CN117030857A - 一种基于相控超声波的刀具探伤方法及相关设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于相控超声波的刀具探伤方法及相关设备，涉及智能制造技术领域，所述方法包括：基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像，其中，所述相控阵超声波传感器中包括多个超声探头晶片；获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。本发明可有效检测和评估刀具缺陷，提高探伤的准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种基于相控超声波的刀具探伤方法及相关设备。
背景技术
随着生产过程自动化、系统化要求的日益增长，智能制造系统技术可靠性和有效性越来越作为重要部分。尤其是刀具缺陷检测在智能制造系统的生产中更需要可靠性和有效性。
传统的刀具缺陷检测方法多采用目视检测，但是目视检查无法有效检测刀具的微小缺陷或损伤。
发明内容
本发明提供一种基于相控超声波的刀具探伤方法及相关设备，用以解决现有技术中无法有效检测刀具微小缺陷或损伤的缺陷，实现基于相控阵超声波传感器发出的超声波束来探测待测刀具的损伤。
本发明提供一种基于相控超声波的刀具探伤方法，包括：
基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像，其中，所述相控阵超声波传感器中包括多个超声探头晶片；
获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
根据本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，所述基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像，包括：
控制所述相控阵超声波传感器中的发射阵元中的各个晶片依次按预先规定的延迟时间被激发以向所述待测刀具发出超声波束；
控制所述相控阵超声波传感器中的接收阵元接收所述待测刀具内部反射的回波信号；
根据所述超声波束与所述回波信号，得到所述待测刀具的使用图像。
根据本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，所述根据所述超声波束与所述回波信号，得到所述待测刀具的使用图像，包括：
获取所述超声波束与所述回波信号之间信号幅值差异、时间延迟以及相位差异；
基于所述信号幅值差异、所述时间延迟以及所述相位差异，生成所述待测刀具的使用图像。
根据本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，所述基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，包括：
将所述初始图像与所述使用图像进行比较，确定所述初始图像与所述使用图像之间的差异信息；
基于所述差异信息得到所述待测刀具的探伤结果。
根据本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，所述基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描之前，还包括：
获取所述待测刀具的尺寸信息；
基于所述尺寸信息，控制液体循环系统工作，并控制所述液体循环系统中的液体将所述待测刀具浸没，所述相控阵超声波传感器位于所述液体循环系统的液体中。
根据本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，还包括：
控制喷淋系统工作，基于所述喷淋系统向所述待测刀具的表面喷射清洗液体，并获取清洗结果。
根据本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，所述获取清洗结果之后，还包括：
根据所述探伤结果与所述清洗结果，调整所述相控阵超声波传感器和/或所述喷淋系统的工作参数。
第二方面，本发明实施例还提供一种基于相控超声波的刀具探伤系统，其中，包括：
波束扫描模块，用于基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像；
图像获取模块，用于获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
探伤模块，用于基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一种所述基于相控超声波的刀具探伤方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于相控超声波的刀具探伤方法。
本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法及相关设备，通过基于预设的相控阵超声波传感器对所述待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像。然后，基于所述使用图像，确定所述待测刀具的损伤，得到所述待测刀具的探伤结果。本发明可基于相控阵超声波传感器发出的超声波束来探测待测刀具的使用图像，并确定出待测刀具的损伤，以便有效检测和评估刀具缺陷，提高探伤的准确性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤方法的流程示意图；
图2是本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤系统的结构示意图；
图3是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
下面结合图1描述本发明的基于相控超声波的刀具探伤方法，本实施例首先获取待测刀具，基于预设的相控阵超声波传感器对所述待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像。然后，基于所述使用图像，确定所述待测刀具的损伤，得到所述待测刀具的探伤结果。本发明可基于相控阵超声波传感器发出的超声波束来探测待测刀具的使用图像，并确定出待测刀具的损伤，以便有效检测和评估刀具内部缺陷，提高探伤的准确性和可靠性。
本实施例的基于相控超声波的刀具探伤方法可应用于终端设备中。所述终端设备可为电脑、手机以及智能电视等智能化产品终端，所述基于相控超声波的刀具探伤方法还可应用于数控机床设备，该数控机床设备中搭载终端设备，所述终端设备可为数控机床设备中的智能中控系统。在具体应用时，如图1所示，本实施例的基于相控超声波的刀具探伤方法包括如下步骤：
