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原文传递适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法

专利名称：	适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法
摘要：	本发明提供了一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法，包括第一激光扫描器、阵列探头组合装置、第一阵列探头、第二阵列探头、第三阵列探头、探头支撑固定装置、第二激光扫描器、扫描器固定装置、阵列超声主机、主控制系统、贮箱转动装置。本发明检测方法包括步骤：系统装置连接及初始位置调整；检测参数自适应调整与检测实施；检测数据结果处理。本发明有效解决了超声检测时在预先设定检测参数下仅仅依靠耦合补偿校正无法完全兼顾到搅拌摩擦焊焊缝表面状态影响所导致的小缺陷漏检或结果不准确的问题，降低了人为因素的影响、提高了效率、检测结果的直观性和智能化程度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海航天精密机械研究所
发明人：	王飞;危荃;涂俊;吴振成;周鹏飞;陈杰;张柳锋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-07T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910013440.3
公开号：	CN109765298A
代理机构：	上海段和段律师事务所
代理人：	李佳俊;郭国中
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	201600 上海市松江区贵德路1号
主权项：	1.一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，包括：第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)、阵列探头组合装置(2)、阵列超声主机(9)、第二激光扫描器(7)、主控制系统(10)、贮箱转动装置(11)、探头支撑固定装置(6)、扫描器固定装置(8)；所述第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)均安装于阵列探头组合装置(2)上；第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)通过探头连接线与阵列超声主机(9)连接，阵列超声主机(9)、第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)、贮箱转动装置(11)通过控制电缆与主控制系统(10)连接；当安装上贮箱时，阵列探头组合装置(2)通过探头支撑固定装置(6)支撑并固定于被检贮箱焊缝(12)外侧表面，第二激光扫描器(7)通过扫描器固定装置(8)安装于被检贮箱焊缝(12)内侧，贮箱转动装置(11)驱动贮箱转动实现贮箱焊缝(12)与阵列探头组合装置(2)的相对运动。 2.根据权利要求1所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，所述第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)由同样尺寸矩形面阵排列的激光发射接收单元组合而成，矩形面阵长度L0不小于贮箱焊缝(12)宽度Hw的两倍，矩形面阵宽度H0不小于第一阵列探头(3)内置晶片长度k，通过主控制系统(10)分别控制第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)中激光发射接收单元序列，以进行扫描器视场范围内的覆盖扫描。 3.根据权利要求1所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，所述第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)均采用一维线阵探头，第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)中晶片排列方向分别为探头长度L1、L2方向，第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)的宽度H1、H2相等且沿宽度方向的内置晶片尺寸长度k相同；第三阵列探头(5)晶片排列方向为探头宽度H3方向且沿该方向的晶片尺寸长度k3不小于贮箱焊缝(12)宽度Hw的两倍。 4.根据权利要求1所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，所述第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)依次安装于阵列探头组合装置(2)上，各自的长度方向L0、L1、L2、L3、L相互平行，其中第一激光扫描器(1)固定安装于阵列探头组合装置(2)长度方向L中间位置；第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第一激光扫描器(1)各自的宽度方向H1、H2、H0相对位置固定，长度方向L1、L2位置能够通过主控制系统(10)驱动机械装置往复移动调整；第三阵列探头(5)安装于阵列探头组合装置(2)长度方向L中间位置，二者长度方向L3、L的位置相对固定，第三阵列探头(5)宽度方向H3位置能够由主控制系统(10)驱动机械装置往复移动调整。 5.一种用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，利用权利要求1至4中任一项所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，包括如下步骤：步骤1、系统装置连接及初始位置调整；步骤2、检测参数自适应调整与检测实施。 6.