[发明专利]用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统

权利要求书

1.一种用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，包括机械扫描运动子系统、相控阵超声仪器、电控子系统和控制单元，其中，相控阵超声仪器通过相控阵探头向工件发射经相控阵技术调制的超声波束，并接收回波，再通过以太网接口与控制单元进行数据交换通讯和特征信号采集，控制单元基于工控机以太网接口向电控子系统发送自动扫描指令，再由电控子系统驱动机械扫描运动子系统，实现对筒型工件或锥筒型工件的搅拌摩擦焊焊缝的全自动扫描检测及缺陷可视化成像，扫描结束后，利用控制单元实现缺陷的自动识别及统计分析。

2.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，所述机械扫描运动子系统包含多轴机器人(6)、回转台(4)、工件对中夹具(3)、柔性探头夹持耦合工装(7)、相控阵探头及耦合楔块(8)；

所述柔性探头夹持耦合工装(7)的上端连杆(13)与多轴机器人(6)末端连接；下端套筒(15)通过弹性元件(14)与上端连杆(13)连接；同时下端通过安装板安装相控阵探头及耦合楔块(8)、滚动式编码器(16)、滚轮(17)，相控阵探头及耦合楔块(8)与滚动式编码器(16)位于安装板两侧，平行固定于安装板上，滚轮(17)位于两者之间；

所述的工件对中夹具(3)，能同时夹紧或松开且放置工件(2)的支撑块可拆卸并沿径向前后移动。

3.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，所述柔性探头夹持耦合工装(7)上端连杆与多轴机器人(6)末端通过螺栓连接。

4.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，相控阵探头及耦合楔块(8)与滚动式编码器(16)通过螺栓平行固定于安装板上。

5.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，所述工件(2)形状为筒型或锥筒型，材料为铝合金或镁合金，焊缝厚度为20mm以上，由两个半圆壁板通过两条纵向搅拌摩擦焊焊缝和上下两条环向搅拌摩擦焊焊缝焊接而成，同时，检测过程中工件内部的撑环工装(9)不拆除。

6.根据权利要求2所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，工件对中夹具(3)采用黄铜制作。

7.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，扫描检测采用的是相控阵超声扇形扫查技术，相控阵探头通过楔块直接耦合在工件表面，扫描时探头平行于焊缝移动。

8.根据权利要求1所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，控制单元实现本发明中机械扫描运动子系统的自动控制包括多轴机器人(6)和回转台(4)的在线联动控制；通过以太网接口实现相控阵超声仪器(11)的在线控制及特征信号的实时C扫描和B扫描可视化成像；实现检测图像的处理及缺陷自动识别和统计分析。

9.根据权利要求8所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，在扫描时同时实现B扫描成像和C扫描成像的实时显示且用彩虹色调制图像、用黄色及红色表示缺陷区域。

10.根据权利要求8所述的用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，其特征在于，所述缺陷自动识别和统计分析的方法为：先对图像进行阈值分割，统计感兴趣区域的缺陷长度、宽度、深度，再根据缺陷长宽比和深度综合确定缺陷性质为线性缺陷或点状缺陷或面积型缺陷，最后再由缺陷总长与焊缝总长的比值计算焊缝的PPM值。