CN204666564U - 低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，包括脉冲发生器、超声探头、探头专用夹具、三维精密扫描平台、激光笔或摄像头、水槽、工件夹具、探头和工件表面气泡擦除部件、图像采集卡、电机驱动卡、工业计算机。超声探头接收脉冲发生器发出的电脉冲，发射出超声波通过耦合介质到达被测工件表面和焊接层，并发生反射，反射波被超声探头接收，并传送至图像采集卡；工业计算机实现对三维精密扫描平台运动的控制；三维精密扫描平台同时将位置信息反馈给图像采集卡，实现采集像素与采集位置的关联。本实用新型可以实现批量扫描或单次扫描，极大地提高了扫描速率，能够快速、简便、准确地检测一个或者一批电触头焊接质量。

Description

低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置

技术领域

本实用新型属于超声无损检测技术领域，具体涉及到一种低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置。

背景技术

电触点是电器开关中的关键组成部分，电触点包括触头和触桥两部分，触头和触桥的焊接质量直接影响电触头的强度及接触电阻，进而影响其使用性能。超声波无损检测是检测焊点焊接质量的方法，它区别于传统的破坏性试验方法，检测时不会对工件造成任何损坏，且区别于其他非破坏性试验方法所需的设备价格比较便宜，对缺陷的分辨力较高，可以被广泛采用。

对于这个问题，例如，在专利CN200310105892中公开了一种电器开关触头结合质量的超声成像无损检测方法及检测系统，基于超声无损检测原理和图像处理方法，采用水浸聚焦探头对开关触头结合面进行逐点扫描，对每一点的超声反射回波检波信号采样，组成结合面的超声扫描图像，选取合适阈值，运用图像处理的方法分离超声图像中的结合区域与未结合区域，并且计算界面结合率。

但是上述专利公布的方法和装置存在一些问题，如只能对单个工件进行扫描，不能对工件进行批量扫描，扫描效率低；对于不同的工件没有相适应的工件夹具；没有考虑和消除探头和工件表面的气泡对检测结果的影响。

随着无损检测行业的发展，超声探测仪的应用越来越广泛，对它们的性能要求也越来越高，检测设备的性能不确定会导致检测的失败，使得许多有缺陷的产品不能被发现而直接投入市场，导致许多事故的发生，同时，对许多复杂类型的触头工件的检测结果也和实际情况不相符合，检测结果有待提高。

实用新型内容

针对以上现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于提供一种低压 电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，能够快速、简便、准确地检测一个或者一批电触头焊接质量。

为实现上述的目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型提供一种低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，所述装置包括脉冲发生器、超声探头、探头专用夹具、三维精密扫描平台、激光笔或摄像头、水槽、工件夹具、探头表面气泡擦除部件、工件表面气泡擦除部件、图像采集卡、电机驱动卡、工业计算机；其中：所述脉冲发生器连接所述超声探头，所述超声探头连接图像采集卡；

所述探头专用夹具，包括用于固定超声探头的部件以及用于固定工件表面气泡擦除部件的部件，该夹具将超声探头与三维精密扫描平台固定在一起；

所述三维精密扫描平台，由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，X轴和Y轴带动超声探头实现水平面内的运动，Z轴带动超声探头实现垂直运动；

所述激光笔或摄像头设置在所述三维精密扫描平台上；

所述水槽，用于盛放耦合剂并固定工件夹具以及探头表面气泡擦除部件；

所述图像采集卡、电机驱动卡安装在工业计算机内部，工业计算机通过总线实现与图像采集卡、电机驱动卡之间的通信与控制，工业计算机通过电机驱动卡连接三维精密扫描平台的电机控制器，实现对三维精密扫描平台运动的控制；三维精密扫描平台的电机控制器同时将位置信息反馈给图像采集卡。

优选的，所述超声探头通过所述探头专用夹具安装于所述三维精密扫描平台的底端，并随所述三维精密扫描平台做X轴、Y轴、Z轴三个方向的运动，完成扫描功能。

优选的，所述激光笔或摄像头通过激光笔或摄像头夹具安装固定在所述三维精密扫描平台的Z轴上，并高于所述超声探头一段距离。

优选的，所述水槽可以是有机玻璃或者不锈钢金属材料。

优选的，所述工件夹具是对应各种工件制定的，同时工件夹具上不装夹工件的位置设置定位通孔，所述定位通孔用来确定工件夹具相对于水槽的位置。

优选的，所述探头表面气泡擦除部件固定在水槽中，在超声探头进入水面之后，要经过探头表面气泡擦除部件并和其接触以擦除超声探头表面的气泡；工件表面气泡擦除部件固定在探头专用夹具上，或者通过其专门的夹具固定在三维精 密扫描平台的Z轴立柱上。

