导条时通常夹持铜导条的中部，因此上述空隙便于工业机器人从铜导条固定座上取出铜导条或将铜导条放置到铜导条固定座上。
上述铜导条输送装置的前后方向是根据铜导条的输送方向而定，铜导条在铜导条输送装置上先经过的位置为前，后经过的位置为后。
更进一步的优选方案中，所述条状放置件上凹槽的数量为十个。
更进一步的优选方案中，所述条状固定件为铝型材，所述条状放置件采用塑料制成。条状放置件采用塑料制成，成本较低。通常，条状固定件采用四周侧壁均具有凹槽的铝型材，上述铜导条固定座可以包括多个锁固螺栓和多个锁固螺母，条状放置件与条状固定件的连接方式也可以采用将锁固螺栓的头部处于凹槽中，使锁固螺栓的杆部伸出到凹槽外，条状放置件上的通孔可以穿过锁固螺栓，此时可以通过锁固螺母与锁固螺栓连接，将条状放置件锁紧；或者将锁固螺母放置在凹槽中，锁固螺栓穿过条状放置件上的通孔与锁固螺母相连接，从而将条状放置件锁紧。
进一步的优选方案中，所述托盘还包括两个L型挡水板，两个L型挡水板分别设置在铜导条固定座的两侧；L型挡水板由水平挡水板和竖立挡水板组成，竖立挡水板的下边沿与水平挡水板的内边沿一体连接，竖立挡水板与铜导条固定座对应侧的侧面连接，水平挡水板与托盘底座的上表面连接。由于铜导条在进行检测时，需要浸入耦合液中才能进行，通过在铜导条固定座的两侧分别设置L型挡水板，当铜导条检测完成后重新放回铜导条固定座上时，L型挡水板能够将铜导条上滴下的液体阻挡，避免液体滴落到输送机构或定位机构上。
在所述铜导条固定座包括至少两个条状固定件和至少两个条状放置件的情况下，各条状固定件均处在两个L型挡水板之间，两个所述L型挡水板的竖立挡水板分别与最外侧的两个条状固定件对应侧的侧面连接。
优选方案中，所述托盘的后侧面设有至少一个与阻挡器相对应的定位槽，定位槽与阻挡器的数量相同并且位置一一对应。阻挡器可以与托盘上的定位槽相配合，将托盘阻挡。
优选方案中，所述托盘的数量为多个，各个托盘沿输送机构的输送方向依次排列。
优选方案中，所述输送机构采用倍速链输送机。
一种采用上述超声检测设备进行挤压铜导条内部缺陷的超声检测方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将铜导条放置在铜导条输送装置进行输送，铜导条输送装置将铜导条输送到超声检测装置对应位置处；
（2）铜导条夹取装置将铜导条夹起，并将铜导条伸入到超声检测装置的水槽中，使铜导条浸在耦合液中；
（3）铜导条夹取装置带动铜导条在水槽中移动，铜导条通过气泡刷组件去除铜导条表面的气泡；
（4）铜导条夹取装置带动铜导条移动到超声探头组处，两个超声探头组分别对铜导条两端进行超声检测；
（5）根据检测结果，判断铜导条是否合格，铜导条夹取装置将检测合格的铜导条从水槽中移出后重新放回到铜导条输送装置上，或者将检测不合格的铜导条从水槽中移出后丢弃。
进行检测之前，在工控机中预先设置超声信号处理过程的相关参数；并向水槽中加入耦合剂（如水），直至水槽中的超声探头被完全淹没。
优选方案中，所述步骤（4）中，超声探头对铜导条两端进行超声检测时，超声探头对铜导条两端进行扫描；在扫描过程中，工控机控制超声卡进行超声信号的激励以及超声回波信号的采集，超声探头发射出超声信号并接收待检测铜导条反射的超声回波信号，并将超声回波信号发送给超声卡进行实时采集，超声卡将采集到的超声回波信号发送给工控机。工控机软件端依据预先设置相关参数与算法，对超声回波信号进行处理，判断待检测挤压铜导条的两端是否存在缺陷（不存在缺陷则判断为合格，存在缺陷则判断为不合格）。
优选方案中，所述步骤（4）中，超声探头对铜导条两端进行超声检测时，超声探头对铜导条的近表面区域和芯部进行检测。
进一步的优选方案中，各个所述超声探头组中超声探头的数量均为三个；所述步骤（4）中，两个超声探头组分别对铜导条两端进行超声检测时，铜导条夹取装置带动铜导条缓慢通过超声探头组，并以水平Z字型路径移动，直至两个超声探头组分别对铜导条两端端部起长度为60mm的区域进行扫描。
