CN103323458B - 一种焊缝检测装置、焊缝检测系统及焊缝检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种焊缝检测装置，包含用于检测焊缝内部质量的涡流信号探头，所述涡流信号探头包含磁芯，包围在磁芯外的线圈，一端连接所述线圈的涡流信号接头，所述焊缝检测装置还包含用于检测焊缝表面质量的视频探头，所述视频探头包含视频传感器，一端连接所述视频传感器的视频传感器信号接头。该检测装置可有效检测焊缝内部和外部的缺陷，增加了检测焊缝缺陷的精度，并且该装置降低了高温对焊缝检测装置检测准确性的影响，并且有效防止粉尘进入焊缝检测装置，提高了焊缝检测装置的使用寿命。

Description

一种焊缝检测装置、焊缝检测系统及焊缝检测方法

技术领域

本发明涉及一种焊缝检测装置、焊缝检测系统及焊缝检测方法，尤其涉及一种在高温状态下借助测定材料电磁性能的改变来判断焊缝内部质量以及通过视频观测焊缝表面质量的焊缝检测装置、焊缝检测系统及焊缝检测方法。

背景技术

为保证带钢连续生产，前行带钢的尾带和后行带钢的带头需通过焊接方法进行连接，冷轧机组配置的焊接设备大多为激光焊机，激光焊接有别于传统的焊接方式，具有热影响区窄，焊缝成形性好等特点，但如焊接工艺控制不当仍会在焊缝中产生焊接缺陷，如咬边、气孔、裂纹等，这些焊接缺陷直接影响到轧辊的寿命，常会加剧带钢在后续轧制时产生断带事故的发生频率，若发生断带情况就会迫使机组中断运行。因此，带钢焊缝质量的好坏直接影响到冷轧机组的稳定运行。通过分析实际断带事故，绝大多数断带事故发生在带钢的焊缝处，而产生该事故的原因是由于带钢内的张力和带钢焊缝缺陷共同作用而造成的。带钢内的张力由生产工艺所决定，为满足带钢生产工艺要求，张力的调整范围往往很小。为防止断带事故的发生，尽量降低焊缝的焊接缺陷，不让有超标缺陷的焊缝进入到轧机是一种行之有效的方法。因此，焊缝检测技术变得尤为重要。

目前常用的在线检测带钢焊缝缺陷的装置是焊缝检测探头，焊缝检测探头对被测焊缝涡流信号的变化进行检测，然后将检测信号传输给处理装置进行处理，再传给计算机分析系统进行分析。该焊缝检测探头仅仅对焊缝的内部缺陷进行检测，若焊缝外部存在缺陷，该探头无法检测到。另外，由于各种焊接形式都具有温度高，粉尘大的特点，温度对焊缝检测探头的影响很大，既产生干扰又影响检测探头的使用寿命，粉尘对探头的影响也很严重，如果粉尘进入探头内部会对探头产生严重影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种焊缝检测装置，所述焊缝检测装置可有效检测焊缝内部和外部的缺陷，增加了检测焊缝缺陷的精度。

本发明的另一目的在于提供一种焊缝检测装置，所述焊缝检测装置降低了高温对检测装置检测准确性的影响，并且有效防止粉尘进入检测装置，提高了检测装置的使用寿命。

本发明的又一目的在于提供一种焊缝检测系统，所述焊缝检测系统可有效检测焊缝内部和外部的缺陷，增加了检测焊缝缺陷的精度。

本发明的再一目的在于提供一种检测焊缝的方法，所述焊缝检测方法可有效检测焊缝内部和外部的缺陷，增加了检测焊缝缺陷的精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种焊缝检测装置，包含用于检测焊缝内部质量的涡流信号探头，所述涡流信号探头包含磁芯，包围在磁芯外的线圈，一端连接所述线圈的涡流信号接头，所述焊缝检测装置还包含用于检测焊缝表面质量的视频探头，所述视频探头包含视频传感器，一端连接所述视频传感器的视频传感器信号接头。

