CN113281363A - 一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法 - Google Patents

一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法。该装备主要包括控制***、运动***、焊缝寻位跟踪***、便携式X射线衍射仪、超声波检测仪与检测工作平台。目的在于在不破坏铝合金焊接结构的前提下，实现对焊接结构的检测及评估。利用焊缝寻位跟踪***对焊缝进行识别、定位及形貌三维重构，根据焊件几何特征，选择具体的质量检测手段。六轴机器人搭载焊缝寻位跟踪***、便携式X射线衍射仪、超声波检测仪，实现铝合金激光焊接结构的检测，并对检测数据进行采集分析并得到评估结果，形成“焊缝寻位扫描→三维重构模型→参数提取→选择合理检测手段→数据统计分析→评估结论”的检测评估手段。

Description

一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法
技术领域
本发明涉及铝合金结构评估技术领域，特别是涉及一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法。
背景技术
焊接技术是现在常见的金属连接方法，与其他的金属加工方法相比，具有结构强度高、速度快、生产周期短、结构件变形小、设备简单、节省材料、接头气密性高等优点，可实现材料可靠、精确、高效连接，被广泛的应用在航空航天、建筑、船舶、车辆、电子设备等行业。在航空航天领域，应用较多的材料为铝合金、钛合金等，常见的焊接方法为氩弧焊、激光焊、搅拌摩擦焊等，可减轻整体结构重量，提高结构的整体性的优点。
其中，铝合金为航空航天的主要用材，具有质量轻、塑性好、成型好、耐腐蚀、加工性能好等优点，但铝合金作为焊接材料，存在一些缺点，铝合金焊接接头软化严重；热膨胀系数大，易产生焊接变形；热导率和电导率高，比热容、熔化潜热大，易产生未焊透、未熔合及气孔等缺陷。残余应力、变形及缺陷会对焊接结构件的强度、刚度和使用性能带来严重影响。
目前针对铝合金焊接结构的检测手段主要有射线检测、超声波检测、渗透检测、磁粉检测和涡流检测五大无损检测技术，但每一种无损评估方法都具有局限性，均不能全面、高效、定量地测试出焊接结构的性能。
发明内容
针对现有检测及评估手段的不足，本发明提供了一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法，在不破坏铝合金焊接结构的前提下，实现对焊接结构的检测及评估，并与数据库进行对比，形成“焊缝寻位扫描→三维重构模型→参数提取→选择合理检测手段→数据统计分析→评估结论”的检测评估手段，实现铝合金激光焊接结构的高效检测。
为达到次目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，主要包括控制***、运动***、焊缝寻位跟踪***、便携式X射线衍射仪、超声波检测仪、检测工作平台及铝合金激光焊接结构件；
所述控制***通过连接线控制运动***、焊缝寻位跟踪***、便携式X射线衍射仪、超声波检测仪及检测工作平台，包括：显示器、控制柜；
所述运动***用于控制检测路径，包括六轴机器人、可移动式机器人底座、移动滑轨、检测装备底座、夹具、复合检测头；
所述复合检测头通过夹具固定于六轴机器人的末端机械臂上。
所述焊缝寻位跟踪***用于对焊缝进行识别、定位及形貌三维重构，包括：两个视觉采集相机、三个三维变形扫描摄像头；
所述便携式X射线衍射仪与超声波检测仪均用于对焊缝质量进行无损检测，便携式X射线衍射仪包括X射线发射装置与X射线检测探头，超声波检测仪包括超声波发生装置与超声波检测探头；
所述视觉采集相机、三维变形扫描摄像头、X射线检测探头及超声波检测探头安装于复合检测头上；
所述检测工作平台用于移动铝合金激光焊接结构件，包括：可升降式平台与可平移式平台；
所述运动***与检测工作平台均安装于检测装备底座上。
可选地，所述焊缝寻位跟踪***中，两个视觉采集相机对焊件表面的焊缝进行识别与反馈，并将焊缝路径反馈至控制***，控制***根据焊缝路径控制机器人运动轨迹；
所述三个三维变形扫描摄像头对焊缝表面进行多角度扫描，并将检测信息反馈至控制***，控制***根据识别的特征对焊缝表面形貌特征进行三维重构，通过显示器查看重构后的三维模型，将焊接结构模型及原始模型进行对比，得到焊接结构的变形数据，并提取焊接结构件的关键尺寸；
可选地，所述便携式X射线衍射仪与超声波检测仪可同时工作，也可单独工作，具体检测手段由控制***根据焊接结构三维扫描结果确定；