每个超声探头组中包含一个大焦距（焦距为100mm）的超声探头和两个小焦距（焦距为25mm）的超声探头，两个小焦距超声探头的位置分别位于铜导条端部的上表面上方和下表面下方，大焦距超声探头的位置位于铜导条端部的下表面下方，分别用于检测挤压铜导条端部的芯部与上下近表面区域的缺陷；进行扫描时，铜导条夹取装置带动铜导条缓慢通过超声探头组，此时三个超声探头同时对铜导条的芯部与上下近表面区域进行扫描；扫描过程中铜导条夹取装置带动铜导条在同一水平面上以水平Z字型路径往复移动，使得两个超声探头组分别完成铜导条两端端部起长度为60mm的矩形区域的扫描。
进一步的优选方案中，小焦距的超声探头对铜导条近表面区域进行扫描时采用表面聚焦技术。表面聚焦技术将声束聚集在挤压铜导条表面，可以增加表面缺陷反射信号的信噪比，同时表面回波宽度变窄，因此可以提高近表面缺陷的识别能力。
本发明的有益效果在于：这种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备及方法能够快速准确地对铜导条两端进行缺陷检测，提高超声检测效率与检测精度。
附图说明
图1为本发明实施例中超声检测设备的结构示意图；
图2为本发明实施例中超声检测装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中气泡刷组件的结构示意图；
图4本发明实施例中铜导条输送装置的结构示意图；
图5为图4中A位置的放大图；
图6为本发明实施例中托盘的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步描述：
如图1-6所示的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，包括铜导条输送装置1和超声检测装置2，超声检测装置2设置在铜导条输送装置1的一侧；超声检测装置2包括铜导条夹取装置201、水槽202、气泡刷组件203、铜导条回收容器204和两个超声探头组205，气泡刷组件203和两个超声探头组205分别设置在水槽202中，两个超声探头组205并排设置并且处于气泡刷组件203的后方，铜导条夹取装置201位于水槽202一侧；各个超声探头组205中均包括探头安装架2051和三个超声探头2052，水槽202的后侧壁上设有滑轨2021和两个与滑轨2021滑动配合的滑块2022，探头安装架2051与滑块2022固定连接，同一超声探头组205中的各个超声探头2052均安装在对应的探头安装架2051中。
上述超声检测设备还包括耦合液循环装置（图中看不见）。耦合液循环装置包括水箱、水泵和过滤器，水箱的出水口与水泵的进水口连通，水泵的出水口与水槽的进水口连通，水槽的出水口与水箱的进水口连通；过滤器安装在水泵的进水口处。
上述超声检测设备还包括控制装置（图中看不见）。控制装置用于铜导条输送装置1、铜导条夹取装置201和各个超声探头2052的工作控制。控制装置采用工控机。
上述超声检测装置2还配置有超声卡（图中看不见），超声卡负责进行超声信号的发射以及超声回波信号的采集，工作时超声卡通过超声探头组205发射出超声信号并接收待检测铜导条反射的超声回波信号，将采集到的超声回波信号发送给控制装置。上述超声卡采用PCIUT3100全功能超声卡，其PCI总线主板上集成了超声波脉冲发射/接收和A/D模数转换功能。
上述超声检测装置2的前后方向是根据铜导条检测时的顺序而定，铜导条先通过气泡刷组件203去除气泡，后通过超声探头组205进行超声检测。
上述超声检测设备中，先在水槽202中充满耦合液（通常采用水），使气泡刷组件203和两个超声探头组205均浸在耦合液中；随后将铜导条放置到铜导条输送装置1上，控制装置控制铜导条输送装置1对铜导条进行输送，当铜导条输送到与超声检测装置2相对应的位置时，控制装置控制铜导条夹取装置201将铜导条夹起，并将铜导条伸入到水槽202中，使铜导条浸在耦合液中；然后铜导条夹取装置201带动铜导条在水槽202中自前至后移动，铜导条先通过气泡刷组件203去除铜导条表面的气泡，随后移动到超声探头组205处，两个超声探头组205中的超声探头2052分别对铜导条的两端发射超声信号，超声卡接收铜导条反射回的超声回波信号并将超声回波信号发送到控制装置中，控制装置依据预设的相关参数与算法，对超声回波信号进行处理计算，从而判断该铜导条的两端是否存在缺陷。