CN117420136A - 一种焊缝表面凹坑检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种焊缝表面凹坑检测装置及方法，检测装置包括相对应设置的光源、成像装置以及放置于被检测焊缝上方的楔块，在检测时，通过成像装置成像楔块表面反射光和焊缝表面反射光的干涉图像，可以准确获得焊缝表面的凹坑，本申请检测精度高，对于微小凹坑同样存在很高的检测精度，同时，通过编码器的设置，可以方便地对凹坑的位置进行定位。

Description

一种焊缝表面凹坑检测装置及方法

技术领域

本发明涉及焊缝检测领域，更具体地，涉及一种焊缝表面凹坑检测装置及方法。

背景技术

焊接技术是连接两块或者两块以上金属母材的常用方法，随着工业精度要求的提高，对焊接焊缝质量的要求也越来越高，而在焊接过程中会出现各种各样的焊接缺陷，如气孔、裂缝等，其中焊缝表面凹坑是指在焊缝表面形成的低于母材表面的局部低洼部分，绗缝表面凹坑的存在会大大减少焊接的强度，并且容易在焊缝中形成裂纹，从而影响焊接后材料的整体性能，因此，对焊缝表面凹坑的检测可以大大提升焊接之后材料的强度，以及减少焊缝裂纹的产生，现有技术中已经有对焊缝表面凹坑进行检测的手段，如专利CN202110618243.1即公开了采用百分表对焊缝凹坑参数进行检测，但受限于百分表的检测精度，该技术并不能检测焊缝表面的微小凹坑，且在对凹坑的定位上也存在问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提供了一种焊缝表面凹坑检测装置及方法，特别适用于微小凹坑的检测，且具有很高的检测精度。

根据本发明的第一方面，提供了一种焊缝表面凹坑检测装置，包括检测机架本体，机架本体包括本体底板，固定设置在底板本体上的立柱，以及在相对的两个立柱之间分别设置第一丝杆和第二丝杆，在第一丝杆和第二丝杆上分别设置光源和成像装置。

检测装置还包括楔块，在检测时，将楔块放置于被检测焊缝的上方，使光源的入射光经由楔块照射于被测焊缝上，成像装置接受由楔块表面以及被测焊缝表面反射的光。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，楔块包括倾斜部分和竖直部分，倾斜部分为透光薄层。

可选的，检测装置还包括在检测光路中依次设置的透镜、45°反射镜和半透半反镜，光源出射光依次经过所述透镜、45°反射镜和半透半反镜之后，照射于楔块和被测焊缝上，经楔块表面以及被测焊缝表面反射的光经半透半反镜后，被成像装置接受。

可选的，楔块覆盖被测焊缝，或者可以沿被测焊缝移动。

可选的，立柱为四根，且分别位于本体底板的靠近角的位置。

可选的，检测装置还包括设置于本体底板上的电机、主动轮以及第二从动轮，在第一丝杆靠近电机的一侧设置有第一从动轮，在第二丝杆靠近所述电机的一侧设置有第三从动轮。

在进行检测时，电机带动主动轮转动，主动轮分别带动第一从动轮和第二从动轮转动，第二从动轮带动第三从动轮转动，第一从动轮和第三从动轮分别带动第一丝杆和第二丝杆转动，第一丝杆和第二丝杆分别带动光源和成像装置沿丝杆方向直线移动。

可选的，检测装置还包括编码器,编码器用于检测成像装置的位置。

根据本发明的第二方面，提供一种焊缝表面凹坑的检测方法，包括以下步骤：

S1，将被测母材放置于本体底板上，在被测焊缝上放置楔块，调节光源以及成像装置的位置，使其相对应且光束能够垂直照射于被测焊缝上；

S2、启动电机，使光源和成像装置分别沿第一丝杆和第二丝杆直线移动，通过编码器记录成像装置的位置，同时成像装置对被测焊缝进行成像；

S3，通过成像装置所成图像判断被测焊缝表面是否存在凹坑，同时结合编码器所测的成像装置的位置，以及凹坑在成像装置所成图像中的位置，定位所述凹坑在被测焊缝中的位置。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

（1）本申请楔块表面的发射光和被测焊缝表面的反射光形成干涉条纹，通过检测高干涉条纹的排布规则即可确定被测焊缝表面是否存在凹坑，相比于现有技术，本申请的检测具有很高的精度，特别对于微小的凹坑，具有很高的是识别精度，同时，本申请检测装置简单，操作方便；