根据权利要求5所述的用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1.1、将第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)通过探头连接线与阵列超声主机(9)连接，阵列超声主机(9)、第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)通过控制电缆与主控制系统(10)连接；步骤1.2、将阵列探头组合装置(2)、第二激光扫描器(7)分别通过探头支撑固定装置(6)、扫描器固定装置(8)安装于贮箱焊缝(12)表面，使得阵列探头组合装置(2)中第一激光扫描器(1)、第三阵列探头(5)的长度方向L0、L3覆盖贮箱焊缝(12)宽度Hw且基本等距离分布于焊缝轴线Y两侧，同时通过调整第二激光扫描器(7)的位置确保第一激光扫描器(1)与第二激光扫描器(7)分别距焊缝内外表面距离相等且中心连线与焊缝长度方向垂直；步骤1.3、阵列探头组合装置(2)下方通过外接循环水泵确保第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)与贮箱焊缝(12)表面耦合。 7.根据权利要求5所述的用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1、主控制系统(10)同步触发第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)完成扫描器视场区域范围内的贮箱焊缝(12)内外表面的覆盖扫描并将扫描数据回传至主控制系统(10)；步骤2.2、主控制系统(10)基于扫描数据完成扫描器视场区域范围内的焊缝三维模型的重构，根据焊缝缺陷检测灵敏度要求在重构的焊缝三维模型结构上分别预设纵向、横向的模拟反射体缺陷；步骤2.3、主控制系统(10)基于预设的模拟反射体缺陷的焊缝三维模型结构，对当前坐标位置下的第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)电子线性扫描角度从α1至α2按第一预设的角度步进进行仿真，通过计算首先筛选出满足焊缝区域声束全覆盖条件下第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)扫描角度范围，其次对比该角度范围内纵向模拟反射体缺陷声场回波响应能量是否达到预设值；若达到了则将缺陷声场回波响应能量最大时电子线性扫描角度Θ1、Θ2分别作为第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)激发角度。 8.根据权利要求7所述的用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.4、当仅仅通过步骤2.3中电子线性扫描角度调整仿真无法满足焊缝区域声束全覆盖或模拟反射体缺陷声场回波响应能量的预设值要求时，调整第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)与焊缝的相对位置X+或X-后返回步骤2.3，直至仿真结果同时满足焊缝区域声束全覆盖和模拟反射体缺陷声场回波响应能量达到预设值两个条件，记录第一阵列探头(3)的坐标位置x1、第二阵列探头(4)的坐标位置x2和电子线性扫描角度Θ1、Θ2；步骤2.5、主控制系统(10)基于预设的模拟反射体缺陷的焊缝三维模型结构，对当前坐标位置下第三阵列探头(5)电子线性扫描角度从β1至β2按第二预设的角度步进进行仿真，筛选出满足焊缝区域声束全覆盖条件下第三阵列探头(5)扫描角度范围，其次对比该角度范围内横向模拟反射体缺陷声场回波响应能量是否达到预设值；若达到了则将缺陷声场回波响应能量最大时电子线性扫描角度Θ3作为第三阵列探头(5)激发角度。 9.根据权利要求8所述的用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.6、当仅仅通过步骤2.5中电子线性扫描角度调整仿真无法满足焊缝区域声束全覆盖或模拟反射体缺陷声场回波响应能量的预设值要求时，调整第三阵列探头(5)与焊缝长度方向的相对位置Y+或Y-后返回步骤2.5，直至仿真结果同时满足焊缝区域声束全覆盖和模拟反射体缺陷声场回波响应能量达到预设值两个条件，记录第三阵列探头(5)的坐标位置y3和电子线性扫描角度Θ3；步骤2.7、通过主控制系统(10)分别驱动第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)至x1、x2、y3位置；步骤2.8、通过主控制系统(10)控制贮箱转动装置(11)使得贮箱焊缝(12)长度方向Y按ΔL步进量向第三阵列探头(5)方向进行移动，ΔL不大于(2/3)k；步骤2.9、通过主控制系统(10)驱动阵列超声主机(9)控制第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)按电子线性扫描角度Θ1、Θ2完成扫查并实时采集记录探头接收的数据结果；步骤2.10、通过主控制系统(10)驱动第三阵列探头(5)按电子线性扫描角度Θ3完成扫查并实时采集记录探头接收的数据结果；重复步骤2.1至步骤2.9，直至完成整条贮箱焊缝(12)的检测。 10.根据权利要求5所述的用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，还包括：步骤3、检测数据结果处理；所述步骤3包括：步骤3.1、通过主控制系统(10)针对ΔL步进量下的基于第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)的扫描数据所重构的焊缝三维模型进行合成，形成整条焊缝的三维重构模型M0；步骤3.2、通过主控制系统(10)基于第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)所采集的声学数据结果分别合成形成三维图像M1、M2、M3；步骤3.3、通过主控制系统(10)将三维重构模型M0、三维图像M1、M2、M3进行合成，剔除M1、M2、M3中轮廓成像保留缺陷成像，对合并后的三维图像中的缺陷位置进行三维标注；步骤3.4、主控制系统(10)对标注缺陷的合成图进行判定是否满足要求，并将判定结果输出至报告端。
所属类别：	发明专利