S100、获取待测刀具，基于预设的相控阵超声波传感器对所述待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像，其中，所述相控阵超声波传感器中包括多个超声探头晶片。
本实施例的终端设备首先获取待测刀具，确定该待测刀具的位置信息，然后基于预设的相控阵超声波传感器对所述待测刀具进行波束扫描，该波束扫描为通过超声波束来对待测刀具进行内部探测，构建出该待测刀具的使用图像。
在一种实现方式中，本实施例在进行波束扫描时包括如下步骤：
控制所述相控阵超声波传感器中的发射阵元中的各个晶片依次按预先规定的延迟时间被激发以向所述待测刀具发出超声波束；
控制所述相控阵超声波传感器中的接收阵元接收所述待测刀具内部反射的回波信号；
根据所述超声波束与所述回波信号，得到所述待测刀具的使用图像。
具体地，本实施例预先设置液体浸没系统，液体浸没系统中设置有浸没槽，该浸没槽中装有液体，该液体浸没系统可容纳不同尺寸、不同形状且不同类型的待测刀具。该液体浸没系统包括液体供给和排放管道、泵以及循环过滤系统，确保液体能够循环流动并保持清洁状态。在具体应用时，待探测刀具放置在浸没槽中，并且浸没槽中的液体将待测刀具完全浸没，由于液体完全浸没待测刀具，且液体浸没系统的液体是循环流动的，因此就可使得待测刀具表面的切削屑、油污和残留物脱离，达到初步清洗的效果。因此，本实施例可首先获取所述待测刀具的尺寸信息。然后基于所述尺寸信息，控制液体循环系统工作，并控制所述液体循环系统中的液体将所述待测刀具浸没。通过将待测刀具浸没在液体中，超声波探测可以更准确地获取待测刀具内部的信息，同时清洗液体可以更彻底地清洁刀具表面。这种方法可以提高探测和清洗的效果，并减少刀具表面残留物的影响。
当待测刀具位于浸没槽之后，使用专用的夹具将所述待测刀具固定在浸没槽之中并保持稳定。本实施例在浸没槽中安装相控阵超声波传感器，该相控阵超声波传感器可发出超声波束，用于对待测刀具进行波束扫描，以探测出待测刀具的内部结构。相控阵超声波传感器是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射（或接收）脉冲的不同延迟时间，改变声波到达（或来自）物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。
基于此，本实施例可控制所述相控阵超声波传感器中的发射阵元向所述待测刀具发出超声波束。然后，控制所述相控阵超声波传感器中的接收阵元接收所述待测刀具反射的回波信号。接着，获取所述超声波束与所述回波信号之间信号幅值差异、时间延迟以及相位差异。然后，基于所述信号幅值差异、所述时间延迟以及所述相位差异，生成所述待测刀具的使用图像。本实施例的使用图像反映的是待测刀具的结构，也就是反映待测刀具的形状以及尺寸。本实施例的使用图像可为待测刀具的二维或三维成像图像，将其显示在监视器上供操作人员观察和评估。
S200、获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态。
S300、基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
当得到使用图像后，可对该使用图像进行分析，从该使用图像中确定待测刀具的损伤，进而得到所述待测刀具的探伤结果。
在一种实现方式中，基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，具体包括：
将所述初始图像与所述使用图像进行比较，确定所述初始图像与所述使用图像之间的差异信息；
基于所述差异信息得到所述待测刀具的探伤结果。
具体地，本实施例首先获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映的是所述待测刀具的原始形状与原始尺寸。该待测刀具的初始图像可从该待测刀具使用手册或者操作说明书中获取，或者所述初始图像可以是从在所述待测刀具没有被使用时，采用相控超声波成像得到。基于该初始图像，确定出待测刀具的原始形状和原始尺寸是待测刀具没有使用以及没有任何磨损下的形状与尺寸。因此，当将所述初始图像与所述使用图像进行比较，确定所述初始图像与所述使用图像之间的差异信息，该差异信息反映的就是原始形状与当前形状之间的差异和/或原始尺寸与当前尺寸之间的差异，而这些差异信息体现的就是待测刀具的磨损或者变形，也就是待测刀具的缺陷，因此当得到这些差异信息后，本实施例就可以将所述差异信息作为所述待测刀具的损伤。基于这些损伤，就可以对该损伤进行分析，进而得到待测刀具的探伤结果。
在一种首先方式中，本实施例可对损伤进行图像分析或者尺寸分析，比如，确定损伤的面积大小，并基于该损伤的面积大小确定该损伤相对于整个待测刀具的表面积占比，确定损伤对应的缺陷等级，进而基于该缺陷等级来确定探伤结果，此时，探伤结果就可以反映出此时待测刀具的缺陷等级。同理，本实施例还可以确定损伤的长度信息，然后基于该长度信息来匹配出对应的缺陷等级，当长度信息越长，则对应的缺陷等级也就越高，当得到损伤对应的缺陷等级，也就得到了对应的探伤结果。此外，在其他实现方式中，本实施例还可以对损伤进行分类，不同类型的损伤对应的缺陷等级也不一样，比如，当损伤为裂缝，对应的缺陷等级为三级；当损伤为局部磨损，对应的缺陷等级为二级；当损伤为局部变形，对应的缺陷等级为一级，基于此，也可以确定待测刀具的探伤结果。操作人员还可以根据使用图像中的探伤结果，判断待测刀具的健康状态，并采取相应的措施，如修复或更换。
由于本实施例使用的是相控阵超声波传感器来进行待测刀具的探伤，而当相控阵超声波传感器发出超声波信号时，该超声波信号的震动也可以将待测刀具的内部污物脱落，从而实现对待测刀具的清洗，提高刀具性能和使用寿命。也就是说声，本发明提供的方法，可以同时实现对刀具的探伤和清洗。并且，本实施例还可以实时对清洗过程进行监控，从而得到待测刀具的清洗结果，该清洗结果反映的是待测刀具的清洁度。
此外，在其他实现方式中，本实施例还设置有喷淋系统，在清洗时，可控制喷淋系统工作，基于所述喷淋系统向所述待测刀具的表面喷射清洗液体。本实施例的喷淋系统的喷射力和流动可以清洁刀具表面的污物和残留物，并且清洗液体在液体循环系统的支持下循环流动，从而确保待测刀具表面始终处于清洁状态。
本实施例在得到探伤结果和清洗结果后，还可通过控制界面，使得操作人员可以实时监控待测刀具的探伤结果和清洗结果，进而根据所述探伤结果与所述清洗结果，调整所述相控阵超声波传感器和/或所述喷淋系统的工作参数。例如，增加清洗液体的喷射强度或调整超声波探测的参数。此外，本实施例还可将相控阵超声波探伤系统与自动换刀机床集成，实现自动化的清洗和探伤过程，提高生产效率。
