本發(fā)明屬于非鐵磁性薄板材料無損檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

非鐵磁性材料是相對(duì)磁導(dǎo)率很低的一類材料的統(tǒng)稱，一般相對(duì)磁導(dǎo)率接近于1。在非鐵磁性材料中薄板材料(如鋁及鋁合金薄板、鈦及鈦合金薄板)使用較為廣泛，主要涉及機(jī)械、船舶、航空、電氣等多個(gè)行業(yè)。為了獲得良好的金屬工藝性能，對(duì)非鐵磁性薄板材料進(jìn)行一定的區(qū)域焊接是不可避免的。然而，在焊接過程中，由于各種參數(shù)的影響導(dǎo)致焊縫區(qū)域產(chǎn)生難以觀察的缺陷，影響非鐵磁性薄板材料的性能，故對(duì)非鐵磁性薄板材料焊縫進(jìn)行非破壞性檢測(cè)(即無損檢測(cè))是十分有必要的。

目前，對(duì)板材焊縫進(jìn)行無損檢測(cè)的方法主要有：壓電超聲檢測(cè)、電磁超聲檢測(cè)及渦流檢測(cè)。在信號(hào)激勵(lì)方面，壓電超聲檢測(cè)方法，雖然技術(shù)很成熟，但壓電超聲信號(hào)的激勵(lì)依賴于板材的表面粗糙狀況，表面粗糙狀況不好時(shí)，信號(hào)激勵(lì)困難；電磁超聲檢測(cè)方法，雖然超聲信號(hào)的激勵(lì)無需考慮板材表面的粗糙狀況，但要考慮板材的導(dǎo)磁性及提離距離(如對(duì)于導(dǎo)磁性不好的非鐵磁性板材而言，利用電磁激勵(lì)超聲信號(hào)時(shí)需要通入很大電流而且要控制提離距離處于幾毫米的范圍內(nèi))；渦流檢測(cè)與電磁超聲檢測(cè)類似，對(duì)非鐵磁性材料檢測(cè)，需要通入大電流和控制提離距離。在信號(hào)接收方面，壓電超聲檢測(cè)方法雖然探頭接收信號(hào)的效率相對(duì)較高，但超聲信號(hào)的接收依然依賴于板材的表面粗糙狀況；電磁超聲檢測(cè)方法和渦流檢測(cè)方法雖然無需考慮表面粗糙狀況但接收信號(hào)的效率相對(duì)較低，而且渦流檢測(cè)相較于超聲檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)。

針對(duì)現(xiàn)有板材焊縫無損檢測(cè)方法中的不足，本領(lǐng)域相關(guān)人員做了很多研究，如改進(jìn)現(xiàn)有的單一類型激勵(lì)探頭和接收探頭或者使用不同類型的雙探頭或多探頭，但這些改進(jìn)尚未解決信號(hào)激勵(lì)受工件表面粗糙度狀況以及提離距離的影響的問題，且還易造成資源浪費(fèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置，基于現(xiàn)有無損檢測(cè)裝置存在的問題，針對(duì)無損檢測(cè)裝置的部件及部件連接關(guān)系進(jìn)行了設(shè)計(jì)。所述無損檢測(cè)裝置采用粗糙度掃描儀分析探頭所在工件區(qū)域的粗糙度值；使用者根據(jù)所述粗糙度值來選擇復(fù)合探頭中的壓電超聲模塊或者電磁超聲模塊作為超聲探頭接收缺陷信號(hào)，既克服了信號(hào)激勵(lì)受工件表面粗糙度狀況以及提離距離的影響，改善了信號(hào)激勵(lì)狀況，節(jié)省了成本，提高了信號(hào)接收的效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置，其包括機(jī)械手臂、連接于所述機(jī)械手臂一端的小功率脈沖激光器、滑動(dòng)的連接于所述機(jī)械手臂的伸縮桿、粗糙度掃描儀及兩個(gè)復(fù)合探頭，其特征在于：

