CN116953065B - 一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种不锈钢覆面焊缝缺陷定位方法，属于电磁检测技术领域。所述方法包括：定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，扫查设备上固定连接有交流电磁场检测探头；交流电磁场检测仪采集交流电磁场检测探头内传感器的检测信号，并将所述检测信号传输至定位软件；定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标。所述方法可解决相关技术中存在的手持检测探头沿着焊缝进行扫查致使检测速度不均匀，检测过程中存在干扰信号，缺陷定位结果准确性低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电磁检测技术领域，具体涉及一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法。
背景技术
核电项目对于不锈钢覆面焊缝的质量检验主要采用目视检测、液体渗透检测、射线检测结合真空盒检漏的技术手段。其中射线检测为“长期储水”水池必需的技术要求，但其工作量巨大、自动化程度低，辐射安全风险较大，且需要专用时间窗口和作业场所。
交流电磁场检测（Alternating Current Field Measurement-ACFM）技术是一种新兴的电磁无损检测技术，具有非接触测量、受提离影响小、绿色无污染等优势。ACFM技术利用检测探头在导电试件表面感应出均匀的电流，电流在缺陷周围产生扰动引起空间磁场畸变，通过检测传感器测量空间磁场畸变信号，从而实现缺陷的检测和评估。
传统ACFM检测过程通过手持检测探头沿着焊缝进行扫查，由于扫查方式为手动、焊缝表面凹凸不平等因素致使检测速度不均匀，检测过程中存在干扰信号，从而导致缺陷定位结果误差较大，无法实现缺陷的准确定位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的上述不足，提供一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，能消除检测探头的提离抖动、检测速度的变化等多种干扰因素对焊缝缺陷定位结果的影响，可提高焊缝缺陷定位结果的准确性，且相对于射线检测技术来说，无辐射、不需要专用时间窗口。
本发明提供一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，采用不锈钢覆面焊缝缺陷定位系统，所述定位系统包括交流电磁场检测探头、扫查设备、交流电磁场检测仪和定位软件，所述方法包括：定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，扫查设备上固定连接有交流电磁场检测探头；交流电磁场检测仪采集交流电磁场检测探头内传感器的检测信号，并将所述检测信号传输至定位软件；定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标。
优选地，所述扫查设备包括丝杠机构、步进电机。所述定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，具体包括：定位软件向扫查设备发送控制信号，控制信号包括脉冲信号和方向信号；扫查设备的步进电机根据控制信号作匀速旋转运动；扫查设备的丝杠机构将步进电机的匀速旋转运动转换为交流电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，步进电机的主轴与丝杠机构刚性连接。
优选地，在所述定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查之前，所述定位方法还包括：设置步进电机的步距角为第一角度，丝杠机构的导程为N；根据以下公式确定预设定位精度： P=N/f，其中，P为预设定位精度，f为脉冲信号的频率，f=360度/第一角度。
优选地，第一角度为1.8度，N为1毫米，预设定位精度P为5微米。
优选地，所述检测信号包括第一特征信号和第二特征信号。
所述定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标，具体包括：定位软件根据第一特征信号的波谷中心获取第一横坐标；定位软件根据第二特征信号的波峰和波谷分别获取第二横坐标和第三横坐标；定位软件根据脉冲信号与时间的关系，计算出交流电磁场检测探头匀速扫查过程中的位置坐标；定位软件根据匀速扫查过程中的位置坐标定位第一横坐标为焊缝缺陷的中心点、第二横坐标和第三横坐标分别为焊缝缺陷的两端坐标。
优选地，所述交流电磁场检测仪包括单片机、步进电机驱动器。
所述定位软件向扫查设备发送控制信号，具体包括：定位软件向单片机发送控制指令；单片机根据控制指令输出脉冲信号和方向信号给步进电机驱动器；步进电机驱动器根据脉冲信号和方向信号驱动扫查设备的步进电机转动。