进一步的，所述焊缝检测装置还包含耐高温导热陶瓷罩，所述涡流信号探头和所述视频探头并排设置于耐高温导热陶瓷罩内。

进一步的，所述涡流信号探头还包含包覆在所述磁芯和所述线圈外的拢磁罩，所述涡流信号接头的另一端凸伸出所述拢磁罩和所述耐高温导热陶瓷罩外。

进一步的，所述视频探头还包含包覆在所述视频传感器外的防干扰罩，所述视频传感器信号接头凸伸出所述防干扰罩和所述耐高温导热陶瓷罩外。

进一步的，所述焊缝检测装置还包含冷凝水循环机构，所述冷凝水循环机构围绕在所述涡流信号探头和所述视频探头周围进行降温。

一种焊缝检测系统，包含焊缝检测装置，控制模块，数据采集模块一，数据采集模块二，内嵌有分析软件的计算机，所述控制模块判断焊缝焊接的开始时刻且所述控制模块连接所述焊缝检测装置，所述焊缝检测装置包含视频探头和涡流信号探头，所述视频探头采集焊缝表面的质量信息并通过一视频传感器信号接头连接到所述数据采集模块一并将采集的焊缝质量信息发送给所述数据采集模块一，所述涡流信号探头采集焊缝内部质量信息并通过所述涡流信号接头连接到数据采集模块二并将焊缝质量信息发送给所述数据采集模块二，所述数据采集模块一和所述数据采集模块二连接所述计算机并将焊缝质量信号发送给所述计算机处理。

进一步的，所述焊缝检测系统还包含与计算机连接的焊机接口模块，所述焊机接口模块将焊机来料信息和焊机焊接参数信息传输给计算机。

进一步的，所述焊缝检测系统还包含连接所述计算机的报警模块，所述报警模块接收来自计算机的关于焊缝质量检测结果不合格的信息而发出报警信号。

进一步的，所述焊缝检测系统还包含连接所述计算机的显示模块，所述显示模块显示焊缝质量信息，并且提供人机交互界面以便于命令输入。

一种焊缝检测方法，所述焊缝检测方法由焊缝检测系统所实现，所述焊缝检测系统包含焊缝检测装置，控制模块，数据采集模块一，数据采集模块二，内嵌有分析软件的计算机，焊缝检测装置包含视频探头和涡流信号探头，检测步骤为：

步骤（1）控制模块判断焊缝焊接的开始时刻，同时将开始时刻的信号传输给所述视频探头；

步骤（2）所述视频探头开始检测焊缝表面形貌，所述视频探头将实时采集到的原始数据进行预处理，并且将预处理好的数据传输给所述数据采集模块一；

步骤（3）所述数据采集模块一对实时数据进一步处理，将再次处理好的数据传输给所述计算机进行综合分析；

步骤（4）所述视频探头开始检测的同时，所述涡流信号探头实时检测焊缝内部质量，并且将检测到的数据传输给所述数据采集模块二；

步骤（5）所述数据采集模块二对实时数据做进一步处理，将再次处理好的数据传输给所述计算机进行综合分析。

进一步的，所述焊缝检测系统还包含与所述计算机连接的焊机接口模块，在步骤（1）之前，所述焊机接口模块将焊机来料信息和焊机焊接参数信息传输给所述计算机。

进一步的，所述焊缝检测系统还包含连接计算机的报警模块，在步骤（5）之后，所述计算机判断焊缝质量结果为不合格时，计算机软件发送指令使报警模块报警。

进一步的，所述焊缝检测系统还包含连接计算机的显示模块，在步骤（5）之后，所述显示模块实时显示对焊缝质量的评价结果，当焊缝质量为不合格，所述显示模块提供人机交互界面以便于命令输入。

相较于现有技术，本发明一种焊缝检测装置，焊缝检测系统和焊缝检测方法中设置了既对焊缝进行内部缺陷检测的涡流信号探头又对焊缝进行外部缺陷检测的视频探头，可以全面检测和评价焊缝的质量缺陷，增加了检测焊缝缺陷的精度。另外，检测装置中设置了耐高温导热陶瓷罩，降低了高温对检测装置准确性的影响，有效的防止了粉尘进入检测装置内，提高了检测系统的使用寿命。进一步的，本发明的拢磁罩表面采用弧形设计，增加了散热面积，保证了检测装置能在高温状态下进行检测。检测装置还设置了冷凝水循环机构，冷水将内部热量及时带走辅助散热，以保证检测装置在高温下能正常工作。