所述粗糙度掃描儀用于測(cè)量工件即將放置兩個(gè)所述復(fù)合探頭的區(qū)域的粗糙度值，并將所述粗糙度值顯示出來；

兩個(gè)所述復(fù)合探頭分別位于焊縫相背的兩側(cè)，其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接于所述伸縮桿遠(yuǎn)離所述機(jī)械手臂的一端；所述復(fù)合探頭包括電磁超聲模塊、壓電超聲模塊、探頭外殼、中間擋板及選擇開關(guān)插座，所述探頭外殼形成有收容腔，所述收容腔用于收容所述電磁超聲模塊、所述壓電超聲模塊及所述中間擋板，所述中間擋板將所述收容腔隔離為上下兩層，所述壓電超聲模塊設(shè)置于上層，所述電磁超聲模塊設(shè)置于下層，所述壓電超聲模塊及所述電磁超聲模塊均電性連接于所述選擇開關(guān)插座；所述選擇開關(guān)插座設(shè)置在所述探頭外殼的外側(cè)，其包括第一開關(guān)按鈕及與所述第一開關(guān)按鈕間隔設(shè)置的第二開關(guān)按鈕，所述第一開關(guān)按鈕及所述第二開關(guān)按鈕分別用于控制所述電磁超聲模塊及所述壓電超聲模塊的電路通斷；使用者依據(jù)所述粗糙度值按下第一開關(guān)按鈕或者第二開關(guān)按鈕，以使所述電磁超聲模塊或者所述壓電超聲模塊作為超聲探頭。

進(jìn)一步的，所述選擇開關(guān)插座還包括與所述第二開關(guān)按鈕間隔設(shè)置的第三開關(guān)按鈕及輸出端口，所述第三開關(guān)按鈕用于控制所述輸出端口的電路通斷；所述無損檢測(cè)裝置還包括多通道帶通濾波器，所述輸出端口電性連接所述多通道帶通濾波器。

進(jìn)一步的，所述無損檢測(cè)裝置還包括電性連接于所述多通道帶通濾波器的可調(diào)增益放大器、電性連接于所述可調(diào)增益放大器的數(shù)據(jù)采集器及電性連接于所述數(shù)據(jù)采集器的電腦。

進(jìn)一步的，所述無損檢測(cè)裝置包括激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)，所述激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)包括第一連接臂及連接于所述第一連接臂的一端的激光擴(kuò)束鏡片，所述第一連接臂的另一端連接于所述機(jī)械手臂；所述激光擴(kuò)束鏡片用于擴(kuò)大所述小功率脈沖激光器發(fā)射的激光的光斑，減小激光束的發(fā)散角。

進(jìn)一步的，所述無損檢測(cè)裝置包括光闌機(jī)構(gòu)，所述光闌機(jī)構(gòu)包括一端連接于所述伸縮桿的第二連接臂及連接于所述第二連接臂的另一端的光闌；所述激光擴(kuò)束鏡片位于所述小功率脈沖激光器及所述光闌之間。

進(jìn)一步的，所述無損檢測(cè)裝置包括聚焦機(jī)構(gòu)，所述聚焦機(jī)構(gòu)包括一端連接于所述伸縮桿的第三連接臂及連接于所述伸縮桿另一端的聚焦鏡，所述聚焦鏡位于所述光闌的下方。

進(jìn)一步的，所述小功率脈沖激光器的中心軸、所述激光擴(kuò)束鏡片的中心軸、所述光闌的中心軸及所述聚焦鏡的中心軸重合。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置，其采用粗糙度掃描儀分析探頭所在工件區(qū)域的粗糙度值；使用者根據(jù)所述粗糙度值來選擇復(fù)合探頭中的壓電超聲模塊或者電磁超聲模塊來作為超聲探頭接收缺陷信號(hào)，既克服了信號(hào)激勵(lì)受工件表面粗糙度狀況以及提離距離的影響，改善了信號(hào)激勵(lì)狀況，節(jié)省了成本，提高了信號(hào)接收的效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置。