（2）本申请通过同步轮以及丝杆的设置，可以使光源以及成像装置同步移动，从而可以实现焊缝的全面检测，且不会因为移动而造成光源和成像装置的错位，光源和成像装置始终保持在相对应的位置，另外，通过编码器的设置，可以随时获得成像装置的位置，再结合凹坑在成像装置所成图像中的位置，可以方便的获得凹坑在被测焊缝中的位置，且定位精度很高。

附图说明

图1为本发明提供的一种焊缝表面凹坑检测装置示意图；

图2为本发明所采用的楔块的示意图；

图3为检测结果的示意图；

附图中：11—本体底板；12—立柱；13—第一丝杆；14—光源；15—第二丝杆；16—透镜；17—45°反射镜；18—半透半反镜；19—成像装置；21—母材；22—被测焊缝；23—楔块；231—倾斜部分；232—竖直部分；31—电机；32—电机轴；33—主动轮；34—第一从动轮；35—第二从动轮；36—第三从动轮；37—编码器。

实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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做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。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例

图1为本发明提供的一种焊缝表面凹坑检测装置示意图，如图1所示，本申请的检测装置包括检测机架本体，机架本体包括本体底板11，固定设置在底板本体上的立柱12，立柱12优选为四个，分别设置于底板本体靠近四个角的位置，在相对的两个立柱之间分别设置第一丝杆13和第二丝杆15，在第一丝杆13和第二丝杆15上分别设置光源14和成像装置18。

在检测时，将母材21放置于本体底板11上，在被测焊缝22上放置楔块23，楔块23的结构如图2所示，包括倾斜部分231以及竖直部分232，其中倾斜部分231为透光的薄层，将楔块23的透光薄层位于被测焊缝22上，并使光源14发射的光束垂直入射，经倾斜部分231照射到被测焊缝22上，根据光的传播原理，光束在倾斜部分231的表面会发生反射，同时在被测焊缝表面也会发生反射，而由于两束光的振动频率和振动方向均相同，因此，反射的两束光会发生干涉，产生干涉条纹，根据光路的传播，两束光的光程差δ为：

其中n为空气折射率，λ为波长，h为倾斜部分到水平面的高度。

根据干涉原理，当光程差δ为半波长的偶数倍时，形成亮纹，当光程差δ为半波长的奇数倍时，形成暗纹，因此，干涉所产生的明暗条纹由下式决定：

其中k=0,1,2,3···；则相邻的亮纹或者暗纹的间距为：

其中θ为楔块23倾斜部分231与水平面的夹角。

由上式可知，楔块23倾斜部分231与水平面的夹角θ越小，则条纹间距越大，越便于观察，因此，在检测时，应当选择足够小的夹角θ以使明暗条纹能够区分。

根据上述分析可知，当被测焊缝22表面平整时，成像装置19获得的图像为明暗条纹规则排列的图像，而到被测焊缝22表面存在凹坑时，会造成倾斜部分231与被测焊缝22之间的间隔增大，则对应位置的光程差增加，从而造成亮纹或者暗纹向倾斜部分231倾斜角的方向移动，从而形成如图3所示的条纹，因此， 通过成像装置19所成条纹图像的形状即可判断被测焊缝22表面是否存在凹坑。

进一步的，在光源14的出射方向上设置有透镜16以使光线变为平行光，在透镜16之后分别设置有45°反射镜17以及半透半反镜18，如此，当光束经过透镜16之后再经过45°反射镜17变为垂直向下照射，而后经过半透半反镜18照射在楔块23以及被测焊缝22上，而经过反射的光线则经过半透半反镜18射向成像装置19，以使成像装置19成像。

实施例

实施例二的装置包括实施例一的部分，区分在于实施例二在实施例一的基础上进一步增加了设置于本体底板11上的电机31、主动轮33以及第二从动轮35，以及设置于第一丝杆13靠近电机31一侧的第一从动轮34、设置于第二丝杆15靠近电机31一侧的第三从动轮36，电机31通过电机轴32带动主动轮33转动，光源14以及成像装置18分别设置于第一丝杆13和第二丝杆15上，且第一丝杆13和第二丝杆15能够分别带动光源14和成像装置19沿其平行方向移动，丝杆以及丝杆与从动轮、光源、成像装置的连接和固定方式，均属于现有技术，在此不再赘述。

在检测时，将光源14与成像装置19在丝杆的垂直方向上相对应设置，然后启动电机，通过主动轮分别带动第一从动轮34、第二从动轮35转动，同时第二从动轮35带通第三从动轮36转动，第一从动轮34和第三从动轮36则分别带动第一丝杆13和第二丝杆15转动，第一丝杆14和第二丝杆15的转动则带动光源14和成像装置19沿丝杆直线移动，从而可以实现对被测焊缝22沿丝杆方向不同部位的检测，且由于第一丝杆13和第二丝杆15同步转动，因此，可以保证光源14和成像装置19始终保持相对应的位置。