根据权利要求1所述的一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，其特征在于：所述X射线检测探头与超声波检测探头识别到焊缝内部缺陷信息后，反馈至控制***，并通过显示器查看缺陷检测结果，控制***将缺陷检测结果与数据库中的原始数据进行对比，得到铝合金激光焊接结构件的评估结果；
所述数据库用于存储大量标准焊接结构件的质量评定数据，并将检测数据及评估结果导入新数据库，建立不同焊接结构激光焊接评估数据库，通过大量的监测数据，对焊接结构进行精准预测。
本发明的另一个目的在于提出一种铝合金激光焊接结构复合评估方法，扫描精度高、操作简便。
为达到此目的，本发明采用以下技术方案：
一种铝合金激光焊接结构复合评估方法，采用上述铝合金激光焊接结构复合评估装备，包括以下步骤：
步骤一，开启检测工作平台，通过工作平台将铝合金激光焊接结构件移动至待检测区域；
步骤二，依次打开控制***、运动***及视觉采集相机，控制六轴机器人运动，直到视觉采集相机搜寻到焊缝起始位置；
步骤三，视觉采集相机获得焊缝路径后，将移动路径反馈至控制***，控制***根据焊缝路径控制机器人运动轨迹；
步骤四，机器人开始移动，同时打开三个三维变形扫描摄像头，对焊缝几何形貌进行三维扫描与重构；
步骤五，控制***根据焊接结构几何特征，选择检测手段，若选择检测手段为X射线检测，开启X射线衍射仪；若选择检测手段为超声波检测，则开启超声波检测仪；若选择检测手段为X射线与超声复合检测，则同时开启X射线衍射仪与超声波检测仪；
步骤六，控制***接收到检测结果后，将其与数据库进行对比，将铝合金激光焊接结构件缺陷检测结果与评估结果通过显示器反馈至工作人员。
本发明有益效果为：本发明提供的一种铝合金激光焊接结构复合评估装备与方法，集控制***、运动***、焊缝寻位跟踪***、便携式X射线衍射仪与超声波检测仪为一体，自动化程度高，可以全面、高效、定量地测试出焊接结构的性能，实现对焊接结构件的精准评估。
附图说明
图1是一种铝合金激光焊接结构复合评估装备的结构示意图；
图2是一种铝合金焊接结构复合评估方法的流程图。
其中，附图标记分别为：
1-控制***：11-显示器；12-控制柜；
2-运动***：21-六轴机器人；22-可移动式机器人底座；23-移动滑轨；24-检测装备底座；25-夹具；26-复合检测头；
3-焊缝寻位跟踪***：31-视觉采集相机；32-三维变形扫描摄像头；
4-便携式X射线衍射仪：41-X射线发射装置；42-与X射线检测探头；
5-超声波检测仪：51-超声波发生装置；52-超声波检测探头；
6-检测工作平台：61-可升降式平台；62-可平移式平台；
7-铝合金激光焊接结构件。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明公布了一种铝合金合金激光焊接结构复合评估装备，主要包括控制***、运动***、焊缝寻位跟踪***、便携式X射线衍射仪、超声波检测仪、检测工作平台及铝合金激光焊接结构件。
以下通过一个具体的实施例进一步说明本发明。
本次实例是通过上述铝合金焊接结构复合评估装备，对圆柱形铝合金焊接结构性能进行评估。具体实施工艺如下：
步骤一，将圆柱形铝合金焊接结构件固定在检测工作平台上，并开启。控制***综合控制可升降式平台及可移动式平台，由此可以保证便携式x射线衍射仪及超声波检测仪始终在圆柱形铝合金焊接结构件的焊缝位置处扫描，便于焊缝寻位跟踪***的定位和后续检测。
步骤二，依次打开运动***及视觉采集相机，通过控制***调整视觉采集相机与焊接结构件表面的距离，以确保显示器中可以清晰显示焊缝的形貌。两个视觉采集相机对焊件表面的焊缝进行识别与反馈，控制***控制六轴机器人运动，直到视觉采集相机搜寻到焊缝起始位置。
步骤三，视觉采集相机获得焊缝路径后，将移动路径反馈至控制***，控制***根据焊缝路径控制机器人运动轨迹。
步骤四，机器人移动的同时打开三个三维变形扫描摄像头，对焊缝几何形貌进行多角度的扫描，并将检测信息反馈至控制***，控制***根据识别的特征对焊缝表面形貌特征进行三维重构，通过显示器查看重构后的三维模型，将焊接结构模型及原始模型进行对比，得到焊接结构的变形数据，并提取焊接结构件的关键尺寸；
步骤五，控制***根据焊接结构几何特征，选择检测手段。可选地，焊接结构件的厚度为50mm，为精确检测焊接结构件的缺陷，并明确缺陷的位置及大小，选取超声检测仪。利用耦合剂填充探头和被检查表面之间的空隙，以保证充分的声耦合。控制***按照视觉采集相机识别的焊缝路径控制六轴机器人，以确保超声波检测仪与焊接结构件接触。超声波检测仪向铝合金焊接结构件发射超声波束，超声波束传播到被检测工件表面，并其表面发生反射，反射波被超声波检测仪接收，形成回波；由于焊接结构件缺陷的存在，表面放射波发生变化，通过分析超声回波，检测出缺陷存在位置及大小；
