一种确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法与流程

测量装置的制造及其应用技术1.本发明涉及焊缝超声波检测技术领域，尤其涉及一种确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法。背景技术：2.相控阵超声检测技术是一种先进的无损探伤技术，可用来分析焊缝缺陷的尺寸及位置信息，其核心是利用计算机控制探头上阵列的多个相互独立的压电晶片，按一定延迟时间激发和接受，从而达到改变聚焦特性、声束位移的效果。由于配备了更多的压电晶片，检测过程中无需多次移动探头，检测效率高，更适用于薄板生产线的焊缝质量在线检测。3.现有技术中，一般要求检测人员根据焊缝坡口形状设计相控阵超声检测位置并且在检测后根据坡口形状确定判读区域。这种由人工根据坡口确定检测区域的方法，需要对探头位置进行试凑，受人为因素的影响。而且，面向小坡口的薄板激光焊接、激光电弧复合焊接正在汽车、船舶制造领域大量应用，其检测参数和检测区域难以直接根据坡口形状确定。这种通过位置试凑确定检测位置的方法不准确，且确定周期较长。当前基于视觉的焊缝测量技术发展迅速，应用视觉技术确定焊缝特征能够快速准确地确定相控阵超声焊缝检测的探头位置。4.因此，本领域的技术人员致力于提供一种确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法，有效解决焊接现场焊缝检测位置难以快速确定的问题。技术实现要素：5.有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能解决焊接现场焊缝检测位置难以快速确定问题的相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法。6.为实现上述目的，本发明提供了一种确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法，所述方法包括以下步骤：7.步骤1、采集焊缝表面轮廓信息；8.步骤2、根据所述轮廓信息计算焊缝特征参数；9.步骤3、根据所述特征参数确定所述相控阵超声焊缝检测位置。10.优选地，所述步骤1通过视觉定位装置采集所述轮廓信息。11.进一步地，所述视觉定位装置包括视觉扫描仪、扫查架、运动模组，所述视觉扫描仪与所述扫查架可转动地连接，所述扫查架与所述运动模组可移动地连接，所述扫查架被配置为在第一方向、第二方向移动，所述扫查架相对于所述运动模组在第三方向移动。12.优选地，所述焊缝表面包括焊缝的正面和焊缝的背面。13.优选地，所述特征参数包括焊趾位置、焊缝余高、焊宽。14.进一步地，所述步骤2具体包括：15.步骤2.1、对所述轮廓信息求一阶差分，确定左右侧的所述焊趾位置，得到所述焊宽；16.步骤2.2、在所述焊趾间取所述轮廓的最大高度，确定所述焊缝余高。17.进一步地，所述步骤2还包括对所述焊宽、所述焊缝余高取平均数，得到所述焊接下的焊宽、焊缝余高。18.进一步地，所述步骤3具体包括：19.步骤3.1、根据焊件的板厚确定相控阵超声在板层间反射的波次，并根据所述特征参数确定检测波次中的焊缝区域；20.步骤3.2、确定相控阵超声扫查设备的声束能够完整覆盖焊缝区域的声路，根据几何关系求所述声路中的扫查角度与步进轴位移的关系；21.步骤3.3、结合所述相控阵超声扫查设备的楔块参数确定扫查角度，进而确定所述步进轴位移。22.优选地，当使用二次波绘制时，所述扫查角度包括上极限角度、下极限角度，满足：[0023][0024][0025]式中，u为所述步进轴位移，d为所述焊件的板厚，α为所述下极限角度，β为所述上极限角度。[0026]优选地，还包括根据所述步进轴位移和所述扫查角度，校准所述相控阵超声扫查设备。[0027]本发明至少具有如下有益技术效果：[0028]本发明提供的确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法，首先对焊缝进行视觉扫描，然后针对大量焊缝轮廓提取焊缝特征，再针对现场的相控阵超声设备设计扫查位置。本发明提取焊缝区域的方法快速准确，能够对大量轮廓进行量化提取，为相控阵超声扫查位置设计、检测区域确定提供依据。本发明确定相控阵超声焊缝检测位置的方法，实现了对焊缝特征的快速确定，达到了对相控阵超声扫查区域的准确覆盖，能够实现相控阵超声焊缝检测的精确定位。[0029]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。附图说明[0030]图1是本发明实施例提供的确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位装置结构示意图；[0031]图2是本发明实施例提供的确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法流程图；[0032]图3是本发明实施例的声束完整覆盖焊缝区域的角度范围及步进轴位移；[0033]图4是本发明实施例的窄坡口焊缝焊接结构示意图；[0034]图5是本发明实施例的焊缝上表面轮廓示意图；[0035]图6是本发明实施例的焊缝上表面轮廓差分结果示意图；[0036]图7是本发明实施例的二次波中焊缝区域示意图。[0037]图中，[0038]1-视觉扫描仪，2-扫查架，3-运动模组。