[發(fā)明專利]超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置和方法

在審

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• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107907596A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙新玉;齊天之;段曉敏;溫欣;閆浩明;陳婧陽
• 申請（專利權(quán)）人: 大連交通大學(xué)
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司21212
• 代理人: 姜玉蓉,李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置和方法。

背景技術(shù)

焊縫是焊接結(jié)構(gòu)中最薄弱的部位，在焊接完成后容易存在氣孔、裂紋、根部未融合等缺陷，而且焊接結(jié)構(gòu)失效大多由焊縫發(fā)生，因此為確保焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，焊接后都需要對焊縫進(jìn)行探傷。動車車體側(cè)壁大多使用激光焊技術(shù)進(jìn)行搭接，激光焊是一種新型的焊接工藝，具有線能量集中，熔深大，焊縫深寬比高等諸多優(yōu)勢，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)中。針對激光焊技術(shù)工程化應(yīng)用對焊縫缺陷檢測新要求，超聲自動化檢測搭接結(jié)構(gòu)激光焊縫具有至關(guān)重要的作用。

目前，傳統(tǒng)超聲C掃描檢測的掃查路徑一般采用蛇形直線掃查，由于掃描軸往復(fù)運動時需要不斷啟動停止，采用傳統(tǒng)蛇型直線掃描檢測窄熔寬長焊縫結(jié)構(gòu)時，檢測效率低、耗時多。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開了一種超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置和方法，采用旋轉(zhuǎn)掃描成像技術(shù)來實現(xiàn)車體窄熔寬長直激光焊縫的快速在線檢測問題。

一種超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置，具體方案為：包括伺服電機(jī)和與超聲換能器配合工作的旋轉(zhuǎn)軸，所述旋轉(zhuǎn)軸的一端連接有導(dǎo)電滑環(huán)，所述伺服電機(jī)與同步齒形傳動帶相連接，所述同步齒形傳動帶與所述旋轉(zhuǎn)軸相嚙合連接，所述同步齒形傳動帶上連接有蝸輪蝸桿，所述蝸輪蝸桿與絲杠連接，該裝置還包括直線導(dǎo)軌，所述直線導(dǎo)軌與絲杠連接，工作狀態(tài)下：所述伺服電機(jī)工作通過同步齒形傳動帶帶動旋轉(zhuǎn)軸、蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)運動，所述蝸輪蝸桿旋轉(zhuǎn)運動帶動絲杠轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使旋轉(zhuǎn)軸與直線導(dǎo)軌沿導(dǎo)軌方向發(fā)生相對運動，由上所述旋轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)的同時做直線運動。

所述伺服電機(jī)上安裝有編碼器。

一種超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置的采集成像方法，包括以下步驟：

S1：設(shè)定該裝置的工作參數(shù)：伺服電機(jī)每轉(zhuǎn)動一定角度、編碼器激勵超聲換能器自發(fā)自收一個超聲信號，并將該信號儲存于上位機(jī)的采集卡中；

S2：編碼器記錄超聲換能器發(fā)出脈沖時伺服電機(jī)的累計旋轉(zhuǎn)角度，根據(jù)同步齒輪傳送帶和蝸輪蝸桿自帶的固定傳動比推導(dǎo)出旋轉(zhuǎn)軸的實時位置；

S3：通過上位機(jī)分析處理：將采集卡的采集數(shù)據(jù)與旋轉(zhuǎn)軸的實時位置一一對應(yīng)，再利用圖像插值技術(shù)，最終逐點生成超聲換能器的掃描的區(qū)域、顯示C掃描圖像、反映出焊縫區(qū)域成型情況。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置和方法，本裝置僅用一個電機(jī)實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)運動和直線運動相結(jié)合掃查方式，具體通過特殊的蝸輪蝸桿和齒輪組結(jié)構(gòu)保證旋轉(zhuǎn)運動和水平平移的高度匹配。并在高速旋轉(zhuǎn)直線運動時，實現(xiàn)超聲信號同步觸發(fā)和采集，確保數(shù)據(jù)點和采集位置的準(zhǔn)確對應(yīng)，便于超聲掃描成像，該裝置可用于搭接結(jié)構(gòu)點焊、激光焊成像檢測。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為裝置旋轉(zhuǎn)掃描與傳統(tǒng)蛇形掃描的路徑對比示意圖。

圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚完整的描述：

如圖2所示的一種超聲旋轉(zhuǎn)掃描成像裝置，包括伺服電機(jī)1和與超聲換能器配合工作的旋轉(zhuǎn)軸6，旋轉(zhuǎn)軸6的一端連接有導(dǎo)電滑環(huán)2，所述伺服電機(jī)1與同步齒形傳動帶3相連接，同步齒形傳動帶3與旋轉(zhuǎn)軸6相嚙合連接，同步齒形傳動帶3上連接有蝸輪蝸桿4，蝸輪蝸桿4與絲杠7連接，該裝置還包括直線導(dǎo)軌5，所述直線導(dǎo)軌5與絲杠7連接組成絲杠導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，工作狀態(tài)下：所述伺服電機(jī)1工作通過同步齒形傳動帶3帶動旋轉(zhuǎn)軸6、蝸輪蝸桿4旋轉(zhuǎn)運動，蝸輪蝸桿4旋轉(zhuǎn)運動帶動絲杠7轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使旋轉(zhuǎn)軸6與直線導(dǎo)軌7沿導(dǎo)軌方向發(fā)生相對運動，由上所述旋轉(zhuǎn)軸6在旋轉(zhuǎn)的同時做直線運動。該裝置通過特殊的蝸輪蝸桿4和同步齒形傳動帶3保證旋轉(zhuǎn)運動和導(dǎo)軌方向平移的高度匹配，每旋轉(zhuǎn)一周，沿直線導(dǎo)軌方向同步平移固定距離。實現(xiàn)了以焊縫中心為圓心的旋轉(zhuǎn)運動和沿著焊縫方向的直線運動相匹配的快速掃描。實際使用過程中在旋轉(zhuǎn)軸6上安裝有超聲換能器，采用導(dǎo)電滑環(huán)2避免超聲換能器高速旋轉(zhuǎn)時繞線問題，實現(xiàn)超聲換能器信號穩(wěn)定傳輸。該裝置在工作過程中與上位機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)通信。工作狀態(tài)下將超聲換能器安裝在旋轉(zhuǎn)軸6進(jìn)行發(fā)出和接收超聲信號。