JTUIS-Ⅳ型钎焊电触头超声检测系统

　　1　系统概述

　　钎焊电触头焊接质量是关系到低压电器质量的关键因素。传统的检测方法(如解剖、腐蚀)破坏了触头本身,同时具有检测不准确,检测速度慢等缺点。因此,如何能无损、快速、准确地检测钎焊电触头的焊接质量,是一个亟待解决的问题。由西安交　通大学焊接研究所研制的JTUIS是综合现代精密数控、信号处理和图像处理等技术开发的新一代超声检测系统[1]。

　　2　系统结构

　　系统由三大部分组成(图1),包括以水浸聚焦探头和T/R卡(发射/接收卡)构成的超声发射/接收与采集系统;以精密数控平台、电源驱动箱和MCC运动控制卡构成的数控机械扫查系统和以JTUIS为核心的超声成像软件系统。

　　2.1　超声收/发系统

　　超声收/发系统由水浸聚焦探头和T/R卡构成。为保证系统的高分辨率和高灵敏度,探头需要高的工作频率和高阻尼,并要求工作稳定可靠。为此,选用水浸点聚焦探头。经过对水浸聚焦探头的建模分析,利用超声几何学原理,JTUIS数控系统可自动调节探头高度,使聚焦点位于钎焊面上[2]。

　　T/R卡采用自行研发的基于PCI总线的超声发射/接收与采集卡。该卡集超声发射/接收模块、48 MHz超声射频信号采集模块、FPGA采集控制及缓冲模块以及围绕PCI9052设计的PCI桥接结构为一体。其核心为一片Altera公司的FPGA,通过编程该芯片,实现了包括超声发射电路的时序控制、采样时序控制、高速缓冲时序控制以及与PCI9052桥的接口等各种功能模块。该卡为单频超声脉冲收/发模式,一次脉冲收/发的过程为:由换能器发射的超声波被同一换能器接收,接收到的电信号通过放大电路和滤波电路的处理,获得幅度在0~2 V的超声回波电信号。该信号进入模/数转换电路,进行模/数转换后缓冲到T/R卡板载的SRAM芯片中,同时把数字超声信号读入主机内存。

　　超声收/发系统的基本指标为:单发射/接收通道,超声波频率为10 MHz,脉冲重复频率1 400 Hz,发射脉冲100~250 V可调,脉冲宽度50~150 ns,脉冲形状为负半波,接收增益0~50 dB,带通滤波电路中心频率10 MHz,最大48 MHz采样频率,最大采样深度64 k。

2.2　机械扫查系统

　　机械扫查系统由精密三维数控平台、电源驱动箱和MCC运动控制卡组成。

　　作为对定位精度和动态响应要求都比较高的机电一体化数控系统,JTUIS对其性能影响较大的主运动轴上使用数字交流伺服系统,以克服开环控制的缺陷,使系统定位更加准确,降低运行时产生的噪声。

　　MCC卡是由笔者自行开发的基于PCI总线的运动控制卡,其核心是一片MCX314运动控制芯片。从功能上讲,该运动控制卡①具有独立的四轴控制能力,能够分别控制四个电机轴的运动,并且还能高达3轴联动。②可以实现任意2轴或3轴的直线插补、任意2轴的圆弧插补和任意2轴或3轴的位模式插补。③该卡根据发出脉冲的方式,每个驱动轴可以进行定长脉冲驱动和连续脉冲驱动,定长脉冲驱动的输出脉冲数为32位。