一 汽車輪轂焊縫檢測(cè)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(gè)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(duì)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(guò)擴(kuò)束、反射、聚焦后輻射加工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)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(duì)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(cè)是激光深熔焊的重要質(zhì)量指標(biāo)，因此提供有效檢測(cè)手段對(duì)輪轂焊縫熔深的檢測(cè)具有重要意義。
二 汽車輪轂焊縫的相控陣超聲檢測(cè)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(shí)，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(shí)法則依次觸發(fā)激勵(lì)方波脈沖激勵(lì)探頭，使探頭中的每個(gè)晶片發(fā)出的超聲波在某一點(diǎn)聚焦；接收時(shí)，由缺陷反射回來(lái)的超聲波到達(dá)每個(gè)接收晶片，相控陣列單元根據(jù)每個(gè)接收晶片的回波信號(hào)按照設(shè)置的延時(shí)法則合成為一個(gè)信號(hào)送數(shù)據(jù)采集單元。因此，相控陣每發(fā)射接收一次將會(huì)獲得一個(gè)由多晶片采集信號(hào)進(jìn)行合成的A掃描信號(hào)，通過(guò)電子掃描技術(shù)，相控陣超聲檢測(cè)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(gè)多晶片的相控陣探頭，在不移動(dòng)探頭的情況下就可以實(shí)現(xiàn)工件斷面的掃描檢測(cè)，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(guò)改變激活晶片的位置，使該聲束沿晶片陣列方向前后移動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)類似常規(guī)手動(dòng)超聲波檢測(cè)探頭前后移動(dòng)的檢測(cè)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(dòng)探頭就可以實(shí)現(xiàn)工件一定寬度的斷面掃查，因此，對(duì)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(duì)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(cè)。
常規(guī)掃查與相控陣掃查
三 汽車輪轂的相控陣超聲檢測(cè)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(tái)、水箱分體化結(jié)構(gòu)，檢測(cè)儀器安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)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(tái)，提供完備的軟件操作功能。檢測(cè)系統(tǒng)具備手動(dòng)（包括連續(xù)和點(diǎn)動(dòng)）控制和自動(dòng)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(bào)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(jiǎn)要說(shuō)明
水箱：
水箱，如圖所示，與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)是分開(kāi)的，水箱的容量為31L自帶液壓泵，通過(guò)控制液壓閥來(lái)控制設(shè)備的供水。另外，掃查用過(guò)的水不回收。
水箱圖示
旋轉(zhuǎn)掃查平臺(tái)：
旋轉(zhuǎn)掃查平臺(tái)為本設(shè)備的主體，相控陣超聲檢測(cè)儀器安裝在平臺(tái)的懸臂上，而探頭+編碼器的組件也安裝在平臺(tái)上，汽車輪轂的檢測(cè)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(guò)內(nèi)圓定位，固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)汽車輪轂的旋轉(zhuǎn)，最大速度為8RPM，速度可通過(guò)電機(jī)的調(diào)試器調(diào)整；探頭+編碼器組件安裝在平臺(tái)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(shí)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(guò)電動(dòng)推桿帶動(dòng)，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(guò)噴水來(lái)耦合。
旋轉(zhuǎn)掃查平臺(tái)
探頭+編碼器組件：
探頭+編碼器組件安裝在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的安裝板上，安裝板上有彈簧浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，整個(gè)組件通過(guò)電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，從而來(lái)調(diào)整探頭的前后位置；而組件的上下位置，通過(guò)Z方向調(diào)整平臺(tái)來(lái)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(gè)模塊化的、支持二次開(kāi)發(fā)的超聲波相控陣檢測(cè)平臺(tái)，集成了精密模擬電路、高速數(shù)字電路、相控陣信號(hào)處理、軟件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)等多項(xiàng)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(cè)。
DSS-PA22X圖示
3.2 檢測(cè)軟件界面介紹
檢測(cè)軟件界面圖示