圖2是圖1中的無損檢測(cè)裝置的復(fù)合探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1中的無損檢測(cè)裝置處于使用狀態(tài)的局部示意圖。

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1-小功率脈沖激光器，2-粗糙度掃描儀，3-復(fù)合探頭，301-電磁超聲模塊，3010-馬蹄形永磁鐵，3011-跑道型線圈電路板，302-壓電超聲模塊，3020-壓電陶瓷晶片，303-探頭外殼，304-中間擋板，305-選擇開關(guān)插座，4-伸縮桿，5-機(jī)械手臂，6-操作手柄，7-多通道帶通濾波器，8-可調(diào)增益放大器，9-數(shù)據(jù)采集器，10-計(jì)算機(jī)，11-激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)，12-光闌機(jī)構(gòu)，13-聚焦機(jī)構(gòu)，工件-OB，焊縫-OA。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

請(qǐng)參閱圖1、圖2及圖3，本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置，所述無損檢測(cè)裝置適用于鋁薄板、鋁金屬薄板、鈦合金薄板等的焊縫的缺陷的無損檢測(cè)。

所述無損檢測(cè)裝置包括小功率脈沖激光器1、粗糙度掃描儀2、復(fù)合探頭3、伸縮桿4、機(jī)械手臂5、操作手柄6、多通道帶通濾波器7、可調(diào)增益放大器8、數(shù)據(jù)采集器9、計(jì)算機(jī)10、激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)11、光闌機(jī)構(gòu)12及聚焦機(jī)構(gòu)13。所述機(jī)械手臂5連接所述小功率脈沖激光器1及所述操作手柄6。所述伸縮桿4的一端滑動(dòng)的連接于所述機(jī)械手臂5，另一端轉(zhuǎn)動(dòng)的連接于所述復(fù)合探頭3。所述多通道帶通濾波器7電性連接所述復(fù)合探頭3及所述可調(diào)增益放大器8。所述數(shù)據(jù)采集器9電性連接所述可調(diào)增益放大器8及所述計(jì)算機(jī)10。所述光闌機(jī)構(gòu)12及所述聚焦機(jī)構(gòu)13均連接于所述伸縮桿4，且兩者間隔設(shè)置。所述激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)12連接于所述機(jī)械手臂5，其位于所述小功率脈沖激光器1及所述光闌機(jī)構(gòu)12之間。

所述小功率脈沖激光器1位于焊縫OA的一側(cè)，其用于間隔發(fā)射激光信號(hào)。本實(shí)施方式中，所述小功率脈沖激光器1的脈沖寬度為5～20ns，脈沖重復(fù)頻率為1～100HZ，能量為0～200mJ/pluse。

所述粗糙度掃描儀2用于測(cè)量工件OB上即將放置所述復(fù)合探頭3的區(qū)域的粗糙度，并將所述粗糙度值顯示出來以供使用者參考。本實(shí)施方式中，所述粗糙度掃描儀2為手持式。

所述復(fù)合探頭3為電磁-壓電超聲復(fù)合式，其用于接收超聲回波信號(hào)并將接收到的所述超聲回波信號(hào)傳送給所述多通道帶通濾波器7。所述復(fù)合探頭3包括電磁超聲模塊301、壓電超聲模塊302、探頭外殼303、中間擋板304及選擇開關(guān)插座305。所述探頭外殼303形成有收容腔，所述收容腔用于收容所述電磁超聲模塊301、所述壓電超聲模塊302及所述中間擋板304。本實(shí)施方式中，所述探頭外殼303是由非金屬材料制成的。

所述中間擋板304將所述收容腔隔離為上下兩層，所述壓電超聲模塊302設(shè)置于上層，所述電磁超聲模塊301設(shè)置于下層。本實(shí)施方式中，所述中間擋板304用于隔離所述電磁超聲模塊301及所述壓電超聲模塊302。

