[发明专利]便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及焊缝质量无损检测领域，特别涉及一种用于汽车、轨道客车、航空航天、制药装备等技术领域的平面搭接短焊缝质量超声波无损检测技术，尤指一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法。

背景技术

平面搭接焊缝可以通过弧焊、激光焊等工艺过程形成，这些工艺被广泛应用于汽车、轨道客车、航空航天、制药装备等工业制造领域。焊接接头的质量是保证产品可靠性的关键，超声波无损检测技术已经成为了焊缝质量检测的重要发展方向。

相控阵探头采用多个超声波振元组成，可以实现多个振元同时发射、接收超声波信号，实现对探头覆盖范围内的焊缝进行快速检测，获取焊缝内部接头质量信息，因此成为了目前工业应用的重点研究领域。目前，较为常用的相控阵探头超声检测采用探头垂直放置的方式，使声束垂直入射到焊缝中，耦合方式为水浸。此方法应用局限性较强，当工件尺寸较大，或者工件由于材料要求而无法水浸时，则不能进行检测；另一种检测方法为采用移动小车固定相控阵探头，手动在工件表面运动，采用光电编码器记录探头位置信息，并通过与超声检测结果拟合，实现定量检测。该方法采用手动检测，在检测过程中运动速度与手部压力难以保持均衡，使超声检测过程中耦合程度不均，对超声检测精度和速度均有一定影响。

由于以上方法具有明显的缺点，其综合使用性能尚无法完全满足现阶段工业生产领域对大尺寸工件表面搭接短焊缝的检测需要，急需一种新型的检测方法和装置，解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置及方法，解决了现有相控阵检测结构复杂，成本较高，且难以实现复杂形状工件上的焊缝检测的问题，针对现阶段焊缝超声波相控阵检测领域所采用的水浸式、手持式等阵列探头的超声波检测方法的局限性，将阵列探头与机械结构结合在一起，使阵列探头可以在一定范围内自动行走，实现对短焊缝的自动定量式扫查，并且将机械扫查与电子扫查相结合，实现平面短焊缝内部连接状态的高效率、高分辨率的超声波成像；同时，在扫查过程中设计有简单易用的耦合剂自循环系统，提高了检测过程的方便性。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

便携式平面搭接短焊缝的相控阵超声定量检测装置，包括工业计算机1、电源控制模块2、相控阵超声采集卡3和扫查器4，所述工业计算机1内置数据采集卡，并通过数据线分别与相控阵超声采集卡3和电源控制模块2相连；电源控制模块2和相控阵超声采集卡3分别与扫查器4相连，对扫查器4内部的相控阵超声探头发射和接收的信号进行数据采集和传输，电源控制模块2对扫查器4内部的步进电机进行驱动和起停控制，扫查器4内置相控阵超声探头415及步进电机405，是超声信号的发射/接收/扫查的执行装置。

所述的所述扫查器4包含壳体模块、扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块，其中扫查机构模块、超声发射/接收模块、固定模块分别置于壳体模块内；扫查机构模块内置步进电机驱动超声发射/接收模块实现扫查运动；超声发射/接收模块连接在扫查机构模块上，固定模块布置在扫查器的两侧，将扫查器固定在工件上，实现完全贴合的自动扫查。

所述的壳体模块是：上壳体401与中壳体402通过螺钉连接在一起，中壳体402与下壳体403通过螺钉连接在一起；上壳体401上布置有线束导向座、按钮开关安装孔和线缆接头安装孔，中壳体402上有导轨固定座、步进电机支架固定座、同步带轮固定座和固定环，下壳体上有延迟块镶嵌槽和固定环。

所述的扫查机构模块是：步进电机405通过螺钉固定在步进电机支架404上，并与步进电机支架一同装配到中壳体402上，同步带轮A406-1通过顶丝固定到步进电机405输出轴上，并随着输出轴旋转进行相应旋转运动；同步带轮B406-2通过顶丝固定到支撑轴408上，支撑轴408两端分别与支撑轴承409连接在一起，轴承压块410固定在支撑轴承409外圈上，并通过螺钉与中壳体402连接在一起；当同步带轮406旋转时，支撑轴承外圈、轴承压块410静止，支撑轴408、支撑轴承409内圈、同步带轮B406-2一同做旋转运动；同步带407为齿形同步带，环绕在同步带轮A406-1和同步带轮B406-2上；探头夹持机构412放置在同步带407下方，齿形同步带压块411下表面为齿形结构，放置在同步带407上方并与同步带407啮合，齿形同步带压块411与探头夹持机构412通过螺钉连接在一起，将同步带407挤压固定在二者之间；滑块413通过螺钉固定到探头夹持机构412上，并在滑轨414上进行往复运动，保障机构的平稳运动。