适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法，包括第一激光扫描器、阵列探头组合装置、第一阵列探头、第二阵列探头、第三阵列探头、探头支撑固定装置、第二激光扫描器、扫描器固定装置、阵列超声主机、主控制系统、贮箱转动装置。本发明专利技术检测方法包括步骤：系统装置连接及初始位置调整；检测参数自适应调整与检测实施；检测数据结果处理。本发明专利技术有效解决了超声检测时在预先设定检测参数下仅仅依靠耦合补偿校正无法完全兼顾到搅拌摩擦焊焊缝表面状态影响所导致的小缺陷漏检或结果不准确的问题，降低了人为因素的影响、提高了效率、检测结果的直观性和智能化程度。

Array Ultrasound Detection System and Method for Friction Stir Weld of Rocket Tank

The invention provides an array ultrasonic detection system and method suitable for friction stir welding seam of rocket tank, including the first laser scanner, array probe combination device, first array probe, second array probe, third array probe, probe support fixing device, second laser scanner, scanner fixing device, array ultrasonic host, main control system and tank rotation. Installation. The detection method of the invention comprises steps: system device connection and initial position adjustment; self-adaptive adjustment of detection parameters and detection implementation; and processing of detection data results. The invention effectively solves the problem of small defect missing detection or inaccurate result caused by the influence of surface state of friction stir welding seam, which can not be fully taken into account only by coupling compensation correction under the pre-set detection parameters, reduces the influence of human factors, improves efficiency, and objectivity and intellectualization degree of test results.

【技术实现步骤摘要】
适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法
本专利技术涉及运载火箭贮箱焊缝超声无损检测
，具体地，涉及适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法。
技术介绍
搅拌摩擦焊技术作为一种绿色焊接技术，具有接头强度高、焊接缺陷少、焊接变形小、不需要填充材料、不需要保护气体、不用去除氧化膜、无飞溅、无烟尘等优点，已被广泛应用于运载火箭贮箱焊接中。与此同时，由于运载火箭贮箱通常为大直径薄壁铝合金焊接结构，直径约为2250mm～5000mm，焊接区域厚度约为3mm～15mm，受搅拌摩擦焊装配工艺、搅拌头旋转速度、相对移动速度等因素的影响，在贮箱焊接过程中，焊缝不可避免地会出现各种内部缺陷：如孔洞型缺陷、根部未焊透、弱连接、金属夹渣缺陷等。为了便于贮箱焊缝缺陷返修和质量控制，一般要求尽可能地在产品不下架的情况下，采用原位在线检测方法。以相控阵超声为代表的阵列超声检测技术作为一种绿色无损检测技术，通过采用多阵元的阵列超声换能器，利用计算机技术控制阵列中各个阵元发射或接收超声波的延迟时间进而控制声束的偏转、聚焦进行成像检测，因此也成为运载火箭搅拌摩擦焊贮箱现场原位检测的一种有效技术。与此同时，相控阵超声检测技术在实施应用过程中由于产品结构对象及工艺方法的应用实施要求高等特性而存在诸多局限性，导致自动化应用程度低、检测结果的准确性差。首先，检测时一般在固定聚焦法则下进行扫查检测，该聚焦法则通过预设的焊缝结构静态几何模型仿真或经对比试样试验获得。而实际上贮箱焊缝壁厚较薄，搅拌摩擦焊焊缝表面呈两侧高中间低的内凹状态，在检测过程中有时为了缺陷更好地检出，需要从焊缝上方采用直射波进行检测。与此同时，为防止火箭贮箱壁厚减薄量太大，焊缝表面往往无法打磨平整，因此检测过程中固定聚焦法则下仅仅依靠耦合补偿校正实际无法完全兼顾到被检工件焊缝实际状态，进而会导致焊缝内部一些小缺陷漏检或出现定位不准确的情况；其次，尽管通过部分自动检测装置可以替代人工扫查实现过程自动化，但检测结果的评定需要人为根据检测得到的A扫描、B扫描、C扫描等视图结果找出缺陷坐标位置，再通过对比焊缝表面状态排除结构反射导致的伪缺陷并在试件上标记出缺陷位置，工序繁琐，且检测效率低、智能化程度低。因此，需要寻求一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的智能化程度较高阵列超声检测装置和检测方法，从而可以有效地优化检测工艺流程、提高检测精度，显著降低人为因素的影响。目前未发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也未收集到国内外类似资料。