综上，本实施例首先获取待测刀具，基于预设的相控阵超声波传感器对所述待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像。然后，基于所述使用图像，确定所述待测刀具的损伤，得到所述待测刀具的探伤结果。接着，基于所述相控阵超声波传感器发出的超声波信号对所述待测刀具进行清洗，得到所述待测刀具的清洗结果。本发明可基于相控阵超声波传感器发出的超声波束来探测待测刀具的使用图像，并确定出待测刀具的损伤，以便有效检测和评估刀具内部缺陷，提高探伤的准确性和可靠性，并且，超声波的震荡作用可以使内部污物脱落，从而实现对待测刀具的清洗，提高刀具性能和使用寿命。并且，相控阵超声波探伤技术和清洁系统的应用减少了人工干预的需求，降低了操作人员的风险和接触有害物质的可能性。
下面对本发明提供的基于相控超声波的刀具探伤系统进行描述，下文描述的基于相控超声波的刀具探伤系统与上文描述的基于相控超声波的刀具探伤方法可相互对应参照。
如图2中所示，本实施例的基于相控超声波的刀具探伤系统，包括：波束扫描模块210、图像获取模块220以及探伤模块230。具体地，所述波束扫描模块210，用于获取待测刀具，基于预设的相控阵超声波传感器对所述待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像。所述图像获取模块220，用于获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态。所述探伤模块230，用于基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)310、通信接口(Communications Interface)320、存储器(memory)330和通信总线340，其中，处理器310，通信接口320，存储器330通过通信总线340完成相互间的通信。处理器310可以调用存储器330中的逻辑指令，以执行基于相控超声波的刀具探伤方法，该方法包括：
基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像；
获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
此外，上述的存储器330中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，该方法包括：
基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像；
获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于相控超声波的刀具探伤方法，该方法包括：
基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像；
获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，包括：
基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像，其中，所述相控阵超声波传感器中包括多个超声探头晶片；
获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
2.根据权利要求1所述的基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，所述基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像，包括：
控制所述相控阵超声波传感器中的发射阵元中的各个晶片依次按预先规定的延迟时间被激发以向所述待测刀具发出超声波束；
控制所述相控阵超声波传感器中的接收阵元接收所述待测刀具内部反射的回波信号；
根据所述超声波束与所述回波信号，得到所述待测刀具的使用图像。
3.根据权利要求2所述的基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，所述根据所述超声波束与所述回波信号，得到所述待测刀具的使用图像，包括：
获取所述超声波束与所述回波信号之间信号幅值差异、时间延迟以及相位差异；
基于所述信号幅值差异、所述时间延迟以及所述相位差异，生成所述待测刀具的使用图像。
4.根据权利要求1所述的基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，所述基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，包括：
将所述初始图像与所述使用图像进行比较，确定所述初始图像与所述使用图像之间的差异信息；
基于所述差异信息得到所述待测刀具的探伤结果。
5.根据权利要求1所述的基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，所述基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描之前，还包括：
获取所述待测刀具的尺寸信息；
基于所述尺寸信息，控制液体循环系统工作，并控制所述液体循环系统中的液体将所述待测刀具浸没，所述相控阵超声波传感器位于所述液体循环系统的液体中。
6.根据权利要求1所述的基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制喷淋系统工作，基于所述喷淋系统向所述待测刀具的表面喷射清洗液体，并获取清洗结果。
7.根据权利要求6所述的基于相控超声波的刀具探伤方法，其特征在于，所述获取清洗结果之后，还包括：
根据所述探伤结果与所述清洗结果，调整所述相控阵超声波传感器和/或所述喷淋系统的工作参数。
8.一种基于相控超声波的刀具探伤系统，其特征在于，包括：
波束扫描模块，用于基于预设的相控阵超声波传感器对待测刀具进行波束扫描，得到所述待测刀具的使用图像；
图像获取模块，用于获取所述待测刀具的初始图像，所述初始图像反映所述待测刀具的原始状态；
探伤模块，用于基于所述初始图像和所述使用图像，得到所述待测刀具的探伤结果，所述待测刀具的探伤结果反映所述待测刀具的损伤。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的基于相控超声波的刀具探伤方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的基于相控超声波的刀具探伤方法。
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