本發(fā)明涉及金屬焊接無(wú)損檢測(cè)，特別涉及一種焊接接頭超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)裝置與監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

1、焊接接頭是現(xiàn)代工業(yè)中常見(jiàn)的一種連接方式，目前金屬鋼板的連接大量由手工mi?g焊或者t?i?g焊完成，由于焊接主要采用手工操作方式，焊接質(zhì)量與操作者的技術(shù)水平密切相關(guān)，極易產(chǎn)生由于操作不當(dāng)引起的焊接參數(shù)不穩(wěn)定以及熱輸入不足導(dǎo)致的焊縫成形不良，形成夾鎢、氣孔、未熔合以及未焊透等焊接缺陷，極大增加了在服役過(guò)程中由于焊接接頭失效造成事故的概率。

2、因此，對(duì)于不銹鋼焊接接頭質(zhì)量，不僅需要在源頭上保證焊工技術(shù)水平標(biāo)準(zhǔn)及嚴(yán)格執(zhí)行焊接規(guī)程，也需對(duì)焊接接頭質(zhì)量尤其是內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行焊后檢測(cè)與評(píng)估，從而保障擱板結(jié)構(gòu)使用的可靠性。

3、目前，焊接接頭的質(zhì)量評(píng)估主要采用破壞性檢測(cè)與無(wú)損檢測(cè)方法。破壞性檢測(cè)需對(duì)焊接件進(jìn)行破壞性加工并制備試樣，以進(jìn)行焊接接頭金相分析，或拉伸、彎曲、沖擊以及疲勞等性能測(cè)試。

4、這不僅造成材料的大量浪費(fèi)，而且無(wú)法對(duì)在役焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接接頭性能檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)主要采用射線檢測(cè)法(rt)、超聲檢測(cè)法(ut)、磁粉檢測(cè)法(mt)、磁記憶檢測(cè)法(mmt)、滲透檢測(cè)法(pt)等方法對(duì)焊接零件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，其中超聲檢測(cè)則是工作人員手持超聲探頭在工件表面進(jìn)行常規(guī)a掃描檢測(cè)，對(duì)塞焊接頭缺陷信號(hào)特征的判斷完全依賴(lài)檢測(cè)者的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，容易造成缺陷的誤檢與漏檢。相較于常規(guī)超聲檢測(cè)方法，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)是基于惠更斯-菲涅爾原理與波的干涉與疊加理論，利用現(xiàn)代電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)控制陣列超聲換能器中的各個(gè)陣元，按照預(yù)先設(shè)定的延時(shí)法則來(lái)發(fā)射與接收超聲波，從而動(dòng)態(tài)的控制超聲波束在一定空間范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)與聚焦，實(shí)現(xiàn)電子聚焦與掃描的超聲檢測(cè)方法。相控陣超聲具有靈敏度高、檢測(cè)范圍廣并能快速形成直觀檢測(cè)圖像的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)焊接接頭進(jìn)行超聲檢測(cè)時(shí)，無(wú)論是常規(guī)超聲或相控陣超聲都是依據(jù)聲波在材料內(nèi)部傳播過(guò)程中的反射、折射、透射以及衰減等特性進(jìn)行檢測(cè)分析，

5、因此，如何對(duì)焊接接頭質(zhì)量進(jìn)行高效、準(zhǔn)確的檢測(cè)和監(jiān)控成為了一個(gè)重要的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開(kāi)的第一方面，提供一種焊接接頭超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)裝置，包括：

2、控制計(jì)算機(jī)，用于人機(jī)交互操作、控制相控陣超聲發(fā)射/接收模塊、接收反饋信號(hào)，并與運(yùn)動(dòng)控制模塊通信；

3、相控陣超聲發(fā)射/接收模塊，與所述控制計(jì)算機(jī)通信，用于發(fā)射與接收超聲信號(hào)、進(jìn)行信號(hào)的并行處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳至所述控制計(jì)算機(jī)；

4、相控陣探頭，包括32陣元線陣，陣元間距為小于等于0.3mm，中心頻率大于等于10mhz；

5、運(yùn)動(dòng)控制模塊，包括步進(jìn)電機(jī)控制卡和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述步進(jìn)電機(jī)控制卡通過(guò)usb接口與所述控制計(jì)算機(jī)連接，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置的移動(dòng)；

6、機(jī)械掃查機(jī)構(gòu)，用于支撐和移動(dòng)所述相控陣探頭，以執(zhí)行機(jī)械掃查；

7、數(shù)據(jù)傳輸接口，用于實(shí)現(xiàn)所述控制計(jì)算機(jī)與所述相控陣超聲發(fā)射/接收模塊的tcp/ip協(xié)議通信。

8、結(jié)合第一方面，所述控制計(jì)算機(jī)運(yùn)行人機(jī)交互軟件，包括以下模塊：

9、超聲參數(shù)與機(jī)械掃查參數(shù)設(shè)置模塊，用于輸入試樣厚度、聲速、焦深，并自動(dòng)計(jì)算聲束激勵(lì)的延時(shí)參數(shù)；

10、超聲激勵(lì)與接收模塊，用于控制超聲信號(hào)的激勵(lì)與接收；

11、運(yùn)動(dòng)控制模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)掃查區(qū)域、步距角度和步進(jìn)速度，控制機(jī)械掃查機(jī)構(gòu)；