具体实施方式[0039]以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。[0040]在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。[0041]本发明提供了一种确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法，通过对焊缝进行视觉扫描，针对大量焊缝轮廓提取焊缝特征，再根据现场的相控阵超声扫查设备的参数设计扫查位置。[0042]本实施例通过如图1所示的视觉定位装置采集焊缝表面轮廓信息，视觉定位装置包括视觉扫描仪1、扫查架2、运动模组3，视觉扫描仪1用于扫描焊缝表面轮廓，视觉扫描仪1为常用的图像采集设备。视觉扫描仪1与扫查架2可转动地连接，扫查架2与运动模组3可移动地连接，扫查架2能在第一方向和第二方向上对视觉扫描仪1的位置进行调整，扫查架2相对于运动模组3在第三方向移动，第一方向、第二方向、第三方向构成空间直角坐标系，由此实现了视觉扫描仪1在三个自由方向的位置调整。[0043]如图2所示，本实施例的确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法，包括以下步骤：[0044]步骤1、采集焊缝表面轮廓信息。[0045]焊缝具有一定的长度，因此，本步骤中采集该焊接工艺下整条焊缝表面的轮廓信息。对于v型坡口焊等双面焊缝，焊缝的表面包括正面和背面，因此，可以分别从正面和背面采集轮廓信息，得到双面焊缝的两个表面的轮廓信息。对于角焊缝等，只需要采集一个表面的轮廓信息即可。[0046]步骤2、根据轮廓信息计算焊缝特征参数。[0047]本步骤中，焊缝特征参数包括焊趾位置、焊缝余高和焊宽，本步骤具体包括以下具体步骤：[0048]步骤2.1、对轮廓信息求一阶差分，确定左右侧的焊趾位置，得到焊宽；[0049]步骤2.2、在焊趾间取轮廓的最大高度，确定焊缝余高；[0050]步骤2.3、对整条焊缝的焊宽、焊缝余高取平均数，得到该焊接工艺下的焊宽、焊缝余高。[0051]步骤3、根据特征参数确定相控阵超声焊缝检测位置。[0052]在采集焊缝表面轮廓信息并计算得到焊缝特征参数之后，结合相控阵超声扫查设备的楔块参数，可以确定相控阵超声焊缝检测位置。本步骤具体包括以下步骤：[0053]步骤3.1、根据焊件的板厚确定相控阵超声在板层间反射的波次，并根据特征参数确定检测波次中的焊缝区域；[0054]步骤3.2、确定相控阵超声扫查设备的声束能够完整覆盖焊缝区域的声路，根据几何关系求声路中的扫查角度与步进轴位移的关系；[0055]步骤3.3、结合相控阵超声扫查设备的楔块参数确定扫查角度，进而确定步进轴位移；[0056]步骤3.4、根据步进轴位移和扫查角度，校准相控阵超声扫查设备。[0057]如图3至图7所示，本发明还公开了确定相控阵超声焊缝检测位置的视觉定位方法的如下具体实施例。[0058]实施例1[0059]步骤s1：将运动模组放置于待检测焊缝左侧，采集该焊接工艺下的对接焊缝的上表面轮廓；焊件及焊接型式如图4所示，采集后的焊缝轮廓信息如图5所示。[0060]步骤s21：对如图5所示的上表面焊缝轮廓求一阶差分，结果如图6所示；根据图5可以确定左右焊趾位置，得到如图5中的散点，对应图6中的焊缝宽为3.00mm。[0061]步骤s22：在左右焊趾间取焊缝轮廓的最大高度，确定焊缝余高，如图5中所示为1.5mm。[0062]步骤s23：对整条焊缝的焊宽、焊缝余高取平均值，得到该焊接工艺下的焊宽及焊缝余高。[0063]如图5所示，焊趾位置为弧形轮廓在左右侧的起点a和b，焊宽为点a和b在横轴上的距离，焊缝余高为弧形轮廓的最高点c至ab连线在纵轴上的距离。[0064]相应地，按照以上步骤采集该焊接工艺下的对接试样的焊缝下表面轮廓，并按照步骤s21至s23，对所有的下表面焊缝轮廓提取焊宽和焊缝余高，得到下表面的焊宽及焊缝余高。[0065]步骤s31：根据焊件的板厚确定相控阵超声在板层间反射的波次，并根据特征参数确定检测波次中的焊缝区域；如图3和图7所示，本实施例采用二次波绘制焊缝轮廓，图7中实线为空间中的焊件以及根据焊缝特征参数绘制的焊缝区域，虚线为模拟的二次波中焊缝区域。[0066]步骤s32：确定相控阵超声扫查设备的声束能够完整覆盖焊缝区域的声路，根据几何关系求声路中的扫查角度与步进轴位移的关系；二次波绘制的上下表面极限声路如图3所示，设板厚为d，步进轴位移为u，下极限角度为α，上极限角度为β，几何关系如下：[0067][0068][0069]步骤s33：结合相控阵超声扫查设备的楔块参数确定扫查角度，进而确定步进轴位移。[0070]如图3所示，步进轴位移为相控阵超声扫查设备与焊缝之间的距离，即为要确定的焊缝检测位置；下极限角度和上极限角度根据相控阵超声扫查设备的参数确定，根据不同的下极限角度和上极限角度，可以确定与之对应的步进轴位移。[0071]步骤s34：根据步进轴位移和扫查角度，校准相控阵超声扫查设备。[0072]在确定了步进轴位移之后，即确定了相控阵超声焊缝检测的位置，进而能够对焊缝进行相控阵超声焊缝检测。[0073]以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。









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