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统及方法。根据本专利技术提供的一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，包括：第一激光扫描器1、第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5、阵列探头组合装置2、阵列超声主机9、第二激光扫描器7、主控制系统10、贮箱转动装置11、探头支撑固定装置6、扫描器固定装置8；所述第一激光扫描器1、第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5均安装于阵列探头组合装置2上；第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5通过探头连接线与阵列超声主机9连接，阵列超声主机9、第一激光扫描器1、第二激光扫描器7、贮箱转动装置11通过控制电缆与主控制系统10连接；当安装上贮箱时，阵列探头组合装置2通过探头支撑固定装置6支撑并固定于被检贮箱焊缝12外侧表面，第二激光扫描器7通过扫描器固定装置8安装于被检贮箱焊缝12内侧，贮箱转动装置11驱动贮箱转动实现贮箱焊缝12与阵列探头组合装置2的相对运动。优选地，所述第一激光扫描器1、第二激光扫描器7由同样尺寸矩形面阵排列的激光发射接收单元组合而成，矩形面阵长度L0不小于贮箱焊缝12宽度Hw的两倍，矩形面阵宽度H0不小于第一阵列探头3内置晶片长度k，通过主控制系统10分别控制第一激光扫描器1、第二激光扫描器7中激光发射接收单元序列，以进行扫描器视场范围内的覆盖扫描。优选地，所述第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5均采用一维线阵探头，第一阵列探头3、第二阵列探头4中晶片排列方向分别为探头长度L1、L2方向，第一阵列探头3、第二阵列探头4的宽度H1、H2相等且沿宽度方向的内置晶片尺寸长度k相同；第三阵列探头5晶片排列方向为探头宽度H3方向且沿该方向的晶片尺寸长度k3不小于贮箱焊缝12宽度Hw的两倍。优选地，所述第一激光扫描器1、第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5依次安装于阵列探头组合装置2上，各自的长度方向L0、L1、L2、L3、L相互平行，其中第一激光扫描器1固定安装于阵列探头组合装置2长度方向L中间位置；第一阵列探头3、第二阵列探头4、第一激光扫描器1各自的宽度方向H1、H2、H0相对位置固定，长度方向L1、L2位置能够通过主控制系统10驱动机械装置往复移动调整；第三阵列探头5安装于阵列探头组合装置2长度方向L中间位置，二者长度方向L3、L的位置相对固定，第三阵列探头5宽度方向H3位置能够由主控制系统10驱动机械装置往复移动调整。根据本专利技术提供的一种用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，利用所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，包括如下步骤：步骤1、系统装置连接及初始位置调整；步骤2、检测参数自适应调整与检测实施。优选地，所述步骤1包括：步骤1.1、将第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5通过探头连接线与阵列超声主机9连接，阵列超声主机9、第一激光扫描器1、第二激光扫描器7通过控制电缆与主控制系统10连接；步骤1.2、将阵列探头组合装置2、第二激光扫描器7分别通过探头支撑固定装置6、扫描器固定装置8安装于贮箱焊缝12表面，使得阵列探头组合装置2中第一激光扫描器1、第三阵列探头5的长度方向L0、L3覆盖贮箱焊缝12宽度Hw且基本等距离分布于焊缝轴线Y两侧，同时通过调整第二激光扫描器7的位置确保第一激光扫描器1与第二激光扫描器7分别距焊缝内外表面距离相等且中心连线与焊缝长度方向垂直；步骤1.3、阵列探头组合装置2下方通过外接循环水泵确保第一阵列探头3、第二阵列探头4、第三阵列探头5与贮箱焊缝12表面耦合。优选地，所述步骤2包括：步骤2.1、主控制系统10同步触发第一激光扫描器1、第二激光扫描器7完成扫描器视场区域范围内的贮箱焊缝12内外表面的覆盖扫描并将扫描数据回传至主控制系统10；步骤2.2、主控制系统10基于扫描数据完成扫描器视场区域范围内的焊缝三维模型的重构，根据焊缝缺陷检测灵敏度要求在重构的焊缝三维模型结构上分别预设纵向、横向的模拟反射体缺陷；步骤2.3、主控制系统10基于预设的模拟反射体缺陷的焊缝三维模型结构，对当前坐标位置下的第一阵列探头3、第二阵列探头4电子线性扫描角度从α1至α2按第一预设的角度步进进行仿真，通过计算首先筛选出满足焊缝区域声束全覆盖条件下第一阵列探头3、第二阵列探头4扫描角度范围，其次对比该角度范围内纵向模拟反射体缺陷声场回波响应能量是否达到预设值；若达到了则将缺陷声场回波响应能量最大时电子线性扫描角度Θ1、Θ2分别作为第一阵列探头3、第二阵列探头4激发角度。优选地，所述步骤2包括：步骤2.4、当仅仅通过步骤2.3中电子线性扫描角度调整仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，包括：第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)、阵列探头组合装置(2)、阵列超声主机(9)、第二激光扫描器(7)、主控制系统(10)、贮箱转动装置(11)、探头支撑固定装置(6)、扫描器固定装置(8)；所述第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)均安装于阵列探头组合装置(2)上；第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)通过探头连接线与阵列超声主机(9)连接，阵列超声主机(9)、第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)、贮箱转动装置(11)通过控制电缆与主控制系统(10)连接；当安装上贮箱时，阵列探头组合装置(2)通过探头支撑固定装置(6)支撑并固定于被检贮箱焊缝(12)外侧表面，第二激光扫描器(7)通过扫描器固定装置(8)安装于被检贮箱焊缝(12)内侧，贮箱转动装置(11)驱动贮箱转动实现贮箱焊缝(12)与阵列探头组合装置(2)的相对运动。