优选地，方向信号包括正向信号和反向信号。
在所述定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标之后，所述定位方法还包括：电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝正向匀速扫查和反向匀速扫查；定位软件根据正向和反向的匀速扫查结果定位焊缝缺陷的坐标。
优选地，交流电磁场检测仪还包括视觉装置。视觉装置采集焊缝表面图像，并将焊缝表面图像传输至定位软件，以使定位软件验证焊缝缺陷的坐标是否准确。
本发明的不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，且扫查设备上安装有交流电磁场检测探头，从而获得匀速的扫查结果，且根据扫查结果得到的缺陷定位结果的准确性与预设定位精度相关，预设定位精度越高，缺陷定位结果的准确性越高。因此，本发明焊缝缺陷的定位方法可排除检测探头的提离抖动、检测速度的变化等多种干扰因素对定位结果的影响，提高了缺陷定位的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例1的一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，采用不锈钢覆面焊缝缺陷定位系统，所述定位系统包括交流电磁场检测探头、扫查设备、交流电磁场检测仪和定位软件，所述方法包括：
步骤101，定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，扫查设备上固定连接有交流电磁场检测探头。
本实施例中，定位软件与扫查设备电连接，定位软件可以是位于上位机上的模块，定位软件可下达控制指令，并生成相应的控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，即交流电磁场检测探头对焊缝进行匀速检测。基于自动控制的匀速扫查方式可消除手持检测探头方式中存在提离抖动及检测速度不均匀的干扰因素，从而提高缺陷定位结果的准确性。
可选地，所述扫查设备包括丝杠机构、步进电机。
所述定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，具体包括：定位软件向扫查设备发送控制信号，控制信号包括脉冲信号和方向信号；扫查设备的步进电机根据控制信号作匀速旋转运动；扫查设备的丝杠机构将步进电机的匀速旋转运动转换为交流电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，步进电机的主轴与丝杠机构刚性连接。
本实施例中，步进电机接收到1个脉冲信号和正向信号，步进电机的主轴沿正向转动一个固定的角度，丝杠机构将步进电机的匀速旋转运动转换为交流电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查。例如，脉冲信号的频率为200Hz，即一秒钟发送200个脉冲，步进电机转动一周360°，交流电磁场检测探头前进1毫米。当脉冲频率保持不变时，交流电磁场检测探头沿着焊缝及指定方向以1毫米/秒的速度进行匀速扫查。由于焊缝多为直线型，通过丝杠机构与步进电机的组合，实现交流电磁场检测探头基于预设定位精度沿指定方向及不锈钢覆面焊缝作匀速直线扫查，该结构简便易控制。
可选地，所述交流电磁场检测仪包括单片机、步进电机驱动器。
所述定位软件向扫查设备发送控制信号，具体包括：定位软件向单片机发送控制指令；单片机根据控制指令输出脉冲信号和方向信号给步进电机驱动器；步进电机驱动器根据脉冲信号和方向信号驱动扫查设备的步进电机转动。
本实施例中，定位软件与单片机电连接，单片机与步进电机驱动器电连接。单片机的型号如STM32。通过定位软件控制单片机发送脉冲信号的频率，从而控制步进电机的旋转速度，进而控制交流电磁场检测探头的扫查速度。该控制方式简便、控制参数易调整、且可靠性高。
可选地，在所述定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查之前，所述定位方法还包括：设置步进电机的步距角为第一角度，丝杠机构的导程为N；根据以下公式确定预设定位精度：P=N/f，其中，P为预设定位精度，f为脉冲信号的频率，f=360度/第一角度。
本实施例中，若设置第一角度为1.8度，N为1毫米，预设定位精度P为5微米。两相的步进电机的步距角为1.8°，即步进电机每收到步进电机驱动器传送的1个脉冲信号，步进电机的主轴旋转1.8°，因此步进电机驱动器每发送200个脉冲，步进电机的主轴旋转一周。步进电机的主轴与扫查设备的丝杠机构为刚性连接，丝杠机构的导程为1毫米，因此步进电机驱动器每发送一个脉冲，步进电机的主轴旋转1.8°，相应的丝杠机构旋转1.8°，丝杠螺母前进1/200毫米，即交流电磁场检测探头前进1/200毫米，扫查设备的预设定位精度为5微米。若设置第一角度为0.9度，N为1毫米，则预设定位精度P为2.5微米。当预设定位精度越高，即定位精度取值越小，焊缝缺陷的定位结果的准确性越高。例如，预设定位精度为2.5微米的焊缝定位结果的准确性高于5微米预设定位精度的焊缝定位结果。