优选的，所述装置进一步包括自动上下水装置，自动上下水装置包括：输水部件、第一手动阀、储水部件、气泵、进气口电磁阀、出气口电磁阀、第二手动阀和第三手动阀，其中：测量水槽通过输水部件与储水部件相连；在输水部件上设置有第一手动阀，第一手动阀用以控制输水部件的打开与闭合；储水部件连接有用于将压缩空气通入储水部件的气泵，气泵设置有出气口电磁阀用于控制压缩空气排出，在储水部件连接气泵的通道上设置有进气口电磁阀用于控制压缩空气进入储水部件，进气口电磁阀和出气口电磁阀分别构成气泵的进气口和出气口；储水部件设置有进水口、出水口，在进水口和出水口处分别设置有第二手动阀和第三手动阀，第二手动阀和第三手动阀分别控制储水部件的进水口和出水口。

优选的，所述装置可进一步设置可触控的人机交互部件。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型可以实现批量扫描和处理，极大地提高了扫描速率；

2)专用夹具的应用，使得扫描结果更准确；

3)摄像头或激光笔的应用，保证了扫描范围的准确性；

4)探头和工件表面的气泡擦除装置，节省了检测准备时间，同时也确保了检测结果的准确性；

5)根据液位检测结果自动上下水，节省了人力，改善了操作人员的操作环境。

附图说明

图1为本实用新型一优选实施例的检测装置结构框图；

图2为本实用新型一优选实施例中的自动上下水装置结构示意图；

图3为本实用新型一优选实施例的检测装置结构示意图；

图4-图6为本实用新型一优选实施例中的探头和工件表面气泡擦除部件结构示意图；

图中：1为脉冲发生器，2为超声探头，3为三维精密扫描平台，4为电机控制器，5为电机驱动卡，6为自动上下水装置，7为工业计算机，9为图像采集卡，10为整机框架和防护装置，11为水槽，12为被测工件，13为工件夹具，14为 操作台，15为水箱；

31为输水管，32为第一手动阀，33为气泵，34为第一电磁阀，35为第二电磁阀，36为第二手动阀，37为第三手动阀，38为工件表面气泡擦除吸水柔性材料，39为工件表面气泡擦除固定部件，40为立柱(Z轴)，41为第一气缸、42为第二气缸、43为探头表面气泡擦除吸水柔性材料、44为探头表面气泡擦除固定部件。

具体实施方式

以下对本实用新型的技术方案作进一步的说明，以下的说明仅为理解本实用新型技术方案之用，不用于限定本实用新型的范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

如图1所示，为本实用新型一实施例低压电器开关触头无损检测系统工作原理图，包括脉冲发生器1、超声探头2、探头专用夹具、三维精密扫描平台3、电机驱动卡5、激光笔或摄像头、工业计算机7、图像采集卡9、水槽11、工件夹具13、探头表面气泡擦除部件、工件表面气泡擦除部件；

所述脉冲发生器1连接所述超声探头2，所述超声探头2连接图像采集卡9；

所述探头专用夹具，包括用于固定超声探头2的部件以及用于固定工件表面气泡擦除部件的部件，该夹具将超声探头2与三维精密扫描平台3固定在一起；

所述三维精密扫描平台3，由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，X轴和Y轴带动超声探头2实现水平面内的运动，Z轴带动超声探头2实现垂直运动；

所述激光笔或摄像头设置在所述三维精密扫描平台3上；

所述水槽11，用于盛放耦合剂并固定工件夹具13以及探头表面气泡擦除部件；

所述图像采集卡9、电机驱动卡安装在工业计算机内部，工业计算机通过总线实现与图像采集卡9、电机驱动卡之间的通信与控制，工业计算机通过电机驱动卡连接三维精密扫描平台3的电机控制器，实现对三维精密扫描平台3运动的控制；三维精密扫描平台3的电机控制器同时将位置信息反馈给图像采集卡9。

本实施例中，电机驱动卡上连接有电机驱动电源并通过电机驱动电源与三维精密扫描平台3连接，超声探头2分别与图像采集卡和三维精密扫描平台3连接， 电机驱动电源通过三维精密扫描平台3带动超声探头2运动；激光笔或摄像头安装固定在三维精密扫描平台3上；工件夹具和探头表面气泡擦除部件固定在水槽中，工件表面气泡擦除部件安装在三维精密扫描平台3上。

