数字化超声自动检测系统研究

　　超声检测系统经历了三个发展阶段,即模拟式探伤仪、数字式探伤仪、以计算机为核心的超声自动检测系统。传统的模拟式超声探伤仪主要基于手工探伤,有A、B、C三种显示方式。数字化超声波探伤仪具有数据存储和运算功能,实现了探伤过程中自动判伤、自动读出、显示缺陷的位置和当量值、存储并打印探伤报告。数字化超声检测不仅解决了超声探伤可记录的问题,而且减少了人为误差,提高了探伤结果的可信性。数字化超声波探伤仪分便携式和多通道式两类。自动超声检测系统一般选用多通道超声卡结构[1]。基于超声卡的数字化超声检测机器人具有检测速度快、检测精度高、高可靠性、稳定性好等优点,同时数字化超声检测机器人可全面、客观地采集和存储数据,并对采集到的数据进行实时处理或后处理,对信号进行时域、频域或图像分析,还可通过模式识别对工件质量进行分级,减少了人为因素的影响,提高了检测的可靠性和稳定性。

　　1　基于超声卡的检测模型

　　在笔者开发的CADR超声检测机器人中,以四通道超声卡为核心,建立超声检测机器人的模型。基于超声卡的检测流程如图1和图2所示。

　　该超声自动检测系统具有350V高穿透电压输出;高达100MHz的高速采样频率,距离-幅度曲线(Distance Amplitude Correction,DAC)补偿;0~80dB增益调节;16~16384超声卡采样数可调;具有低通/高通滤波功能,对全波整流来说,低通滤波可以光顺回波信号,可用于捕捉峰值数目,对缺陷识别很有利。

　　基于超声卡的检测结构,通过各种软件,可以方便地扩大仪器功能。由于波形和探伤条件都数字化,能够进行数据处理,将波形冻结或者扩展显示,也能将A型显示变换为B、C型显示。通过超声数据可视化处理,可以实现工件超声检测的准三维显示。如果将模数变换后的接收信号保存在缓冲存储器里,然后进行快速傅立叶变换(FFT),就可以在显示器上进行频谱显示[2]。在CADR系统中,采用伺服控制的五轴超声检测机器人实现探头的控制,完成一般曲面的超声扫查,如果加上回转主轴和送料平台,可以实现回转件的超声扫查。

　　2　超声检测机器人运动学分析

　　五轴超声检测机器人是由X、Y、Z三个移动关节和A、B两个转动关节组成的,其结构模型和运动原理如图3所示。机器人共有L0、L1、L2、L3、L4、L5六根连杆,其中L0连杆为基础连杆,L5连杆后面接机器人终端执行器(超声探头),其杆长为检测探头装夹长度,当检测探头装夹完毕,该值便固定为常量。A1、A2、A3对应了三个移动关节X、Y、Z;A4、A5对应两个转动关节A、B。其中X轴方向采用一对平行导轨,以保证系统刚度,如图3所示。