附图说明

图1为本发明焊缝检测装置的工作环境图。

图2为本发明焊缝检测装置的剖视图。

图3为本发明拢磁罩表面的主视图。

图4为本发明防干扰罩的立体示意图。

图5为本发明焊缝检测方法的模块流程图。

上述附图中的附图标记说明如下：

焊缝10焊机20

焊缝检测装置30涡流信号探头40

视频探头50涡流信号接头1

拢磁罩2磁芯3

线圈4冷凝水循环机构5

耐高温导热陶瓷罩6视频传感器信号接头7

防干扰罩8视频传感器9

数据采集模块100数据采集模块200。

具体实施方式

请参阅图1，本发明利用激光焊机20在两条带钢之间进行焊接，从而形成了焊缝10。焊缝检测装置30与焊机20共同设置在同一安装支架（未图示）上，焊缝检测装置30随着焊机20在焊缝上的移动而同步运动，从而同步检测焊缝的质量是否有缺陷存在。焊缝检测装置30距离焊机20的距离可视不同的焊接方式而调整，在本实施方式中，焊缝检测装置30距离焊机20的距离为0.8米以上，以防止焊枪对检测装置产生干扰。焊缝检测装置30与焊缝10的距离为2-3毫米。安装支架采用高强度的耐高温塑料制成。

请一并参阅图1和图2，本发明焊缝检测装置30包含一耐高温导热陶瓷罩6，涡流信号探头40和视频探头50并排设置于耐高温导热陶瓷罩6内，冷凝水循环机构5围绕在涡流信号探头40和视频探头50周围。

耐高温导热陶瓷罩6的密封作用，既可以起到隔热功能，又可以阻挡粉尘的侵入。涡流信号探头用于检测焊缝内部缺陷，视频探头用于检测焊缝表面缺陷。冷凝水循环机构5不停地在循环运转，冷水将焊缝检测装置内部的热量带走，加热后的水在外部制冷，水不断循环，辅助散热，使得焊缝检测装置30保持最佳温度状态。

在本实施例中，所述涡流信号探头40长10毫米，宽10毫米，高18毫米，距离焊缝检测装置30底部1.68毫米。根据钢带的厚度情况，所述涡流信号探头激励频率可以自动调节，当钢带厚为2.6毫米时，频率调节为30kHz。

请一并参阅图1至图3，所述涡流信号探头40包含一磁芯3，线圈4包围在磁芯3外，拢磁罩2包覆在磁芯3和线圈4外，涡流信号接头1一端连接线圈4另一端凸伸出所述拢磁罩2和耐高温导热陶瓷罩6。所述磁芯的外径为7.8毫米，高度为16.8毫米，材质采用高频镍锌铁氧体材料。线圈4的长径比，即是线圈的长度和半径之比，根据具体的使用场合不同而不同。所述拢磁罩2表面为弧形结构以增加散热面积，保证焊缝检测装置能在高温状态下对焊缝质量进行检测。所述拢磁罩2既防止外界干扰，又对磁场产生作用，获得所需的磁场形式，其尺寸视不同焊接方法而确定。此涡流信号探头的优点为耐高温，检测灵敏度高，检测速度对其影响较小，抑制提离效应，抗干扰能力强，信噪比高等。

请参阅图1，视频探头50包含一视频传感器9，防干扰罩8包覆在视频传感器9外，视频传感器信号接头7凸伸出防干扰罩8和耐高温导热陶瓷罩6。

请参阅图4，防干扰罩8结构采用网状结构，可以有效的防止视频传感器电路对涡流传感器的干扰，使之互不影响，保证焊缝检测装置的正常工作。

视频传感器信号接头7连接外接信号线，涡流信号接头1连接外接信号线，信号线连接其他信号处理装置。

当焊机开始焊接时，焊缝检测装置30开始检测焊缝缺陷信息，即视频探头50检测焊缝表面形貌信息，涡流信号探头40检测焊缝内部缺陷信息，分别通过信号接头，信号线，将检测到的信息传输给其他信号处理装置。

涡流信号探头通过测定焊缝内感生涡流的变化来检测焊缝内部的缺陷，当涡流信号的波形变化较大时，焊缝的质量为较差或不合格。一条焊缝结束时，探头的检测自动终止，间歇性的工作方式，使得探头的使用寿命更加长久，保证了设备的使用可靠性和使用时间。

请参阅图5，所述焊缝检测装置30工作在焊缝检测系统中，所述焊缝检测系统包含：焊缝检测装置30、控制模块、数据采集模块100、数据采集模块200、内嵌有分析软件的计算机、焊机接口模块、显示模块、报警模块。焊缝检测装置30包含视频探头和涡流信号探头。

