本發(fā)明涉及一種鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置，屬于焊接自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

三明治結(jié)構(gòu)板是一種新的夾層結(jié)構(gòu)形式，一般由上下兩塊面板和中間筋板構(gòu)成，具有比強(qiáng)度高、比剛度大等優(yōu)點(diǎn)，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)制造、造船、海洋平臺(tái)制造等行業(yè)有良好的應(yīng)用前景。但其制造過(guò)程比較復(fù)雜，特別是面板和筋板的連接成為阻礙其廣泛應(yīng)用的最大障礙。目前一般采用焊接工藝進(jìn)行面板與筋板的連接，常采用的主要是深熔焊接，形成的焊縫由于形似字母t所以稱(chēng)為t型接頭。但由于焊接過(guò)程中上面板遮擋了筋板，因此如何在快速準(zhǔn)確的檢測(cè)到t型接頭背面筋板的位置并引導(dǎo)相關(guān)加工設(shè)備尤其是焊接設(shè)備的運(yùn)動(dòng)就成為了該結(jié)構(gòu)制造過(guò)程的關(guān)鍵。

中國(guó)專(zhuān)利《借助于電磁輻射測(cè)定一細(xì)長(zhǎng)物體相對(duì)于一障礙體表面位置用的方法和裝置》(專(zhuān)利號(hào)：008000166)提出了一種測(cè)定一細(xì)長(zhǎng)而狹窄的物體相對(duì)于一障礙體表面位置的方法，該方法提出，在沿著該物體縱向方向作逼近運(yùn)動(dòng)的情況下，一被精確準(zhǔn)直的輻射束從遠(yuǎn)離該物體的障礙體一側(cè)被傾斜照準(zhǔn)到物體上，同時(shí)以直角在其上面進(jìn)行振蕩或掃描運(yùn)動(dòng)；從物體反向散射的輻射在物體的同一側(cè)被收集起來(lái)，通過(guò)收集到的信號(hào)的峰值變化可以確定物體也就是筋板的中心位置。該發(fā)明還提出一種實(shí)現(xiàn)這種方法的裝置。但是該方法提到的電磁輻射(實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常使用包括x射線、γ射線等)均有一定輻射性，容易對(duì)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的身體健康產(chǎn)生較大影響，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)防護(hù)設(shè)施有一定的要求，無(wú)形中提高了成本，不利于方法的應(yīng)用和推廣；另外，上述方法要求電磁輻射源發(fā)出的輻射束與探測(cè)裝置觀察區(qū)之間相干的位置必須位于障礙物之下的一段距離，以確保探測(cè)裝置能夠收集到來(lái)自于需探測(cè)的細(xì)長(zhǎng)筋板反向散射的輻射信號(hào)，這就對(duì)輻射源以及探測(cè)裝置與障礙物的相對(duì)位置提出了限制要求；同時(shí)，由于電磁輻射等在障礙物中的吸收衰減再加上反向散射較弱等原因，上述方法也并不適用于檢測(cè)障礙物和筋板間隙較大的情況，因?yàn)檫@種情況下有可能導(dǎo)致探測(cè)裝置無(wú)法收集到筋板反向散射的信號(hào)。而且該電磁輻射束檢測(cè)方法由于射線束直徑較小、反向散射較弱等，對(duì)于筋板與上面板間隙較為敏感，