所述壓電超聲模塊301設(shè)置在所述收容腔的底部，其包括馬蹄形永久磁鐵3010及與所述馬蹄形永久磁鐵3010粘貼在一起的跑道型線圈電路板3011，所述跑道型線圈電路板3011粘貼在所述收容腔的底部。本實(shí)施方式中，所述馬蹄形永久磁鐵3010是由汝鐵硼材料制成的，其磁場(chǎng)強(qiáng)度在1T以上；所述馬蹄形永久磁鐵3010覆蓋所述跑道型線圈電路板3011；所述跑道型線圈電路板3011電性連接于所述選擇開關(guān)插座305。

所述壓電超聲模塊302設(shè)置在所述收容腔的頂部，其包括設(shè)置在所述收容腔頂部的壓電陶瓷晶片3020。本實(shí)施方式中，所述壓電陶瓷晶片3020的厚度及固定頻率根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇；所述壓電陶瓷晶片3020電性連接于所述選擇開關(guān)插座305。

所述選擇開關(guān)插座305設(shè)置在所述探頭外殼303的外側(cè)，其包括第一開關(guān)按鈕、與所述第一開關(guān)按鈕間隔設(shè)置的第二開關(guān)按鈕、與所述第二開關(guān)按鈕間隔設(shè)置的第三開關(guān)按鈕及與所述第三開關(guān)按鈕間隔設(shè)置的輸出端口。所述第一開關(guān)按鈕、所述第二開關(guān)按鈕及所述第三開關(guān)按鈕分別用于控制所述電磁超聲模塊301、所述壓電超聲模塊302及所述輸出端口的電路通斷。所述輸出開口電性連接于所述多通道帶通濾波器7。

本實(shí)施方式中，所述復(fù)合探頭3的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述復(fù)合探頭3中的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的連接于所述伸縮桿4遠(yuǎn)離所述機(jī)械手臂5的一端；兩個(gè)所述復(fù)合探頭3分別設(shè)置于所述焊縫OA相背的兩側(cè)；可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述伸縮桿4遠(yuǎn)離所述機(jī)械手臂5的一端可以連接一個(gè)承載桿，所述承載桿的長(zhǎng)度方向與所述伸縮桿4的長(zhǎng)度方向垂直，兩個(gè)所述復(fù)合探頭3分別轉(zhuǎn)動(dòng)的連接于所述伸縮桿4遠(yuǎn)離所述機(jī)械手臂5的一端及所述承載桿遠(yuǎn)離所述伸縮桿4的一端。

所述多通道帶通濾波器7能夠同時(shí)支持多通道工作，過濾掉大部分所接受到的超聲信號(hào)中的噪聲信號(hào)。所述可調(diào)增益放大器8用于對(duì)經(jīng)所述多通道帶通濾波器7濾波后的信號(hào)進(jìn)行放大處理。本實(shí)施方式中，所述可調(diào)增益放大器8的增益范圍為30dB～60dB。所述數(shù)據(jù)采集器9用于對(duì)經(jīng)所述可調(diào)增益放大器8放大處理后的信號(hào)進(jìn)行采集并將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)變成所述計(jì)算機(jī)10可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)后傳輸給所述計(jì)算機(jī)10。本實(shí)施方式中，所述數(shù)據(jù)采集器9的采集頻率為10KHZ～10MHZ。所述計(jì)算機(jī)10用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、調(diào)節(jié)、保存等處理。

所述激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)11包括第一連接臂及連接于所述第一連接臂的一端的激光擴(kuò)束鏡片，所述第一連接臂的另一端連接于所述機(jī)械手臂5。本實(shí)施方式中，所述第一連接臂基本呈L型；可以理解，在其他實(shí)施方式中，所述第一連接臂可以為其他形狀，如直線型，直線型的所述第一連接臂固定連接于所述伸縮桿4。所述激光擴(kuò)束鏡片用于擴(kuò)大所述小功率脈沖激光器1發(fā)射的激光的光斑，減小激光束的發(fā)散角。