步骤102，交流电磁场检测仪采集交流电磁场检测探头内传感器的检测信号，并将所述检测信号传输至定位软件。
本实施例中，交流电磁场检测仪与定位软件电连接，交流电磁场检测仪可传输或显示所采集的检测信号。
步骤103，定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标。
本实施例中，检测信号的横坐标为采样点，设置采样点与脉冲信号相关，纵坐标为电压值，所述电压值与电磁强度正相关。所述检测信号包括第一特征信号和第二特征信号。第一特征信号为平行于不锈钢覆面（与交流电磁场检测探头的扫查方向平行）的磁场信号，第二特征信号为垂直于不锈钢覆面的磁场信号。
具体地，所述定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标包括：定位软件根据第一特征信号的波谷中心获取第一横坐标；定位软件根据第二特征信号的波峰和波谷分别获取第二横坐标和第三横坐标；定位软件根据脉冲信号与时间的关系，计算出交流电磁场检测探头匀速扫查过程中的位置坐标；定位软件根据匀速扫查过程中的位置坐标定位第一横坐标为焊缝缺陷的中心点、第二横坐标和第三横坐标分别为焊缝缺陷的两端坐标。
本实施例中，根据定位软件记录的脉冲数，计算交流电磁场检测探头的位置，作为第一特征信号和第二特征信号的横坐标，从而实现焊缝缺陷的精确定位。具体地，通过定位软件控制计数器实现脉冲数记录的功能，若第一角度为1.8度，在每一个脉冲信号的上升沿，计数器自动进行加一的操作，即交流电磁场检测探头行进了1/200=0.005毫米，计数器延时时间为100毫秒，即每经过100毫秒，读取一次计数器的值，同时存储在位置数组[0，0.005，0.01，...]中，作为绘图曲线的横坐标，曲线纵坐标为电压值，故最大定位误差为0.005毫米，即5微米。本实施的焊缝缺陷的中心位置为第一特征信号的波谷中心对应的横坐标，焊缝缺陷的两端位置为第二特征信号的波峰和波谷分别对应的横坐标。当预设定位精度越高，即最大定位误差越小，缺陷定位结果的准确性越高。
可选地，方向信号包括正向信号和反向信号。
在所述定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标之后，所述定位方法还包括：电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝正向匀速扫查和反向匀速扫查；定位软件根据正向和反向的匀速扫查结果定位焊缝缺陷的坐标。
本实施例中，一次扫查过程包含正向扫查和反向扫查各一次，结合两次扫查结果完成缺陷的定位，可降低缺陷误判率。
可选地，交流电磁场检测仪还包括视觉装置。
视觉装置采集焊缝表面图像，并将焊缝表面图像传输至定位软件，以使定位软件验证焊缝缺陷的坐标是否准确。
本实施例中，基于电磁检测及图像检测定位焊缝缺陷，可降低缺陷误判率，从而进一步提高定位结果的准确性。
本实施例的不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，基于自动控制的匀速扫查方式可消除手持检测探头方式中存在提离抖动及检测速度不均匀的干扰因素，从而提高缺陷定位结果的准确性。由于焊缝多为直线型，通过丝杠机构与步进电机的组合，实现交流电磁场检测探头基于预设定位精度沿指定方向及不锈钢覆面焊缝作匀速直线扫查，该结构简便易控制。通过定位软件控制单片机发送脉冲信号的频率，从而控制步进电机的旋转速度，进而控制交流电磁场检测探头的扫查速度。该控制方式简便、控制参数易调整、且可靠性高。当预设定位精度越高，即定位精度取值越小，焊缝缺陷的定位结果的准确性越高。一次扫查过程包含正向扫查和反向扫查各一次，结合两次扫查结果完成缺陷的定位，可降低缺陷误判率。基于电磁检测及图像检测定位焊缝缺陷，可降低缺陷误判率，从而进一步提高定位结果的准确性。
实施例2
本实施例提供一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，包括：
S1，通过定位软件给STM32单片机发送控制指令，单片机输出控制脉冲和方向信号到步进电机驱动器，驱动器接收到信号后控制步进电机转动；
S2，电机转动的同时，丝杠运动带动滑块作直线运动，交流电磁场-视觉检测探头固定在扫查设备的探头夹具上随滑块同步运动；
S3，两相步进电机的步距角为1.8°，即电机每收到驱动器传来的1个脉冲，主轴旋转1.8°，因此驱动器每发送200个脉冲，电机主轴旋转一周。电机主轴与扫查设备丝杠为刚性连接，丝杠导程为1mm，因此驱动器每发送一个脉冲，电机主轴旋转1.8°，相应的丝杠旋转1.8°，丝杠螺母前进1/200mm，即检测探头前进1/200mm，扫查设备的定位精度为5μm；