另有中國(guó)專(zhuān)利《前置式雙傳感器渦流傳感焊縫自動(dòng)跟蹤控制方法》(授權(quán)公開(kāi)號(hào)：104070267b)，該專(zhuān)利提出了一種前置式雙傳感器渦流傳感焊縫自動(dòng)跟蹤控制方法，該方法利用到達(dá)雙傳感器渦流傳感器頭部線圈的阻抗z，由該線圈的測(cè)量值與金屬板間距離h和相對(duì)面積s的變化值所構(gòu)成的電壓值信號(hào)u輸出，從而獲得焊接過(guò)程中電壓值信號(hào)u與金屬板間距離h以及電壓值信號(hào)u與相對(duì)面積s的線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)焊縫自動(dòng)跟蹤控制。該方法僅實(shí)現(xiàn)了表面焊縫的定位，未能支持背面筋板之類(lèi)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。上述方法中使用兩個(gè)傳感器分別測(cè)量與金屬板間的距離h和相對(duì)面積s，將高度傳感器探測(cè)的距離h補(bǔ)償給面積傳感器，再通過(guò)面積傳感器的左右面積變化來(lái)明確焊縫位置，該方法中位置信息獲取路徑需經(jīng)過(guò)一定的運(yùn)算，信息獲取略有延遲；此外，跟蹤過(guò)程中有可能會(huì)出現(xiàn)誤差現(xiàn)象，比如當(dāng)高度傳感器探測(cè)到了焊縫的深度信息，但是面積傳感器還未探測(cè)該深度信息，這時(shí)如果將h補(bǔ)償給面積傳感器，則會(huì)造成獲取到的一些位置信息不夠準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置，針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，通過(guò)一種相對(duì)安全的方法，快速準(zhǔn)確檢測(cè)到鈦/鋁合金t型接頭背面筋板的位置，以便引導(dǎo)相應(yīng)的加工設(shè)備進(jìn)行夾板結(jié)構(gòu)的制造。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)在待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭面板的上方布置一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)，掃描機(jī)構(gòu)中的檢測(cè)傳感器包括激勵(lì)線圈和探測(cè)線圈對(duì)，使掃描機(jī)構(gòu)的軸線與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的面板垂直；探測(cè)線圈對(duì)的中心連線與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的筋板垂直，探測(cè)線圈對(duì)的一對(duì)同名端進(jìn)行等電勢(shì)連接，探測(cè)線圈對(duì)的另一對(duì)同名端用于探測(cè)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的筋板中的渦流信號(hào)uin；

(2)對(duì)檢測(cè)傳感器中的激勵(lì)線圈施加一個(gè)低頻高幅值正弦交流激勵(lì)信號(hào)iin；

(3)使檢測(cè)傳感器沿旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的筋板進(jìn)行掃描，在待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板中產(chǎn)生可檢測(cè)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流，待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板中的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在探測(cè)線圈對(duì)中產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)信號(hào)uin，探測(cè)線圈對(duì)輸出探測(cè)信號(hào)uin，信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)探測(cè)信號(hào)uin進(jìn)行前置放大、帶通濾波、自動(dòng)平衡、程控放大、相敏檢測(cè)、低通濾波和矢量合成，得到電壓信號(hào)uout；

(4)記錄掃描過(guò)程中各檢測(cè)時(shí)刻的檢測(cè)傳感器的中心位置坐標(biāo){xt,zt}以及相應(yīng)的電壓信號(hào)uout，其中下標(biāo)t為檢測(cè)時(shí)刻，當(dāng)檢測(cè)傳感器沿著旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周運(yùn)動(dòng)垂直通過(guò)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板時(shí)，與兩個(gè)最大電壓信號(hào)中間的最小電壓信號(hào)uout相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo){xmin,zmin}，即為待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板的位置。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)裝置，包括掃描機(jī)構(gòu)、滑塊、x向?qū)к?、y向?qū)к?、z向?qū)к壓涂刂婆c信號(hào)處理系統(tǒng)；所述的掃描機(jī)構(gòu)安裝在y向?qū)к壍南虏?，所述的滑塊安裝在x向?qū)к壣?，所述的y向?qū)к壨ㄟ^(guò)滑塊沿x向?qū)к壱苿?dòng)，所述的x向?qū)к壖茉O(shè)在z向?qū)к壣?；所述的掃描機(jī)構(gòu)由旋轉(zhuǎn)底盤(pán)和檢測(cè)傳感器組成，旋轉(zhuǎn)底盤(pán)安裝在y向?qū)к壍南露瞬?，檢測(cè)傳感器通過(guò)滾動(dòng)軸承安裝在旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周上，檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)傳感器沿旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周運(yùn)動(dòng)；所述的檢測(cè)傳感器由激勵(lì)線圈和探測(cè)線圈對(duì)組成，激勵(lì)線圈和探測(cè)線圈對(duì)由上而下同軸安裝在旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周上，激勵(lì)線圈和探測(cè)線圈對(duì)共用一套磁芯，激勵(lì)線圈的高度大于檢測(cè)線圈對(duì)，激勵(lì)線圈的下部圍繞于探測(cè)線圈對(duì)的外側(cè)；所述的掃描機(jī)構(gòu)位于待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的上部。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)方法和檢測(cè)裝置，其優(yōu)點(diǎn)是：