12、信號(hào)處理與圖像顯示模塊，用于處理超聲回波信號(hào)并生成掃描圖像；

13、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于存儲(chǔ)和管理檢測(cè)數(shù)據(jù)。

14、結(jié)合第一方面，所述探頭的檢測(cè)模式包括縱波模式和橫波模式，

15、所述縱波檢測(cè)模式通過(guò)直接耦合或矩形楔塊耦合于工件，用于檢測(cè)與工件表面平行的缺陷；

16、所述橫波檢測(cè)模式通過(guò)不同傾角的楔塊耦合于工件，用于檢測(cè)與工件表面垂直或傾斜的缺陷。

17、本公開(kāi)的第二方面，提供一種焊接接頭超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)方法，包括：

18、在控制計(jì)算機(jī)的界面上選擇縱波模式或橫波模式，輸入試樣板厚、聲速和焦深參數(shù)，計(jì)算出聲束激勵(lì)延時(shí)并設(shè)定在超聲發(fā)射/接收模塊中；

19、在所述控制計(jì)算機(jī)上設(shè)定掃查區(qū)域、步距角度和步進(jìn)速度，運(yùn)動(dòng)控制模塊根據(jù)所設(shè)定的參數(shù)驅(qū)動(dòng)機(jī)械掃查機(jī)構(gòu)，使相控陣探頭在所述焊接接頭表面按預(yù)設(shè)路徑移動(dòng)；

20、所述相控陣超聲發(fā)射/接收模塊根據(jù)所述聲束激勵(lì)延時(shí)向所述焊接接頭發(fā)送超聲波并接收回波信號(hào)，處理所述回波信號(hào)得到掃描信號(hào)并上傳至所述控制計(jì)算機(jī)；

21、所述控制計(jì)算機(jī)接收所述掃描信號(hào)，處理后生成掃描圖像并對(duì)所述掃描圖像進(jìn)行分割與識(shí)別，提取所述掃描圖像中的未熔合和未焊透的缺陷區(qū)域；

22、所述控制計(jì)算機(jī)對(duì)所述缺陷區(qū)域進(jìn)行三維可視化成像并對(duì)所述回波信號(hào)的一次回波幅值提取的特征曲線進(jìn)行分析，得到所述缺陷區(qū)域的三維數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)。

23、結(jié)合第二方面，所述方法包括在縱波模式下，檢測(cè)大于第一預(yù)設(shè)厚度工件或大于第一預(yù)設(shè)深度缺陷時(shí)采用直接耦合方式，在檢測(cè)小于第一預(yù)設(shè)厚度工件或小于第一預(yù)設(shè)深度缺陷時(shí)時(shí)采用矩形楔塊耦合。

24、結(jié)合第二方面，所述方法包括在橫波模式下，通過(guò)配置不同傾角的楔塊使超聲波以設(shè)定的入射角斜入射至焊接接頭表面，用于檢測(cè)與工件表面垂直或呈銳角或鈍角分布的缺陷。

25、結(jié)合第二方面，所述方法還包括對(duì)所述焊接接頭的中層間未熔合缺陷距離檢測(cè)面小于1.2mm時(shí)，將工件表面回波信號(hào)與缺陷回波信號(hào)分離，并對(duì)背景噪聲進(jìn)行抑制。

26、結(jié)合第二方面，所述方法還包括對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行分解，得到不同頻段的信號(hào)分量，根據(jù)噪聲分布特性選取信號(hào)分量并進(jìn)行重構(gòu)得到缺陷回波信號(hào)。

27、本公開(kāi)的第三方面，提供一種電子設(shè)備，包括：

28、一個(gè)或多個(gè)處理器；

29、存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)一個(gè)或多個(gè)程序，當(dāng)所述一個(gè)或多個(gè)程序被所述一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行時(shí)，能使得所述一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)焊接接頭超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)裝置與方法。

30、本公開(kāi)的第四方面，提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)能實(shí)現(xiàn)上述中任一項(xiàng)焊接接頭超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)裝置與方法。

31、有益效果：本公開(kāi)提供的焊接接頭超聲相控陣自動(dòng)檢測(cè)裝置與方法，通過(guò)結(jié)合相控陣超聲技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和先進(jìn)的信號(hào)處理算法，實(shí)現(xiàn)了焊接接頭的高效、精準(zhǔn)自動(dòng)檢測(cè)。該裝置通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)使相控陣超聲探頭精確掃描焊接接頭表面，避免了人工操作中的誤差，提升了檢測(cè)效率。高分辨率的相控陣探頭能夠捕捉到微小缺陷，確保高靈敏度檢測(cè)。通過(guò)對(duì)回波信號(hào)的分解與重構(gòu)，有效抑制噪聲并優(yōu)化信號(hào)，顯著提高了缺陷識(shí)別的準(zhǔn)確性。三維可視化成像技術(shù)直觀展示缺陷區(qū)域并進(jìn)行精確分析，支持實(shí)時(shí)反饋與后續(xù)處理。方法中通過(guò)縱波和橫波模式的靈活切換以及不同耦合方式的應(yīng)用，使得裝置能高效檢測(cè)多種類(lèi)型的缺陷，且不受工件形態(tài)的限制。整體上，本公開(kāi)的裝置與方法提高了焊接接頭檢測(cè)的自動(dòng)化程度、精度和可靠性，減少了人工誤差，并在焊接質(zhì)量控制中具有重要應(yīng)用價(jià)值。