图像采集卡9、电机驱动卡5与工业计算机7相连，工业计算机7通过电机控制器4控制三维精密扫描平台3带动超声探头2运动，超声探头2接收脉冲发生器1发出的电脉冲，发射出一定频率和强度的超声波，通过耦合介质到达被测工件14表面和焊接层并发生反射，反射波被超声探头2接收，并传送至图像采集卡9，由图像采集卡9在工业计算机7作用下进行数据交换存储并成像显示。

作为一个优选实施方式，如图2所示，所述装置进一步设有自动上下水装置6，该装置6包括：输水管31(输水部件)、第一手动阀32、水箱15(储水部件)、气泵33、第一电磁阀34(即进气口电磁阀)、第二电磁阀35(即出气口电磁阀)、第二手动阀36和第三手动阀37，其中：水槽11通过所述输水管31与所述水箱15相连；输水管31上设置有所述第一手动阀32，通过所述第一手动阀32控制所述输水管31的打开与闭合；水箱15顶端一端连接有用于将压缩空气通入储水箱的气泵33、水箱15同时设置有第二电磁阀35(即出气口电磁阀)；在水箱15连接气泵33的通道上设置有第一电磁阀34(即进气口电磁阀)；所述第一电磁阀34和第二电磁阀35分别构成所述气泵33的进气口和出气口；所述第二手动阀36和第三手动阀37分别控制着所述水箱15的进水口和出水口。同时电机驱动卡5可以控制自动上下水装置6。

本实施例中，所述气泵33采用电动气泵。

本实施例中，所述第一电磁阀及第二电磁阀采用单向电磁阀。

本实施例中，所述第一手动阀、第二手动阀及第三手动阀采用手动球阀。

如图3所示，为一优选实施例中低压电器电触点钎焊质量的超声波无损检测装置的结构示意图。图中：整机框架和防护装置10将各种控制设备等电气线路进行了保护，同时将自动上下水装置6的水箱15防护起来；三维精密扫描平台3由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，每一维运动模块由丝杠和电机组成，X轴和Y轴使超声探头2实现水平面内的运动，Z轴使超声探头2实现垂直运动，根据检测参数，按照指定的扫描路径带动超声探头2，实现对被测工件12的对 焦以及扫描；三维精密扫描平台3的丝杠可以选用直线丝杠或者滚珠丝杠、电机可以选择伺服电机或者步进电机，其运动速度为40mm/s～50mm/s；超声探头2固定在三维精密扫描平台3的Z轴立柱的底端，并随三维精密扫描平台3做X轴、Y轴、Z轴三个方向的运动，完成扫描功能；工件夹具13将被测工件12固定在水槽13中，并保证被测工件12被检测面的水平，同时水槽11中的水是耦合剂；操作台14提供人机交互界面，使得操作人员的操作更加方便快捷。

作为一个优选实施方式，如图4-5所示，所述工件表面气泡擦除部件包括：工件表面气泡擦除吸水柔性材料38及其固定部件39，立柱40(也可以采用三维精密扫描平台Z轴立柱)，第一气缸41、第二气缸42，其中：所述吸水柔性材料38用于擦除被测工件表面气泡；所述固定部件38用于固定吸水柔性材料38，吸水柔性材料38固定在所述固定部件38的下表面；所述立柱40的底端连接吸水柔性材料38和固定部件39，吸水柔性材料38和固定部件39可以随所述立柱40精确运动；所述第一气缸41用于驱动立柱40；所述第二气缸42用于控制吸水柔性材料38竖直方向的运动。

作为一个优选实施方式，如图4-6所示，所述探头表面气泡擦除部件，包括：探头表面气泡擦除吸水柔性材料43及其固定部件44，其中，所述固定部件固定在水槽中；所述探头表面气泡擦除吸水柔性材料固定在固定部件上。超声探头运动到所述探头表面气泡擦除吸水柔性材料上方时，竖直向下挤压所述探头表面气泡擦除吸水柔性材料，将气泡去除。

作为一个优选实施方式，所述装置进一步设置可触控的人机交互部件，该部件与工业计算机相连；提供一个人机交互的界面，使得操作人员的操作更加方便快捷。

作为一个优选实施方式，所述装置进一步设置云服务系统，作为超声波无损检测企业和需要进行无损检测的客户的交流平台；在所述云服务系统中，客户可以向企业提供被测工件的基本信息，包括材料、尺寸，企业可以将客户的被测工件的超声波无损检测报告通过互联网的方式发送给客户；同时，企业操作人员可以将超声波无损检测系统出现的问题或故障，通过云服务系统提交给企业的研发人员，保证了企业、客户、企业内操作人员和研发人员的快捷交流。