步骤六，控制***接收到超声检测回波后，处理数据得出缺陷的检测位置。将焊接结构件的变形结果及缺陷，与标准数据库进行对比，将铝合金激光焊接结构件缺陷检测结果与评估结果，通过显示器反馈至工作人员。并将其数据处理结果重新建立数据库，通过大量的监测数据，对焊接结构进行精准预测。
具体地，利用计算机中测得数据与数据库进行对比，得到焊接结构件的评估结果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，主要包括控制***(1)、运动***(2)、焊缝寻位跟踪***(3)、便携式X射线衍射仪(4)、超声波检测仪(5)、检测工作平台(6)及铝合金激光焊接结构件(7)；
所述控制***(1)通过连接线控制运动***、焊缝寻位跟踪***(3)、便携式X射线衍射仪(4)、超声波检测仪(5)及检测工作平台(6)，包括：显示器(11)、控制柜(12)；
所述运动***(2)用于控制检测路径，包括六轴机器人(21)、可移动式机器人底座(22)、移动滑轨(23)、检测装备底座(24)、夹具(25)、复合检测头(26)；
所述复合检测头(26)通过夹具(25)固定于六轴机器人(21)的末端机械臂上。
所述焊缝寻位跟踪***(3)用于对焊缝进行识别、定位及形貌三维重构，包括：两个视觉采集相机(31)、三个三维变形扫描摄像头(32)；
所述便携式X射线衍射仪(4)与超声波检测仪(5)均用于对焊缝质量进行无损检测，便携式X射线衍射仪(4)包括X射线发射装置(41)与X射线检测探头(42)，超声波检测仪(5)包括超声波发生装置(51)与超声波检测探头(52)；
所述视觉采集相机(31)、三维变形扫描摄像头(32)、X射线检测探头(42)及超声波检测探头(52)安装于复合检测头(26)上；
所述检测工作平台(6)用于移动铝合金激光焊接结构件(7)，包括：可升降式平台(61)与可平移式平台(62)；
所述运动***(2)与检测工作平台均安装于检测装备底座(24)上。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，其特征在于：所述焊缝寻位跟踪***(3)中，两个视觉采集相机(31)对焊件表面的焊缝进行识别与反馈，并将焊缝路径反馈至控制***(1)，控制***根据焊缝路径控制机器人运动轨迹；
所述三个三维变形扫描摄像头(32)对焊缝表面进行多角度扫描，并将检测信息反馈至控制***(1)，控制***(1)根据识别的特征对焊缝表面形貌特征进行三维重构，通过显示器(12)查看重构后的三维模型，将焊接结构模型及原始模型进行对比，得到焊接结构的变形数据，并提取焊接结构件的关键尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，其特征在于：所述便携式X射线衍射仪(4)与超声波检测仪(5)可同时工作，也可单独工作，具体检测手段由控制***根据焊接结构三维扫描结果确定。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，其特征在于：所述X射线检测探头(42)与超声波检测探头(52)识别到焊缝内部缺陷信息后，反馈至控制***(1)，并通过显示器(12)查看缺陷检测结果，控制***(1)将缺陷检测结果与数据库中的原始数据进行对比，得到铝合金激光焊接结构件的评估结果；
所述数据库用于存储大量标准焊接结构件的质量评定数据，并将检测数据及评估结果导入新数据库，建立不同焊接结构激光焊接评估数据库，通过大量的监测数据，对焊接结构进行精准预测。
5.一种铝合金激光焊接结构复合评估方法，其特征在于，采用一种铝合金激光焊接结构复合评估装备，包括以下步骤：
步骤一，开启检测工作平台(6)，通过工作平台将铝合金激光焊接结构件(7)移动至待检测区域；
步骤二，依次打开控制***(1)、运动***(2)及视觉采集相机(31)，控制六轴机器人(21)运动，直到视觉采集相机(31)搜寻到焊缝起始位置；
步骤三，视觉采集相机(31)获得焊缝路径后，将移动路径反馈至控制***，控制***根据焊缝路径控制机器人运动轨迹；
步骤四，机器人开始移动，同时打开三个三维变形扫描摄像头(32)，对焊缝几何形貌进行三维扫描与重构；
步骤五，控制***(1)根据焊接结构几何特征，选择检测手段，若选择检测手段为X射线检测，开启X射线衍射仪(4)；若选择检测手段为超声波检测，则开启超声波检测仪(5)；若选择检测手段为X射线与超声复合检测，则同时开启X射线衍射仪(4)与超声波检测仪(5)；
步骤六，控制***(1)接收到检测结果后，将其与数据库进行对比，将铝合金激光焊接结构件缺陷检测结果与评估结果通过显示器(12)反馈至工作人员。
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