所述光闌機(jī)構(gòu)12用于限制所述激光束的寬度，改善所述激光束的能量。所述光闌機(jī)構(gòu)12包括一端連接于所述伸縮桿4的第二連接臂及連接于所述第二連接臂的另一端的光闌。所述激光擴(kuò)束鏡片位于所述小功率脈沖激光器1及所述光闌之間。

所述聚焦機(jī)構(gòu)13用于集中所述激光的能量，其包括一端連接于所述伸縮桿4的第三連接臂及連接于所述伸縮桿4另一端的聚焦鏡，所述聚焦鏡位于所述光闌的下方。本實(shí)施方式中，所述小功率脈沖激光器1的中心軸、所述激光擴(kuò)束鏡片的中心軸、所述光闌的中心軸及所述聚焦鏡的中心軸重合。

所述無損檢測(cè)裝置工作時(shí)，首先，使用所述粗糙度掃描儀2測(cè)量所述工件OB上即將放置所述復(fù)合探頭3的區(qū)域的粗糙度值，并將所述粗糙度值顯示出來；若粗糙度值大于預(yù)定值，使用者按下所述第一開關(guān)按鈕，所述電磁超聲模塊301作為信號(hào)接收探頭；若粗糙度值小于預(yù)定值，使用者按下所述第二開關(guān)按鈕，所述壓電超聲模塊302作為信號(hào)接收探頭；之后，待信號(hào)接收探頭選定后，通過所述操作手柄6調(diào)節(jié)所述機(jī)械手臂5的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)所述小功率脈沖激光器1及連接于所述伸縮桿4的復(fù)合探頭3到合適的位置；隨后，接通所述小功率脈沖激光器1的電源，所述小功率脈沖激光器1發(fā)射激光，所述激光依次經(jīng)所述激光擴(kuò)束機(jī)構(gòu)11擴(kuò)束、所述光闌機(jī)構(gòu)12進(jìn)行光束寬度限制、所述聚焦機(jī)構(gòu)13集中能量后，將會(huì)使所述焊縫OA的母材區(qū)域晶粒發(fā)生彈性振動(dòng)從而產(chǎn)生超聲波信號(hào)，所述超聲波信號(hào)傳播到所述焊縫OA區(qū)域，當(dāng)有缺陷存在時(shí)，一部分帶缺陷信息的超聲波信號(hào)沿原路返回，另一部分帶缺陷信息的超聲信號(hào)向前傳播，當(dāng)超聲信號(hào)分別傳播到兩個(gè)所述復(fù)合探頭3任一個(gè)的下面區(qū)域時(shí)會(huì)被接收并轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)，所述電脈沖信號(hào)先經(jīng)所述多通道帶通濾波器7濾波，后經(jīng)所述可調(diào)增益放大器8放大，并經(jīng)所述數(shù)據(jù)采集器9轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后，最終到達(dá)所述計(jì)算機(jī)10，并由所述計(jì)算機(jī)10對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理分析，最終確定所述焊縫OA某一區(qū)域缺陷的信息；之后，通過所述操縱手柄6調(diào)節(jié)所述機(jī)械手臂5沿所述焊OA縫延伸方向移動(dòng)一距離，并相應(yīng)的移動(dòng)對(duì)應(yīng)的所述復(fù)合探頭3，重復(fù)上續(xù)的無損檢測(cè)過程，確定所述焊縫OA下一區(qū)域缺陷的信息，最終完成全部焊縫區(qū)域缺陷的無損檢測(cè)。

本發(fā)明提供的適用于非鐵磁性薄板材料焊縫的無損檢測(cè)裝置，其采用粗糙度掃描儀分析探頭所在工件區(qū)域的粗糙度值；使用者根據(jù)所述粗糙度值來選擇復(fù)合探頭中的壓電超聲模塊或者電磁超聲模塊來作為超聲探頭接收缺陷信號(hào)，既克服了信號(hào)激勵(lì)受工件表面粗糙度狀況以及提離距離的影響，改善了信號(hào)激勵(lì)狀況，節(jié)省了成本，提高了信號(hào)接收的效率。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。