[发明专利]平面焊接件的定位超声检测装置及方法

权利要求书

1.一种平面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：包括工业计算机（1）、超声探头（7）、超声波检测模块（3）、串联机械臂（4）、角度传感器和数据采集卡（6），超声探头（7）通过探头连接线与超声波检测模块（3）连接，超声波检测模块（3）由超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机（1）连接，串联机械臂（4）是由连杆串联组成的机械臂结构，可使超声探头（7）实现在串联机械臂所能达到的平面范围内进行检测；位于串联机械臂（4）上的角度传感器A（501）、角度传感器B（502）将各连杆的角度变化转换为电信号反馈到数据采集卡（6），并通过USB连接线输入工业计算机（1）；

所述的串联机械臂（4）是：底座（401）为固定串联机械臂（4）的基座，连杆A（402）与底座（401）相连，连杆B（403）与连杆A（402）相连；在连杆A（402）和连杆B（403）上分别螺接角度传感器A（501）和角度传感器B（502），以测量连杆A（402）和连杆B（403）的旋转角度；在连杆A（402）与底座（401）连接处安装大轴承A（404），在连杆B（403）与连杆A（402）连接处安装大轴承B（405）；销A（406）通过顶丝与底座（401）固定在一起，在角度传感器A（501）与销A（406）之间设置联轴器A（408）并通过顶丝固定在一起；在联轴器A（408）与连杆A（402）之间安装小轴承A（407）；销B（409）通过顶丝与连杆B（403）固定在一起，在角度传感器B（502）与销B（409）之间设置联轴器B（410）并通过顶丝固定在一起，在联轴器B（410）与连杆A（402）之间安装小轴承B（411）；超声探头连接线（2）和超声探头（7）固定在连杆B（403）上，随连杆B（403）的位置和姿态变化，超声探头（7）可到达扫查范围内平面任意位置进行检测。

2.根据权利要求1所述的平面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的工业计算机（1）为强固型便携机，作为人机交互界面协调控制超声波检测模块（3）及数据采集卡（6），完成超声探头（7）位置信息和检测数据信息的分析处理和结果的输出；所述人机交互界面由参数设置区、A 扫描信号区、C 扫描成像区和计算结果显示区构成。

3.根据权利要求1所述的平面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的超声探头（7）为单点式超声探头，超声频率根据焊接件的材料及板厚进行选择，超声探头（7）通过探头连接线与超声波检测模块（3）连接，实现在非水浸的情况下对平面焊接件进行扫描检测。

4.根据权利要求1所述的平面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的超声波检测模块（3）由集成设计在一块PCI 总线主板上的超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机（1）连接，其作用是发射和采集超声波脉冲，将回波脉冲的模拟信号转化为数字信号并传入工业计算机。

5.根据权利要求1所述的平面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的角度传感器A（501）、角度传感器B（502）采用增量式角度传感器，内置光码盘，角度传感器每旋转一个角度，输出一次脉冲值。

6.根据权利要求1所述的平面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的数据采集卡（6）为USB多通道数据采集卡，输入端通过数据线与角度传感器A（501）、角度传感器B（502）相连，每个通道连接一个角度传感器；输出端通过USB连接线与工业计算机（1）相连。

7.一种平面焊接件的定位超声检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、工件表面处理：在超声波扫查之前，对工件表面进行除尘、除油、涂抹耦合剂处理，减少工件表面杂质对超声信号的干扰；

步骤2、工件表面扫查，采集工件内部的超声信号，同时识别缺陷信息；

2.1 通过手持固定在串联机械臂端部的超声探头，在工件表面进行往复扫查运动，其中，手持探头运动的最高速度V(mm/s)的决定因素包括：超声卡的采样频率fs(Hz)；被扫查件的精度要求ε(mm)和串联式机械臂坐标反馈时间t(s)，其基本计算公式为：

V≤min（ε×fs，ε/t）

2.2 在手动扫查路径中的任一点，采集串联式机械臂上的角度传感器A、角度传感器B反馈的角度信息θ₁，θ₂，其中，θ₁为连杆A（402）相对于底座旋转的角度，θ₂为连杆B（403）相对于连杆A（402）旋转的角度；

2.3 根据角度传感器A、角度传感器B反馈的信息，计算超声探头所处坐标位置(X₂,Y₂)；

2.4 在同一点进行超声波发射及回波信号数据采集，数据处理模块根据内置算法，对回波信号进行去噪处理；根据超声波在界面处反射的特性，当超声波在工件内部遇杂质、裂纹、未焊合缺陷时，由于缺陷与工件母材有明显的界面，因此会在当前位置反射回波，在内置算法中设定回波检测阈 值，即可进行缺陷有无的特征判定；

2.5 手动移动超声探头至下一个扫描点，进行重复A扫描检测；在完成所有扫描点的检测后，超声探头回到原点位置；

2.6 将所有点的数据构成一个二维矩阵，然后将其转化为该扫描区域的C扫描图像；对初始C扫描图像进行分割处理，然后对图像的内部缺陷特征进行识别，并通内置算法计算焊缝及内部缺陷的面积，完成对焊接产品的检测。