根据检测结果，控制装置控制铜导条夹取装置201进行对应操作，当铜导条检测合格时，铜导条夹取装置201将铜导条重新放回到铜导条输送装置1上，使铜导条能够通过铜导条输送装置1继续向下一个工位输送；当铜导条检测不合格时，则铜导条夹取装置201直接将铜导条丢弃（可将铜导条放入设于水槽202一侧的铜导条回收容器204中）。这种超声检测设备能够实现全自动铜导条检测，在对铜导条进行检测的整个过程中，铜导条都是位于耦合液中，能有效提高检测的准确度；在检测前能够通过气泡刷组件203有效去除附着在铜导条表面的气泡，防止对检测结果产生不利影响；检测时，超声探头2052与铜导条不直接接触，对铜导条表面光洁度要求不高，有效提升检测准确度，并且超声探头2052不易磨损，能延长超声探头2052的使用寿命。通常，每个超声探头组205中包含一个大焦距（焦距一般为100mm）的超声探头2052和两个小焦距（焦距一般为25mm）的超声探头2052，分别用于检测铜导条端部的芯部与上下近表面区域的缺陷。采用三个超声探头2052为一组的超声探头组205，能够同时检测铜导条两端的上下近表面缺陷与铜导条芯部缺陷，提高了检测的效率，同时保障了检测区域的完整性，确保不会遗漏关键缺陷。两个小焦距超声探头2052的位置分别位于铜导条端部的上表面上方和下表面下方，大焦距超声探头2052的位置位于铜导条端部的下表面下方。
上述铜导条夹取装置201可采用工业机器人，如六自由度工业机器人，采用的六自由度工业机器人的基本参数为：最远工作半径为1.65m，有效负载为20kg，位置重复精度为0.04mm，路径重复精度为0.14mm。在六自由度工业机器人的机械臂末端设有能够夹持铜导条的机器人末端执行器，由控制装置控制机器人末端执行器的动作。机器人末端执行器可以是一种由气缸驱动的机械爪（例如手指气缸，手指气缸具有两个夹爪），可以通过气缸驱动抓取和松开挤压铜导条。一种具体方案中，手指气缸的两个夹爪上分别设有垫板；通常，垫板的形状与所需夹取的铜导条的形状相契合，可以在检测时稳定抓取铜导条而不产生晃动。
气泡刷组件203包括两个气泡刷支架2031，两个气泡刷支架2031并排设置，并且两个气泡刷支架2031之间形成铜导条夹取装置通道2032；两个气泡刷支架2031上分别设有横向缺口2033，两个横向缺口2033位置相对应，并且两个横向缺口2033的开口方向均朝向铜导条夹取装置通道2032；气泡刷支架2031上设有上气泡刷20311、下气泡刷20312、上气泡刷座导向孔20313和下气泡刷座导向孔20314，上气泡刷20311包括上气泡刷座203111、上刷扫部203112、多个上螺栓（图中看不见）和多个上螺母203113，上刷扫部203112安装在上气泡刷座203111上并自上方伸入到横向缺口2033中，上螺栓和上螺母203113的数量相同并且一一对应，上气泡刷座203111上开有多个上通孔，上螺栓依次穿过上气泡刷座导向孔20313和上通孔并与上螺母203113螺纹连接；下气泡刷20312包括下气泡刷座203121、下刷扫部203122、多个下螺栓（图中看不见）和多个下螺母203123，下刷扫部203122安装在下气泡刷座203121上并自下方伸入到横向缺口2033中，下螺栓和下螺母203123的数量相同并且一一对应，下气泡刷座203121上开有多个下通孔，下螺栓依次穿过下气泡刷座导向孔20314和下通孔并与下螺母203123螺纹连接。铜导条夹取装置201带动铜导条在水槽202中移动并经过气泡刷支架2031时，铜导条夹取装置201夹持铜导条的部位（例如上述机器人末端执行器）可以从铜导条夹取装置通道2032通过，铜导条从两个横向缺口2033通过，并且铜导条通过时，铜导条两端的上下表面分别与对应的上气泡刷20311和下气泡刷20312接触，将铜导条上下表面的气泡去除。上气泡刷20311、下气泡刷20312的刷扫部采用软质片构成。