基于上述实施例的装置，一种低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测具 体步骤如下：

步骤一：开启超声波无损检测装置；

步骤二：检查超声探头2的位置，并在进行检测前自动回到零点初始位置；

步骤三：检查水箱15内水深，控制自动上下水装置6进行自动上下水；

步骤四：选定被测工件12的工件夹具13，将被测工件12固定于工件夹具13上，并将工件夹具13固定于水槽11中，目的是保证被测工件12上表面与水平面的平行度，保证测量精度，同时还可以提高产率；

步骤五：擦除超声探头2和被测工件12的表面气泡；

步骤六：使用激光笔或摄像头对超声探头2进行初步定位，使超声探头2位于被测工件12触头上方；

步骤七：对超声探头2标定，保证更换超声探头2时扫查效果的一致性；

步骤八：三维精密扫描平台3控制超声探头2实现自动对焦；

步骤九：对被测工件12的焊接层进行自动扫描，并在显示屏上实时成像。

所述自动上下水，具体包括如下步骤：

步骤3.1：在超声波无损检测系统中增加自动上下水装置6，即：将所述超声波无损检测系统的水槽11连接至水箱15，水箱15接有进水口及出水口，水箱15顶端连接气泵，该气泵可将压缩空气通入水箱15，并配合有进气口与出气口，通过两个电磁阀的打开与关闭实现水槽11的自动上下水；

步骤3.2：在被测工件12放入到水槽11指定工位后，控制气泵并打开进气口电磁阀，关闭出气口电磁阀，向水箱15中通入压缩空气，将水补充至水槽11预先设定的高度；同样地，在测量完成时根据被测工件12的型号和大小，控制气泵，打开进气口电磁阀，打开出气口电磁阀，水箱15中压缩空气被排除，水槽11中水位降低至合适的高度，便于操作人员取出被测工件12，或根据实际操作需要，将水槽11中的水全部放回到水箱15。

所述擦除探头和工件表面气泡，采用自动气泡擦除部件进行，分别利用探头表面气泡擦除部件和工件表面气泡擦除部件自动擦除探头和工件表面的气泡。

所述擦除探头表面气泡，具体包括如下步骤：

步骤7.1：将除探头气泡吸水材料43等吸水性材料固定在水槽11中；

步骤7.2：移动超声探头2，使得超声探头2位于除探头气泡吸水材料43正上 方；

步骤7.3：竖直向下移动超声探头2，使得超声探头2和除探头气泡吸水材料43进行充分的接触，擦除超声探头表面的气泡。

所述擦除工件表面气泡，具体包括如下步骤：

步骤7.4：将工件表面气泡擦除部件固定在三维精密扫描平台3的Z轴上；

步骤7.5：在进行超声扫描之前，由伺服电机带动工件表面气泡擦除部件向下运动，充分接触被测工件12，将被测工件12表面和周围的气泡擦除。

所述使用激光笔或摄像头对超声探头2进行初步定位，具体包括如下步骤：

步骤一：将测试工件固定在水槽中；

步骤二：移动超声探头，直到激光笔发出的光照射到测试工件表面上，或者测试工件进入到摄像头的视野内，进一步移动，使得激光笔或摄像头的中心点与测试工件的中心重合，获取并保存此时激光笔或摄像头的位置；

步骤三：根据已知的激光笔或摄像头和超声探头的相对位置数据，切换激光笔或摄像头和超声探头的位置，使得超声探头到达激光笔或摄像头此前保存的位置，此时，超声探头位于测试工件中心的正上方位置。

所述超声探头标定，具体包括如下步骤：

步骤9.1：选定标准测试块，超声探头2垂直测试块表面发射超声波；

步骤9.2：调节脉冲发生器1的增益，使得超声探头2接收到的标准测试块下表面的回波幅值达到满幅的100％，即1V；

步骤9.3：保持此时脉冲发生器1的增益值不变，完成超声探头12的标定。

本实施例在具体标定时，利用超声探头2对标准测试块进行标定，标定的原则是，调节脉冲发生器1的增益，使得标准测试块下表面的回波幅值达到满幅的100％，即1V，并保持脉冲发生器1的增益值不变。

通过以上扫描步骤，可以实现批量扫描或单次扫描。

经上述实施例检测，将低压电器用动触头圆型钎焊界面的实物照片和检测图像对比，可以得出：本实用新型对触头焊接表面成像，并且分辨率较高，证明了本实用新型的可行性和有效性。

