[發(fā)明專利]一種水下焊縫超聲跟蹤系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011179862.7
• 申請(qǐng)日: 2020-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN112355440B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賀文雄;張洪濤;舒鳳遠(yuǎn);于靜泊;趙洪運(yùn);馮吉才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): B23K9/127
• 分類號(hào): B23K9/127;B23K9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種用于水下焊縫缺陷檢測和水下濕法焊接的超聲跟蹤系統(tǒng)，在水下自動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)上位于檢測探頭或焊槍的前方設(shè)置一個(gè)用于焊縫跟蹤的超聲波探頭。當(dāng)爬行機(jī)構(gòu)在水下沿焊縫爬行進(jìn)行檢測或焊接時(shí)，跟蹤探頭在焊縫橫向作超過焊縫寬度的掃描，同時(shí)不斷發(fā)射超聲波脈沖，并不斷接收焊縫及其鄰近焊件表面或坡口及其鄰近焊件表面反射回來的超聲波脈沖，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳給水上的超聲波探傷儀。超聲波探傷儀對(duì)其進(jìn)行采樣與模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，再傳給水上的焊縫自動(dòng)跟蹤控制器。自動(dòng)跟蹤控制器按照“累積回波幅度偏差負(fù)反饋控制算法”或“累積距離/時(shí)間偏差負(fù)反饋控制算法”進(jìn)行處理，然后向水下爬行機(jī)構(gòu)的方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)其跟蹤方向。

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工學(xué)科中金屬材料焊接與無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。

二、背景技術(shù)

水下焊接、檢測及修復(fù)技術(shù)已取得一些進(jìn)展，深水中的焊接、檢測及修復(fù)需要機(jī)器來自動(dòng)完成，因此需要對(duì)焊縫進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。目前主要采用光學(xué)信號(hào)進(jìn)行視覺跟蹤，而光在水中衰減快，且受水質(zhì)、水流的影響大，一旦水質(zhì)渾濁，將嚴(yán)重降低光學(xué)信號(hào)視覺跟蹤效果。而其他跟蹤技術(shù)所使用的傳感器一般很難入水。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明采用超聲波對(duì)水下焊縫進(jìn)行跟蹤，主要因?yàn)槌暡ㄔ谒兴p慢，水質(zhì)、水流對(duì)超聲波的影響小，而且超聲傳感器很容易密封防水。

系統(tǒng)組成：水下檢測與焊縫跟蹤系統(tǒng)組成如圖1所示，包括：水下自動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)1、跟蹤方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2、可調(diào)支架3、探傷探頭4、跟蹤探頭5、跟蹤探頭掃描機(jī)構(gòu)6、焊件7、焊縫8、爬行機(jī)構(gòu)控制箱9、焊縫自動(dòng)跟蹤控制器10、超聲波探傷儀11。水下焊接與焊縫跟蹤系統(tǒng)組成如圖2所示，與圖1不同的是：將圖1中的探傷探頭4換成了焊槍13，已焊接的焊縫8換成了待焊接的坡口14，并增加了電焊機(jī)12。其中爬行機(jī)構(gòu)控制箱9、焊縫自動(dòng)跟蹤控制器10、超聲波探傷儀11、電焊機(jī)12是在水上，其它都在水下，所有在水下的部分都采取了防水耐水壓措施，其中水下電子、電器元件與接線端子都采用防水封裝。

各部分特性：水下自動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)1是自動(dòng)小車或機(jī)器人，采用履帶、磁鐵吸附輪或螺旋槳反沖加壓輪進(jìn)行爬行。跟蹤方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2類似于汽車的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)與減速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。可調(diào)支架3可對(duì)安裝后的部件位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。探傷探頭4是普通超聲探頭、TOFD超聲探頭或相控陣超聲探頭；對(duì)應(yīng)的超聲波探傷儀11則分別為數(shù)字超聲波探傷儀、TOFD超聲波探傷儀或相控陣超聲波探傷儀。超聲波探傷儀11具有兩個(gè)以上獨(dú)立的收發(fā)通道，具有對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換功能；在水下檢測時(shí)一機(jī)兩用，既起檢測焊接缺陷的作用，又起焊縫跟蹤的作用；而在水下焊接時(shí)，只起焊縫跟蹤的作用。跟蹤探頭5采用直探頭或水浸聚焦探頭，采用聚焦探頭時(shí)離焊件表面的距離等于探頭的焦距。跟蹤探頭掃描機(jī)構(gòu)6是一種電機(jī)帶動(dòng)絲杠傳動(dòng)的直線往復(fù)移動(dòng)機(jī)構(gòu)(見圖3、圖4)，也采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)與減速器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。焊縫自動(dòng)跟蹤控制器10中包含累加器、計(jì)時(shí)器、寄存器、比較器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換器、I/O接口，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或可編程控制器；它是水下焊縫超聲跟蹤系統(tǒng)的中樞，完成關(guān)鍵的控制算法。電焊機(jī)12包含焊接電源及控制、送絲機(jī)與保護(hù)氣。焊槍13為水下濕法焊接專用焊槍。

各部分連接關(guān)系：水下自動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)1上安裝了跟蹤方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2和可調(diào)支架3。可調(diào)支架3一部分用于安裝探傷探頭4或焊槍13，另一部分用于安裝跟蹤探頭掃描機(jī)構(gòu)6，并且安裝后都可按需要調(diào)節(jié)位置。跟蹤探頭5安裝在跟蹤探頭掃描機(jī)構(gòu)6的滑塊上，并且位于探傷探頭4或焊槍13的前方。爬行機(jī)構(gòu)控制箱9為水下自動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)1提供電源及控制信號(hào)。焊縫自動(dòng)跟蹤控制器10為跟蹤探頭掃描機(jī)構(gòu)6、跟蹤方向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2提供控制信號(hào)。超聲波探傷儀11能同時(shí)為探傷探頭4、跟蹤探頭5提供超聲波頻率的電信號(hào)，并對(duì)探傷探頭4檢測的缺陷回波信號(hào)進(jìn)行處理和顯示，對(duì)跟蹤探頭5檢測的已焊焊縫8及其兩側(cè)鄰近的焊件7表面或待焊坡口14及其兩側(cè)鄰近的焊件7表面的回波信號(hào)進(jìn)行采樣與模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，并傳送給自動(dòng)跟蹤控制器10，用于控制跟蹤方向。焊槍13連接焊接電源一端以及送絲機(jī)、保護(hù)氣、控制信號(hào)，焊件7直接與焊接電源另一端相連。