[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

说明书

本发明公开了一种用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，包括机械扫描运动子系统、相控阵超声仪器、电控子系统、控制单元，其中，机械扫描运动子系统用于实现相控阵探头沿焊缝移动，以及探头的夹持和耦合；相控阵超声仪器对超声数据进行采集和处理，控制单元基于工控机以以太网为介质与相控阵超声仪器、电控子系统进行数据通讯和指令下达及缺陷图像处理；电控子系统接收控制单元的指令来驱动机械扫描运动子系统带动探头实现对筒型或锥筒型工件搅拌摩擦焊焊缝的全自动扫描检测。本发明优点在于自动化程度高、可视化成像、检测效率高、缺陷可自动识别统计分析。

技术领域

本发明属于搅拌摩擦焊焊缝内部缺陷检测领域，具体涉及一种用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统。

背景技术

搅拌摩擦焊(FSW)技术在航天重大装备关键件焊接上应用较为广泛，实际应用中，由于焊接工艺参数偏差、装夹条件、材料表面状况、操作人员等因素的影响，搅拌摩擦焊工件也可能出现缺陷，进而影响接头的性能，且搅拌摩擦焊缺陷相对常规熔焊缺陷具有紧贴、细微和位向复杂等特征，增加了检测难度。目前，针对搅拌摩擦焊焊缝缺陷的无损检测技术主要有X射线和超声检测，X射线影像清晰且可以长期保存，但对于紧贴型缺陷检测灵敏度相对较低，而且检测返修效率低，特别是对于带有内部撑环工装的大型筒型或锥筒型工件，同时需要人工贴胶片、洗片，自动化程度低。

目前相控阵超声检测因为检测精度高、技术先进，逐渐成为搅拌摩擦焊焊缝缺陷检测的首选。但目前大多数工件生产厂家对该类工件的缺陷检测均采用手工相控阵超声检测，且靠人工识别缺陷，对自动化在线检测系统研究应用较少。因此，针对批量化的大型筒型或锥筒型工件搅拌摩擦焊焊缝内部缺陷检测，有必要设计一种自动在线检测系统，以实现搅拌摩擦焊焊缝的高效率、在线自动检测。

发明内容

本发明提供一种用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，可实现筒型或锥筒型工件装夹对中、焊缝厚度大于20mm的搅拌摩擦焊焊缝内部质量相控阵超声自动扫描检测、缺陷自动识别，提高了检测效率、自动化程度。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：一种用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统，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。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

(1)本发明通过将相控阵超声技术与工业机器人技术、自动控制技术、图像处理技术有机结合，设计了自动相控阵超声检测系统，解决了搅拌摩擦焊焊缝内部缺陷的自动化检测、缺陷自动识别以及面积型缺陷X光检测灵敏度低的问题，并实现了PPM值的统计。

(2)本发明采用工件对中夹具，解决了不同直径筒型或锥筒型工件适应性差以及回转轴与回转台不对中时，影响检测效果的问题。

(3)本发明可在筒型或锥筒型工件不拆卸内部撑环工装的条件下实施自动检测和返修，大大提高了检测及返修效率，解决了常规X射线检测方法需要拆卸工装检测和重新安装工装返修造成的效率低下的问题。

附图说明

图1是本发明实例用于搅拌摩擦焊内部缺陷在线检测的自动化系统整体示意图。

图2是本发明实例中工件及内部撑环工装结构示意图，左侧为俯视剖面示意图、右侧为右视剖面示意图。

图3是本发明实例中柔性探头夹持耦合工装结构示意图。

图4是本发明实例用于搅拌摩擦焊焊缝检测的结果及缺陷识别结果图。

具体实施方式