(1)本發(fā)明的檢測(cè)方法，可以透過(guò)較厚的上面板準(zhǔn)確的檢測(cè)到鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置，提高焊接的準(zhǔn)確度。

(2)本發(fā)明的檢測(cè)方法可以降低筋板與上面板的間隙波動(dòng)對(duì)檢測(cè)精度的影響，因此大大提高了鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置檢測(cè)的可靠性。

(3)本發(fā)明的方法和裝置中，由于電磁場(chǎng)的擴(kuò)散速度等于光速，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度，因此本發(fā)明方法可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)傳感器的高速掃描運(yùn)動(dòng)，能夠在動(dòng)態(tài)中快速定位到筋板的中心位置，因此可以勝任高速焊接過(guò)程的筋板檢測(cè)與跟蹤，提升了檢測(cè)方法的應(yīng)用范圍。

(4)本發(fā)明的檢測(cè)裝置，是一種較為安全的無(wú)損檢測(cè)手段，相比較現(xiàn)有檢測(cè)方法來(lái)說(shuō)沒(méi)有輻射危害，更加方便和安全，便于普及推廣。

(5)本發(fā)明檢測(cè)裝置較現(xiàn)有檢測(cè)設(shè)備，體積小，因此降低產(chǎn)品成本，而且操作方便，易于維護(hù)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1所示的檢測(cè)裝置中，掃描機(jī)構(gòu)與筋板的位置關(guān)系示意圖。

圖3是本發(fā)明輸出信號(hào)uout幅值隨時(shí)間(位置)變化示意圖。

圖1和圖2中，1是檢測(cè)傳感器，2是激勵(lì)線圈，3是探測(cè)線圈對(duì)，4是滑塊，5是x向?qū)к墸?是z向?qū)к墸?是掃描機(jī)構(gòu)，8是旋轉(zhuǎn)底盤(pán)，9是滾動(dòng)軸承，10是y向?qū)к墸?1是控制與信號(hào)處理系統(tǒng)，12是t型接頭，13是上面板，14是筋板。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的一種鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)方法，包括以下步驟：

(1)在待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭面板13的上方布置一個(gè)掃描機(jī)構(gòu)，掃描機(jī)構(gòu)中的檢測(cè)傳感器包括激勵(lì)線圈和探測(cè)線圈對(duì)，使掃描機(jī)構(gòu)的軸線與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的面板垂直；探測(cè)線圈對(duì)的中心連線與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭12的筋板14垂直，探測(cè)線圈對(duì)的一對(duì)同名端進(jìn)行等電勢(shì)連接，探測(cè)線圈對(duì)的另一對(duì)同名端用于探測(cè)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的筋板中的渦流信號(hào)uin；單個(gè)探測(cè)線圈的直徑大于筋板厚度的一半且小于筋板厚度的兩倍，以便獲得高的檢測(cè)靈敏度和精度。

(2)對(duì)檢測(cè)傳感器中的激勵(lì)線圈施加一個(gè)低頻高幅值正弦交流激勵(lì)信號(hào)iin；激勵(lì)線圈在空間產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)，從而在待測(cè)件上引起電渦流。由于頻率較低，電渦流的集膚效應(yīng)相對(duì)較弱，保證了渦流能夠穿過(guò)面板而到達(dá)筋板。