其中，控制模块中的控制器，根据焊机动作判断焊缝焊接的开始时刻，同时将此开始时刻的信号传输到视频探头，视频探头中的视频传感器开始检测焊缝表面形貌，视频探头将实时采集到的原始数据进行预处理，并且将预处理好的数据通过视频传感器信号接头7传输给数据采集模块100，数据采集模块100对实时数据进一步处理，将再次处理好的数据通过以太网传输到计算机。视频传感器开始检测的同时，涡流信号探头中的耐高温涡流检测传感器实时检测焊缝内部质量，涡流信号探头对检测到的数据通过涡流信号接头1传输给数据采集模块200，数据采集模块200对实时数据做进一步处理，将再次处理好的数据通过USB传送给计算机。由于计算机连接焊机接口模块，所以同时焊机将来料信息和焊机焊接参数信息通过接口模块传输给计算机，此时软件对表面形貌数据、内部缺陷数据以及来料信息和焊机焊接参数信息进行整合、提取，通过调用专家库系统进行评价，通过显示模块实时显示表面形貌、内部缺陷情况、分析曲线、焊机参数、带钢参数、缺陷成因、评价结果等，当评估结果为不合格时，发送指令使报警模块进行报警提示。计算机的分析软件包含专家库系统，由拉伸试验结果、弯曲实验结果、模拟仿真结果共同建立而成的专家库。当显示模块和报警模块同时给出提示时，可以通过显示模块的人机交互操作界面进行操作，操作指令通过计算机和焊机接口模块，可以对焊机参数进行及时调整，从而对计算机的分析软件和焊机进行操作。

Claims (5)

1.一种焊缝检测系统，其特征在于：包含焊缝检测装置，控制模块，数据采集模块一，数据采集模块二，内嵌有分析软件的计算机，所述控制模块判断焊缝焊接的开始时刻且所述控制模块连接所述焊缝检测装置，所述焊缝检测装置包含视频探头和涡流信号探头，所述视频探头采集焊缝表面的质量信息并通过一视频传感器信号接头连接到所述数据采集模块一并将采集的焊缝质量信息发送给所述数据采集模块一，所述涡流信号探头采集焊缝内部质量信息并通过所述涡流信号接头连接到数据采集模块二并将焊缝质量信息发送给所述数据采集模块二，所述数据采集模块一和所述数据采集模块二连接所述计算机并将焊缝质量信号发送给所述计算机处理，所述焊缝检测系统还包含与计算机连接的焊机接口模块，所述焊机接口模块将焊机来料信息和焊机焊接参数信息传输给计算机，所述焊缝检测系统还包含连接所述计算机的报警模块，所述报警模块接收来自计算机的关于焊缝质量检测结果不合格的信息而发出报警信号，所述焊缝检测系统还包含连接所述计算机的显示模块，所述显示模块显示焊缝质量信息，并且提供人机交互界面以便于命令输入。

2.一种焊缝检测方法，其特征在于：所述焊缝检测方法由焊缝检测系统所实现，所述焊缝检测系统包含焊缝检测装置，控制模块，数据采集模块一，数据采集模块二，内嵌有分析软件的计算机，焊缝检测装置包含视频探头和涡流信号探头，检测步骤为：

步骤（1）控制模块判断焊缝焊接的开始时刻，同时将开始时刻的信号传输给所述视频探头；

步骤（2）所述视频探头开始检测焊缝表面形貌，所述视频探头将实时采集到的原始数据进行预处理，并且将预处理好的数据传输给所述数据采集模块一；

步骤（3）所述数据采集模块一对实时数据进一步处理，将再次处理好的数据通过以太网传输给所述计算机进行综合分析；

步骤（4）所述视频探头开始检测的同时，所述涡流信号探头实时检测焊缝内部质量，并且将检测到的数据传输给所述数据采集模块二；

步骤（5）所述数据采集模块二对实时数据做进一步处理，将再次处理好的数据传输给所述计算机进行综合分析。

3.如权利要求2所述的一种焊缝检测方法，其特征在于：所述焊缝检测系统还包含与所述计算机连接的焊机接口模块，在步骤（1）之前，所述焊机接口模块将焊机来料信息和焊机焊接参数信息传输给所述计算机。

4.如权利要求2所述的一种焊缝检测方法，其特征在于：所述焊缝检测系统还包含连接计算机的报警模块，在步骤（5）之后，所述计算机判断焊缝质量结果为不合格时，计算机软件发送指令使报警模块报警。

5.如权利要求2所述的一种焊缝检测方法，其特征在于：所述焊缝检测系统还包含连接计算机的显示模块，在步骤（5）之后，所述显示模块实时显示对焊缝质量的评价结果，当焊缝质量为不合格，所述显示模块提供人机交互界面以便于命令输入。