超声探头2052采用水浸聚焦超声探头2052。采用的水浸聚焦超声探头2052的频率为15MHz、直径为0.5英寸。水浸聚焦探头可浸泡在水中，且能够减小盲区，提高信噪比，可实现近表面缺陷检测，检测结果重复性好，能有效提高检测速度。
铜导条输送装置1包括机架101、输送机构102、多个托盘103和多个定位机构104，输送机构102安装在机架101上，托盘103放置在输送机构102上并且在输送机构102的带动下能够自前至后移动，定位机构104包括阻挡器1041和能够驱动阻挡器1041进行位置切换的阻挡器位置切换装置1042，阻挡器位置切换装置1042安装在机架101上；托盘103的上表面开有多个依次排列的铜导条放置槽。
上述铜导条输送装置1的前后方向是根据输送机构102的输送托盘103时的方向而定，先到达的位置为前，后到达的位置为后。
上述阻挡器位置切换装置1042能够驱动阻挡器1041在下述两个位置之间进行位置切换：在其中一个位置，阻挡器1041处在托盘103的下方，此时阻挡器1041不会妨碍托盘103的输送；在另一个位置，阻挡器1041整体或部分高于托盘103的下表面，能够阻挡托盘103继续向后移动，使托盘103停留在预定位置。
上述铜导条输送装置1中，托盘103放置在输送机构102上，输送机构102将托盘103自前至后输送；当托盘103到达或即将到达与超声检测装置2相对应的位置时，阻挡器位置切换装置1042切换阻挡器1041的位置，托盘103与阻挡器1041接触从而被阻挡，托盘103不再随输送机构102移动，此时铜导条夹取装置201可以进行相应工作；当超声检测完成后，阻挡器位置切换装置1042再次切换阻挡器1041的位置，阻挡器1041不再阻挡托盘103，此时托盘103可以随输送机构102继续输送。
阻挡器位置切换装置1042为能够驱动阻挡器1041升降的阻挡器升降驱动装置，阻挡器升降驱动装置安装在机架101上，阻挡器1041与阻挡器升降驱动装置的动力输出端传动连接，阻挡器1041升起时沿输送机构102的输送方向处于托盘103的后方。阻挡器升降驱动装置可以采用升降气缸，升降气缸的缸体安装在机架101上，升降气缸的活塞杆朝上，阻挡器1041固定连接在升降气缸的活塞杆上。
托盘103包括托盘底座1031、铜导条固定座1032和两个L型挡水板1033，两个L型挡水板1033分别设置在铜导条固定座1032的两侧；L型挡水板1033由水平挡水板10331和竖立挡水板10332组成，竖立挡水板10332的下边沿与水平挡水板10331的内边沿一体连接，竖立挡水板10332与铜导条固定座1032对应侧的侧面连接，水平挡水板10331与托盘底座1031的上表面连接；铜导条固定座1032包括两个左右并排的条状固定件10321和两个左右并排的条状放置件10322，条状固定件10321和条状放置件10322一一对应，各个条状固定件10321并排固定安装在托盘底座1031的上表面上，各个条状放置件10322可拆卸安装在对应的条状固定件10321上；条状放置件10322上设有多个沿条状放置件10322长度方向排列的凹槽103221，并且各个条状放置件10322上的凹槽103221数量相同且位置一一对应，所有条状放置件10322上相互对应的一组凹槽103221构成一个铜导条放置槽。根据需要检测的不同规格的铜导条，可以选择具有对应规格凹槽103221的条状放置件10322进行更换。各条状放置件10322相互平行。由于铜导条在进行检测时，需要浸入耦合液中才能进行，通过在铜导条固定座1032的两侧分别设置L型挡水板1033，当铜导条检测完成后重新放回铜导条固定座1032上时，L型挡水板1033能够将铜导条上滴下的液体阻挡，避免液体滴落到输送机构102或定位机构104上。
条状固定件10321为铝型材，条状放置件10322采用塑料制成。条状放置件10322采用塑料制成，成本较低。输送机构102采用倍速链输送机。
一种采用上述超声检测设备进行挤压铜导条内部缺陷的超声检测方法，包括以下步骤：
（1）将铜导条放置在铜导条输送装置1进行输送，铜导条输送装置1将铜导条输送到超声检测装置2对应位置处；
（2）铜导条夹取装置201将铜导条夹起，并将铜导条伸入到超声检测装置2的水槽202中，使铜导条浸在耦合液中；
