一 汽車輪轂焊縫檢測需求背景
鋼圈也叫做輪轂，是汽車輪胎內(nèi)廓支撐輪胎的一個金屬部件，是車輛承載的重要部件，其質(zhì)量直接關(guān)系到人的生命安全。輪轂通常由鋁合金或者鋼材制成，鋼材輪轂的強(qiáng)度高，常用于大型載重汽車，因此對于各方面的要求都很高。鋼材輪轂的焊接采用的是激光焊接機(jī)，應(yīng)用激光器產(chǎn)生的脈沖激光經(jīng)過擴(kuò)束、反射、聚焦后輻射加工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過數(shù)字化精確控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池，從而實(shí)現(xiàn)對被加工件的激光精密焊接。在汽車輪轂的激光焊接中，焊縫熔深的檢測是激光深熔焊的重要質(zhì)量指標(biāo)，因此提供有效檢測手段對輪轂焊縫熔深的檢測具有重要意義。
二 汽車輪轂焊縫的相控陣超聲檢測原理
2.1 相控陣的發(fā)射與接收
相控陣超聲的發(fā)射和接收原理如圖所示，發(fā)射時，數(shù)據(jù)采集單元觸發(fā)相控陣列單元，相控陣列單元按照設(shè)置的延時法則依次觸發(fā)激勵方波脈沖激勵探頭，使探頭中的每個晶片發(fā)出的超聲波在某一點(diǎn)聚焦；接收時，由缺陷反射回來的超聲波到達(dá)每個接收晶片，相控陣列單元根據(jù)每個接收晶片的回波信號按照設(shè)置的延時法則合成為一個信號送數(shù)據(jù)采集單元。因此，相控陣每發(fā)射接收一次將會獲得一個由多晶片采集信號進(jìn)行合成的A掃描信號，通過電子掃描技術(shù)，相控陣超聲檢測將可實(shí)現(xiàn)工件斷面圖像的顯示。
相控陣的發(fā)射與接收
2.2 相控陣的電子掃描
相控陣超聲具有獨(dú)特的電子掃描和聚焦，因此使用一個多晶片的相控陣探頭，在不移動探頭的情況下就可以實(shí)現(xiàn)工件斷面的掃描檢測，本方案采用線形掃描，利用相同的聚集法則施加在相控陣探頭的不同晶片組，每組激活晶片產(chǎn)生特定角度的聲束，通過改變激活晶片的位置，使該聲束沿晶片陣列方向前后移動，以實(shí)現(xiàn)類似常規(guī)手動超聲波檢測探頭前后移動的檢測效果，線形掃描的原理如圖所示。
線形掃描原理
2.3 相控陣的C掃描成像
采用相控陣的電子掃描不需要移動探頭就可以實(shí)現(xiàn)工件一定寬度的斷面掃查，因此，對比于單晶探頭常規(guī)鋸齒形的掃查方式，相控陣掃查只需單軸直線掃查便可獲得工件的C掃描圖像。因此，對于汽車輪轂焊縫，只需探頭放置在焊縫位置，輪轂旋轉(zhuǎn)一周即可完成相控陣的掃查檢測。
常規(guī)掃查與相控陣掃查
三 汽車輪轂的相控陣超聲檢測系統(tǒng)
3.1 系統(tǒng)整體技術(shù)方案
系統(tǒng)整體技術(shù)方案的三維圖示如圖所示，采用旋轉(zhuǎn)平臺、水箱分體化結(jié)構(gòu)，檢測儀器安裝在旋轉(zhuǎn)平臺上，全數(shù)字化的超聲成像，支持超聲A/B/C掃描成像；成像軟件系統(tǒng)基于PC平臺，提供完備的軟件操作功能。檢測系統(tǒng)具備手動（包括連續(xù)和點(diǎn)動）控制和自動掃查控制功能，具備探頭所需的上下、前后調(diào)整結(jié)構(gòu)，具有異常報警與緊急保護(hù)措施。
系統(tǒng)整體技術(shù)方案三維圖示
3.2 設(shè)備各部分的簡要說明
水箱：
水箱，如圖所示，與旋轉(zhuǎn)平臺是分開的，水箱的容量為31L自帶液壓泵，通過控制液壓閥來控制設(shè)備的供水。另外，掃查用過的水不回收。
水箱圖示
旋轉(zhuǎn)掃查平臺：
旋轉(zhuǎn)掃查平臺為本設(shè)備的主體，相控陣超聲檢測儀器安裝在平臺的懸臂上，而探頭+編碼器的組件也安裝在平臺上，汽車輪轂的檢測部位為汽車輪轂內(nèi)外圈激光焊的焊縫，如圖所示的紅色部分。
汽車輪轂通過內(nèi)圓定位，固定在旋轉(zhuǎn)平臺上，電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)帶動汽車輪轂的旋轉(zhuǎn)，最大速度為8RPM，速度可通過電機(jī)的調(diào)試器調(diào)整；探頭+編碼器組件安裝在平臺的側(cè)面，組件的結(jié)構(gòu)如圖7所示，在工件的搬運(yùn)、卸載的時候，探頭+編碼器組件處于收回的狀態(tài)，當(dāng)工件放置好后，探頭+編碼器通過電動推桿帶動，從而使探頭與輪轂表面相互接觸，探頭與工件之間存在的間隙通過噴水來耦合。
旋轉(zhuǎn)掃查平臺
探頭+編碼器組件：
探頭+編碼器組件安裝在旋轉(zhuǎn)平臺的安裝板上，安裝板上有彈簧浮動結(jié)構(gòu)，整個組件通過電動推桿驅(qū)動，從而來調(diào)整探頭的前后位置；而組件的上下位置，通過Z方向調(diào)整平臺來調(diào)整，如圖所示。
探頭+編碼器掃查組件圖示
相控陣儀器：
DSS-PA22X是一個模塊化的、支持二次開發(fā)的超聲波相控陣檢測平臺，集成了精密模擬電路、高速數(shù)字電路、相控陣信號處理、軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等多項先進(jìn)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于各種工件的相控陣超聲檢測。
DSS-PA22X圖示
3.2 檢測軟件界面介紹
檢測軟件界面圖示