S4，检测探头运动的同时，交流电磁场检测仪采集探头内部传感器的检测信号以及焊缝表面图像，通过定位软件对第一特征信号、第二特征信号，以及焊缝图像进行显示；
S5，根据定位软件记录的脉冲数，计算检测探头的位置，作为第一特征信号、第二特征信号的横坐标，从而实现缺陷的精确定位；
S6，电机正向转动带动检测探头完成一次正向检测后停止，通过定位软件控制电机反向转动带动探头再进行一次反向检测后再停止，即一次检测过程包含正向检测和反向检测各一次，结合两次检测结果以及焊缝表面图像，可最大程度降低缺陷误判率。
本实施例的不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，利用定位软件控制单片机，进而控制扫查设备，可实现交流电磁场-视觉复合检测探头沿焊缝的匀速扫查，根据定位软件记录的脉冲数，可实现对探头位置的精确定位，结合检测信号第一特征信号、第二特征信号的特征以及焊缝图像，从而实现缺陷的精确定位。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，其特征在于，采用不锈钢覆面焊缝缺陷定位系统，所述定位系统包括交流电磁场检测探头、扫查设备、交流电磁场检测仪和定位软件，所述方法包括：
定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，扫查设备上固定连接有交流电磁场检测探头；
交流电磁场检测仪采集交流电磁场检测探头内传感器的检测信号，并将所述检测信号传输至定位软件；
定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标，
其中，在所述定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查之前，所述方法还包括：
设置步进电机的步距角为第一角度，丝杠机构的导程为N；
根据以下公式确定预设定位精度：
P=N/f，
其中，P为预设定位精度，f为脉冲信号的频率，f=360度/第一角度，第一角度为1.8度，N为1毫米，交流电磁场检测仪的步进电机驱动器每发送一个脉冲，扫查设备的步进电机的主轴旋转1.8°，扫查设备的丝杠机构旋转1.8°，丝杠螺母前进1/200毫米，交流电磁场检测探头前进1/200毫米，预设定位精度P为5微米，
所述检测信号包括第一特征信号和第二特征信号，
所述定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标，具体包括：
定位软件根据第一特征信号的波谷中心获取第一横坐标；
定位软件根据第二特征信号的波峰和波谷分别获取第二横坐标和第三横坐标；
定位软件根据脉冲信号与时间的关系，计算出交流电磁场检测探头匀速扫查过程中的位置坐标；
定位软件根据匀速扫查过程中的位置坐标定位第一横坐标为焊缝缺陷的中心点、第二横坐标和第三横坐标分别为焊缝缺陷的两端坐标，
方向信号包括正向信号和反向信号，
在所述定位软件根据所述检测信号和控制信号定位焊缝缺陷的坐标之后，所述方法还包括：
电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝正向匀速扫查和反向匀速扫查；
定位软件根据正向和反向的匀速扫查结果定位焊缝缺陷的坐标。
2.根据权利要求1所述的不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，其特征在于，所述扫查设备包括丝杠机构、步进电机，
所述定位软件通过控制信号控制扫查设备基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，具体包括：
定位软件向扫查设备发送控制信号，控制信号包括脉冲信号和方向信号；
扫查设备的步进电机根据控制信号作匀速旋转运动；
扫查设备的丝杠机构将步进电机的匀速旋转运动转换为交流电磁场检测探头基于预设定位精度沿不锈钢覆面焊缝匀速扫查，其中，步进电机的主轴与丝杠机构刚性连接。
3.根据权利要求1所述的不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，其特征在于，所述交流电磁场检测仪包括单片机、步进电机驱动器，
所述定位软件向扫查设备发送控制信号，具体包括：
定位软件向单片机发送控制指令；
单片机根据控制指令输出脉冲信号和方向信号给步进电机驱动器；
步进电机驱动器根据脉冲信号和方向信号驱动扫查设备的步进电机转动。
4.根据权利要求1所述的不锈钢覆面焊缝缺陷的定位方法，其特征在于，交流电磁场检测仪还包括视觉装置，
视觉装置采集焊缝表面图像，并将焊缝表面图像传输至定位软件，以使定位软件验证焊缝缺陷的坐标是否准确。
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