（3）铜导条夹取装置201带动铜导条在水槽202中移动，铜导条通过气泡刷组件203去除铜导条表面的气泡；
（4）铜导条夹取装置201带动铜导条移动到超声探头组205处，两个超声探头组205分别对铜导条两端进行超声检测；
（5）根据检测结果，判断铜导条是否合格，铜导条夹取装置201将检测合格的铜导条从水槽202中移出后重新放回到铜导条输送装置1上，或者将检测不合格的铜导条从水槽202中移出后丢弃至铜导条回收容器204。
进行检测之前，在工控机中预先设置超声信号处理过程的相关参数；并向水槽202中加入耦合剂，直至水槽202中的超声探头2052被完全淹没。
步骤（4）中，超声探头2052对铜导条两端进行超声检测时，超声探头2052对铜导条两端进行扫描；在扫描过程中，工控机控制超声卡进行超声信号的激励以及超声回波信号的采集，超声探头2052发射出超声信号并接收待检测铜导条反射的超声回波信号，并将超声回波信号发送给超声卡进行实时采集，超声卡将采集到的超声回波信号发送给工控机。工控机软件端依据预先设置相关参数与算法，对超声回波信号进行处理，判断待检测挤压铜导条的两端是否存在缺陷（不存在缺陷则判断为合格，存在缺陷则判断为不合格）。
步骤（4）中，超声探头2052对铜导条两端进行超声检测时，超声探头2052对铜导条的近表面区域和芯部进行检测；步骤（4）中，两个超声探头组205分别对铜导条两端进行超声检测时，铜导条夹取装置201带动铜导条缓慢通过超声探头组205，并以水平Z字型路径移动，直至两个超声探头组205分别对铜导条两端端部起长度为60mm的区域进行扫描。
每个超声探头组205中包含一个大焦距（焦距为100mm）的超声探头2052和两个小焦距（焦距为25mm）的超声探头2052，分别用于检测挤压铜导条端部的芯部与上下近表面区域的缺陷；两个小焦距超声探头2052的位置分别位于铜导条端部的上表面上方和下表面下方，大焦距超声探头2052的位置位于铜导条端部的下表面下方；进行扫描时，铜导条夹取装置201带动铜导条缓慢通过超声探头组205，此时三个超声探头2052同时对铜导条的芯部与上下近表面区域进行扫描；扫描过程中铜导条夹取装置201带动铜导条在同一水平面上以水平Z字型路径来回移动，使得两个超声探头组205分别完成铜导条两端端部起长度为60mm的矩形区域的扫描。
小焦距的超声探头2052对铜导条近表面区域进行扫描时采用表面聚焦技术。表面聚焦技术将声束聚集在挤压铜导条表面，可以增加表面缺陷反射信号的信噪比，同时表面回波宽度变窄，因此可以提高近表面缺陷的识别能力。
Claims (10)
1.一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：包括铜导条输送装置和超声检测装置，超声检测装置设置在铜导条输送装置的一侧；超声检测装置包括铜导条夹取装置、水槽、气泡刷组件和两个超声探头组，气泡刷组件和两个超声探头组分别设置在水槽中，两个超声探头组并排设置并且处于气泡刷组件的后方，铜导条夹取装置位于水槽一侧；各个超声探头组中均包括至少一个超声探头。
2.如权利要求1所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：所述气泡刷组件包括两个气泡刷支架，两个气泡刷支架并排设置，并且两个气泡刷支架之间形成铜导条夹取装置通道；两个气泡刷支架上分别设有横向缺口，两个横向缺口位置相对应，并且两个横向缺口的开口方向均朝向铜导条夹取装置通道；气泡刷支架上设有上气泡刷和下气泡刷，上气泡刷的刷扫部自上方伸入到横向缺口中，下气泡刷的刷扫部自下方伸入到横向缺口中。
3.如权利要求2所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：各个所述气泡刷支架上还分别开有横向设置的上气泡刷座导向孔和下气泡刷座导向孔，所述上气泡刷包括上气泡刷座、上刷扫部、多个上螺栓和多个上螺母，上刷扫部安装在上气泡刷座上并自上方伸入到所述横向缺口中，上螺栓和上螺母的数量相同并且一一对应，上气泡刷座上开有多个上通孔，上螺栓依次穿过上气泡刷座导向孔和上通孔并与上螺母螺纹连接；所述下气泡刷包括下气泡刷座、下刷扫部、多个下螺栓和多个下螺母，下刷扫部安装在下气泡刷座上并自下方伸入到所述横向缺口中，下螺栓和下螺母的数量相同并且一一对应，下气泡刷座上开有多个下通孔，下螺栓依次穿过下气泡刷座导向孔和下通孔并与下螺母螺纹连接。