【技术特征摘要】
1.一种适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，包括：第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)、阵列探头组合装置(2)、阵列超声主机(9)、第二激光扫描器(7)、主控制系统(10)、贮箱转动装置(11)、探头支撑固定装置(6)、扫描器固定装置(8)；所述第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)均安装于阵列探头组合装置(2)上；第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)通过探头连接线与阵列超声主机(9)连接，阵列超声主机(9)、第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)、贮箱转动装置(11)通过控制电缆与主控制系统(10)连接；当安装上贮箱时，阵列探头组合装置(2)通过探头支撑固定装置(6)支撑并固定于被检贮箱焊缝(12)外侧表面，第二激光扫描器(7)通过扫描器固定装置(8)安装于被检贮箱焊缝(12)内侧，贮箱转动装置(11)驱动贮箱转动实现贮箱焊缝(12)与阵列探头组合装置(2)的相对运动。2.根据权利要求1所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，所述第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)由同样尺寸矩形面阵排列的激光发射接收单元组合而成，矩形面阵长度L0不小于贮箱焊缝(12)宽度Hw的两倍，矩形面阵宽度H0不小于第一阵列探头(3)内置晶片长度k，通过主控制系统(10)分别控制第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)中激光发射接收单元序列，以进行扫描器视场范围内的覆盖扫描。3.根据权利要求1所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，所述第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)均采用一维线阵探头，第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)中晶片排列方向分别为探头长度L1、L2方向，第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)的宽度H1、H2相等且沿宽度方向的内置晶片尺寸长度k相同；第三阵列探头(5)晶片排列方向为探头宽度H3方向且沿该方向的晶片尺寸长度k3不小于贮箱焊缝(12)宽度Hw的两倍。4.根据权利要求1所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，其特征在于，所述第一激光扫描器(1)、第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)依次安装于阵列探头组合装置(2)上，各自的长度方向L0、L1、L2、L3、L相互平行，其中第一激光扫描器(1)固定安装于阵列探头组合装置(2)长度方向L中间位置；第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第一激光扫描器(1)各自的宽度方向H1、H2、H0相对位置固定，长度方向L1、L2位置能够通过主控制系统(10)驱动机械装置往复移动调整；第三阵列探头(5)安装于阵列探头组合装置(2)长度方向L中间位置，二者长度方向L3、L的位置相对固定，第三阵列探头(5)宽度方向H3位置能够由主控制系统(10)驱动机械装置往复移动调整。5.一种用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，利用权利要求1至4中任一项所述的适用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测系统，包括如下步骤：步骤1、系统装置连接及初始位置调整；步骤2、检测参数自适应调整与检测实施。6.根据权利要求5所述的用于火箭贮箱搅拌摩擦焊缝的阵列超声检测方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤1.1、将第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)通过探头连接线与阵列超声主机(9)连接，阵列超声主机(9)、第一激光扫描器(1)、第二激光扫描器(7)通过控制电缆与主控制系统(10)连接；步骤1.2、将阵列探头组合装置(2)、第二激光扫描器(7)分别通过探头支撑固定装置(6)、扫描器固定装置(8)安装于贮箱焊缝(12)表面，使得阵列探头组合装置(2)中第一激光扫描器(1)、第三阵列探头(5)的长度方向L0、L3覆盖贮箱焊缝(12)宽度Hw且基本等距离分布于焊缝轴线Y两侧，同时通过调整第二激光扫描器(7)的位置确保第一激光扫描器(1)与第二激光扫描器(7)分别距焊缝内外表面距离相等且中心连线与焊缝长度方向垂直；步骤1.3、阵列探头组合装置(2)下方通过外接循环水泵确保第一阵列探头(3)、第二阵列探头(4)、第三阵列探头(5)与贮箱焊缝(12)表面耦合。7.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，危荃，涂俊，吴振成，周鹏飞，陈杰，张柳锋，
申请(专利权)人：上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31