[發明專利]用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統

在審

• 申請號: 202110507921.7
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113155970A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 許有昌;張振;平德佳;胡偉葉;孟哲;單政;王毅;馬凱
• 申請（專利權）人: 南京晨光集團有限責任公司
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/265;G01N29/44
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，包括機械掃描運動子系統、相控陣超聲儀器、電控子系統和控制單元，其中，相控陣超聲儀器通過相控陣探頭向工件發射經相控陣技術調制的超聲波束，并接收回波，再通過以太網接口與控制單元進行數據交換通訊和特征信號采集，控制單元基于工控機以太網接口向電控子系統發送自動掃描指令，再由電控子系統驅動機械掃描運動子系統，實現對筒型工件或錐筒型工件的攪拌摩擦焊焊縫的全自動掃描檢測及缺陷可視化成像，掃描結束后，利用控制單元實現缺陷的自動識別及統計分析。

2.根據權利要求1所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，所述機械掃描運動子系統包含多軸機器人(6)、回轉臺(4)、工件對中夾具(3)、柔性探頭夾持耦合工裝(7)、相控陣探頭及耦合楔塊(8)；

所述柔性探頭夾持耦合工裝(7)的上端連桿(13)與多軸機器人(6)末端連接；下端套筒(15)通過彈性元件(14)與上端連桿(13)連接；同時下端通過安裝板安裝相控陣探頭及耦合楔塊(8)、滾動式編碼器(16)、滾輪(17)，相控陣探頭及耦合楔塊(8)與滾動式編碼器(16)位于安裝板兩側，平行固定于安裝板上，滾輪(17)位于兩者之間；

所述的工件對中夾具(3)，能同時夾緊或松開且放置工件(2)的支撐塊可拆卸并沿徑向前后移動。

3.根據權利要求2所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，所述柔性探頭夾持耦合工裝(7)上端連桿與多軸機器人(6)末端通過螺栓連接。

4.根據權利要求2所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，相控陣探頭及耦合楔塊(8)與滾動式編碼器(16)通過螺栓平行固定于安裝板上。

5.根據權利要求2所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，所述工件(2)形狀為筒型或錐筒型，材料為鋁合金或鎂合金，焊縫厚度為20mm以上，由兩個半圓壁板通過兩條縱向攪拌摩擦焊焊縫和上下兩條環向攪拌摩擦焊焊縫焊接而成，同時，檢測過程中工件內部的撐環工裝(9)不拆除。

6.根據權利要求2所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，工件對中夾具(3)采用黃銅制作。

7.根據權利要求1所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，掃描檢測采用的是相控陣超聲扇形掃查技術，相控陣探頭通過楔塊直接耦合在工件表面，掃描時探頭平行于焊縫移動。

8.根據權利要求1所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，控制單元實現本發明中機械掃描運動子系統的自動控制包括多軸機器人(6)和回轉臺(4)的在線聯動控制；通過以太網接口實現相控陣超聲儀器(11)的在線控制及特征信號的實時C掃描和B掃描可視化成像；實現檢測圖像的處理及缺陷自動識別和統計分析。

9.根據權利要求8所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，在掃描時同時實現B掃描成像和C掃描成像的實時顯示且用彩虹色調制圖像、用黃色及紅色表示缺陷區域。

10.根據權利要求8所述的用于攪拌摩擦焊內部缺陷在線檢測的自動化系統，其特征在于，所述缺陷自動識別和統計分析的方法為：先對圖像進行閾值分割，統計感興趣區域的缺陷長度、寬度、深度，再根據缺陷長寬比和深度綜合確定缺陷性質為線性缺陷或點狀缺陷或面積型缺陷，最后再由缺陷總長與焊縫總長的比值計算焊縫的PPM值。