4.如权利要求1所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：所述水槽的后侧壁上设有滑轨和两个与滑轨滑动配合的滑块，滑轨横向设置，所述超声探头组还包括探头安装架，探头安装架与滑块固定连接，同一超声探头组中的各个超声探头均安装在对应的探头安装架中。
5.如权利要求1所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：所述超声探头采用水浸聚焦超声探头；各个所述超声探头组中超声探头的数量均为三个；所述超声检测装置还包括耦合液循环装置，耦合液循环装置包括水箱、水泵和过滤器，水箱的出水口与水泵的进水口连通，水泵的出水口与所述水槽的进水口连通，水槽的出水口与水箱的进水口连通；过滤器安装在水泵的进水口处。
6.如权利要求1所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：所述铜导条输送装置包括机架、输送机构、至少一个托盘和至少一个定位机构，输送机构安装在机架上，托盘放置在输送机构上并且在输送机构的带动下能够自前至后移动，定位机构包括阻挡器和能够驱动阻挡器进行位置切换的阻挡器位置切换装置，阻挡器位置切换装置安装在机架上；托盘的上表面开有多个依次排列的铜导条放置槽。
7.如权利要求6所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测设备，其特征在于：所述托盘包括托盘底座和铜导条固定座，铜导条固定座包括至少两个条状固定件和至少两个条状放置件，条状固定件和条状放置件数量相同并且一一对应，各个条状固定件并排固定安装在托盘底座的上表面上，各个条状放置件可拆卸安装在对应的条状固定件上；条状放置件上设有多个沿条状放置件长度方向排列的凹槽，并且各个条状放置件上的凹槽数量相同且位置一一对应，所有条状放置件上相互对应的一组凹槽构成一个所述铜导条放置槽。
8.一种采用权利要求1的超声检测设备进行挤压铜导条内部缺陷的超声检测方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将铜导条放置在铜导条输送装置进行输送，铜导条输送装置将铜导条输送到超声检测装置对应位置处；
（2）铜导条夹取装置将铜导条夹起，并将铜导条伸入到超声检测装置的水槽中，使铜导条浸在耦合液中；
（3）铜导条夹取装置带动铜导条在水槽中移动，铜导条通过气泡刷组件去除铜导条表面的气泡；
（4）铜导条夹取装置带动铜导条移动到超声探头组处，两个超声探头组分别对铜导条两端进行超声检测；
（5）根据检测结果，判断铜导条是否合格，铜导条夹取装置将检测合格的铜导条从水槽中移出后重新放回到铜导条输送装置上，或者将检测不合格的铜导条从水槽中移出后丢弃至铜导条回收容器。
9.如权利要求8所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测方法，其特征在于：所述步骤（4）中，超声探头对铜导条两端进行超声检测时，超声探头对铜导条的近表面区域和芯部进行检测。
10.如权利要求9所述的一种挤压铜导条内部缺陷的超声检测方法，其特征在于：各个所述超声探头组中超声探头的数量均为三个；同一超声探头组中，存在两个小焦距超声探头和一个大焦距超声探头；两个小焦距超声探头的位置分别位于铜导条端部的上表面上方和下表面下方，大焦距超声探头的位置位于铜导条端部的下表面下方；所述步骤（4）中，两个超声探头组分别对铜导条两端进行超声检测时，铜导条夹取装置带动铜导条缓慢通过超声探头组，并以水平Z字型路径移动，直至两个超声探头组分别对铜导条两端端部起长度为60mm的区域进行扫描。
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