进一步的，在第一丝杆13上还设置有编码器37，用于检测光源移动的距离，从而获得成像装置的位置，如此，可以初步定位被测焊缝22凹坑的位置，再结合凹坑在成像装置19所成图像中的位置，则根据成像装置19的成像范围，可以精确定位凹坑在被测焊缝22上的位置，当然，编码器37也可以设置于第二丝杆15上，其工作过程与上述相同，具体的编码器的设置方式，以及凹坑在图像中的定位方式，均属于现有技术，在此不再赘述。

实施例

本申请还提供了一种测量被测焊缝22表面凹坑的方法，其采用实施例二所述的装置，该方法包括以下步骤：

S1，将被测母材21放置于本体底板21上，在被测焊缝22上放置楔块23，调节光源14以及成像装置19的位置，使其相对应且光束能够垂直照射于被测焊缝22上；

S2、启动电机31，使光源和成像装置19分别沿第一丝杆13和第二丝杆15直线移动，通过编码器37记录成像装置的位置，同时成像装置19对被测焊缝22进行成像；

S3，通过成像装置19所成图像判断焊缝是否存在凹坑，同时结合编码器37所测成像装置19的位置以及凹坑在成像装置19所成图像中的位置，定位凹坑在被测焊缝22中的位置。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种焊缝表面凹坑检测装置，其特征在于，包括检测机架本体，所述机架本体包括本体底板（11），固定设置在底板本体上的立柱（12），以及在相对的两个所述立柱（12）之间分别设置第一丝杆（13）和第二丝杆（15），在所述第一丝杆（13）和所述第二丝杆（15）上分别设置光源（14）和成像装置（19）；

所述检测装置还包括楔块（23），在检测时，将所述楔块（23）放置于被检测焊缝（22）的上方，使所述光源（14）的入射光经由所述楔块（23）照射于所述被测焊缝（22）上，所述成像装置（19）接受由所述楔块（23）表面以及所述被测焊缝（22）表面反射的光。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述楔块（23）包括倾斜部分（231）和竖直部分（232），所述倾斜部分（231）为透光薄层。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括在检测光路中依次设置的透镜（16）、45°反射镜（17）和半透半反镜（18），所述光源（14）出射光依次经过所述透镜（16）、所述45°反射镜（17）和所述半透半反镜（18）之后，照射于所述楔块（23）和被测焊缝（22）上，经所述楔块（23）表面以及所述被测焊缝（22）表面反射的光经所述半透半反镜（18）后，被所述成像装置（19）接受。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述楔块（23）覆盖所述被测焊缝（22），或者可以沿所述被测焊缝（22）移动。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述立柱（12）为四根，且分别位于所述本体底板（11）的靠近角的位置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括设置于所述本体底板（11）上的电机（31）、主动轮（33）以及第二从动轮（35），在所述第一丝杆（13）靠近所述电机（31）的一侧设置有第一从动轮（34），在所述第二丝杆（15）靠近所述电机（31）的一侧设置有第三从动轮（36）；

所述电机（31）带动所述主动轮（33）转动，所述主动轮（33）分别带动所述第一从动轮（34）、所述第二从动轮（35）转动，所述第二从动轮（35）带动所述第三从动轮（36）转动，所述第一从动轮（34）和所述第三从动轮（36）分别带动所述第一丝杆（13）和第二丝杆（15）转动，所述第一丝杆（13）和第二丝杆（15）分别带动所述光源（14）和所述成像装置（18）沿所丝杆方向直线移动。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括编码器（37）,所述编码器用于检测所述成像装置（18）的位置。

8.一种采用权利要求6-7任一项所述的装置检测焊缝表面凹坑的方法，其特征在于，包括一下步骤：

S1，将被测母材（21）放置于本体底板（11）上，在被测焊缝（22）上放置楔块（23），调节光源（14）以及成像装置（19）的位置，使其相对应且光束能够垂直照射于所述被测焊缝（22）上；

S2、启动电机（31），使所述光源（14）和所述成像装置（19）分别沿第一丝杆（13）和第二丝杆（15）直线移动，通过编码器（37）记录所述成像装置（19）的位置，同时所述成像装置（19）对所述被测焊缝（22）进行成像；

S3，通过所述成像装置（19）所成图像判断所述被测焊缝（22）表面是否存在凹坑，同时结合所述编码器（37）所测的所述成像装置（19）的位置，以及所述凹坑在所述成像装置（19）所成图像中的位置，定位所述凹坑在所述被测焊缝（22）中的位置。