本实用新型可以实现批量扫描，在批量扫描时，将多个工件放在工件夹具上进行扫描，极大程度上减少了批量的扫描时间。

以上所述仅为本实用新型的部分实施例而已，并非对本实用新型的技术范围做任何限制，凡在本实用新型的精神和原则之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述装置包括：脉冲发生器、超声探头、探头专用夹具、三维精密扫描平台、激光笔或摄像头、水槽、工件夹具、探头表面气泡擦除部件、工件表面气泡擦除部件、图像采集卡、电机驱动卡、工业计算机；其中：

所述脉冲发生器连接所述超声探头，所述超声探头连接图像采集卡；

所述探头专用夹具，包括用于固定超声探头的部件以及用于固定工件表面气泡擦除部件的部件，该夹具将超声探头与三维精密扫描平台固定在一起；

所述三维精密扫描平台，由X轴、Y轴、Z轴三维运动模块组成，X轴和Y轴带动超声探头实现水平面内的运动，Z轴带动超声探头实现垂直运动；

所述激光笔或摄像头设置在所述三维精密扫描平台上；

所述水槽，用于盛放耦合剂并固定工件夹具以及探头表面气泡擦除部件；

所述图像采集卡、电机驱动卡安装在工业计算机内部，工业计算机通过总线实现与图像采集卡、电机驱动卡之间的通信与控制，工业计算机通过电机驱动卡连接三维精密扫描平台的电机控制器，实现对三维精密扫描平台运动的控制；三维精密扫描平台的电机控制器同时将位置信息反馈给图像采集卡。

2.如权利要求1所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述超声探头通过所述探头专用夹具安装于所述三维精密扫描平台的底端，并随所述三维精密扫描平台做X轴、Y轴、Z轴三个方向的运动，完成扫描功能；所述激光笔或摄像头通过激光笔或摄像头夹具安装固定在所述三维精密扫描平台的Z轴上，并高于所述超声探头一段距离。

3.如权利要求1所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述工件夹具是对应各种工件制定的，同时工件夹具上不装夹工件的位置设置定位通孔，所述定位通孔用来确定工件夹具相对于水槽的位置。

4.如权利要求1所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述探头表面气泡擦除部件固定在水槽中；工件表面气泡擦除部件固定在探头专用夹具上，或者通过其自身设置的夹具固定在三维精密扫描平台的Z轴立柱上。

5.如权利要求1-4任一项所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述装置进一步包括自动上下水装置，该装置包括：输水部件、第一手动阀、储水部件、气泵、进气口电磁阀、出气口电磁阀、第二手动阀和第三手动阀，其中：测量水槽通过输水部件与储水部件相连；在输水部件上设置有第一手动阀，第一手动阀用以控制输水部件的打开与闭合；储水部件连接有用于将压缩空气通入储水部件的气泵，气泵设置有出气口电磁阀用于控制压缩空气排出，在储水部件连接气泵的通道上设置有进气口电磁阀用于控制压缩空气进入储水部件，进气口电磁阀和出气口电磁阀分别构成气泵的进气口和出气口；储水部件设置有进水口、出水口，在进水口和出水口处分别设置有第二手动阀和第三手动阀，第二手动阀和第三手动阀分别控制储水部件的进水口和出水口。

6.如权利要求1-4任一项所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述工件表面气泡擦除部件，包括：工件表面气泡擦除吸水柔性材料及其固定部件、立柱、第一气缸、第二气缸，其中：所述吸水柔性材料用于擦除被测工件表面气泡；所述固定部件用于固定吸水柔性材料，吸水柔性材料固定在所述固定部件的下表面；所述立柱的底端连接吸水柔性材料和固定部件，吸水柔性材料和固定部件随所述立柱精确运动；所述第一气缸用于驱动立柱，所述第二气缸用于控制吸水柔性材料竖直方向的运动。

7.如权利要求1-4任一项所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述探头表面气泡擦除部件，包括：探头表面气泡擦除吸水柔性材料及其固定部件，其中，所述固定部件固定在水槽中；所述吸水柔性材料固定在固定部件上，超声探头运动到所述吸水柔性材料上方时，竖直向下挤压所述吸水柔性材料，将气泡去除。

8.如权利要求1-4任一项所述的低压电器电触头钎焊质量的超声波无损检测装置，其特征在于，所述装置进一步设置可触控的人机交互部件，该部件与工业计算机连接。