(3)使檢測(cè)傳感器沿旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周運(yùn)動(dòng)，對(duì)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的筋板進(jìn)行掃描，在待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板中產(chǎn)生可檢測(cè)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流，待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板中的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流在探測(cè)線圈對(duì)中產(chǎn)生一個(gè)探測(cè)信號(hào)uin，探測(cè)線圈對(duì)輸出探測(cè)信號(hào)uin，信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)uin進(jìn)行前置放大、帶通濾波、自動(dòng)平衡、程控放大、相敏檢測(cè)、低通濾波和矢量合成，得到電壓信號(hào)uout；

(4)記錄掃描過(guò)程中各檢測(cè)時(shí)刻的檢測(cè)傳感器的中心位置坐標(biāo){xt,zt}以及相應(yīng)的電壓信號(hào)uout，其中下標(biāo)t為檢測(cè)時(shí)刻，當(dāng)檢測(cè)傳感器沿著旋轉(zhuǎn)底盤(pán)的圓周運(yùn)動(dòng)垂直通過(guò)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板時(shí)，與兩個(gè)最大電壓信號(hào)中間的最小電壓信號(hào)uout相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo){xmin,zmin}，即為待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板的位置。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置的檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，特征在于，該檢測(cè)裝置包括掃描機(jī)構(gòu)7、滑塊4、x向?qū)к?、y向?qū)к?0、z向?qū)к?和控制與信號(hào)處理系統(tǒng)11。掃描機(jī)構(gòu)7安裝在y向?qū)к?0的下部，滑塊4安裝在x向?qū)к?上，y向?qū)к?0通過(guò)滑塊4沿x向?qū)к?移動(dòng)。x向?qū)к?架設(shè)在z向?qū)к?上。掃描機(jī)構(gòu)7由旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8和檢測(cè)傳感器1組成，旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8安裝在y向?qū)к?0的下端部，檢測(cè)傳感器1通過(guò)滾動(dòng)軸承9安裝在旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8的圓周上，檢測(cè)過(guò)程中檢測(cè)傳感器1沿旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8的圓周運(yùn)動(dòng)。檢測(cè)傳感器1由激勵(lì)線圈2和探測(cè)線圈對(duì)3組成，激勵(lì)線圈2和探測(cè)線圈對(duì)3由上而下同軸安裝在旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8的圓周上，激勵(lì)線圈2和探測(cè)線圈對(duì)3共用一套磁芯，激勵(lì)線圈2的高度大于探測(cè)線圈對(duì)3，激勵(lì)線圈2的下部圍繞于探測(cè)線圈對(duì)3的外側(cè)。掃描機(jī)構(gòu)7位于待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭12的上部，如圖2所示。

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置檢測(cè)方法的原理作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置檢測(cè)方法中，控制與信息處理系統(tǒng)11中的單片機(jī)控制激勵(lì)單元基于dds產(chǎn)生低頻穩(wěn)幅的正弦交流激勵(lì)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波和功率放大后得到低頻高幅值正弦交流激勵(lì)iin，該信號(hào)作用于檢測(cè)傳感器1中的激勵(lì)線圈2在空間產(chǎn)生穩(wěn)定的交變電磁場(chǎng)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制與信息處理系統(tǒng)11采用型號(hào)為aduc812，由analogdevices公司生產(chǎn)的微處理器產(chǎn)品為核心構(gòu)成。

檢測(cè)傳感器1在掃描機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)下作圓周運(yùn)動(dòng)，垂直通過(guò)待檢測(cè)t型接頭背面筋板14的上方區(qū)域時(shí)，檢測(cè)傳感器1的激勵(lì)線圈2產(chǎn)生的磁場(chǎng)在待檢測(cè)t型接頭背面筋板14中產(chǎn)生可檢測(cè)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流，檢測(cè)傳感器1中的探測(cè)線圈對(duì)3探測(cè)到待檢測(cè)t型接頭背面筋板14中的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)uin，控制與信息處理系統(tǒng)11中的信息處理系統(tǒng)對(duì)探測(cè)信號(hào)uin進(jìn)行前置放大、帶通濾波、自動(dòng)平衡、程控放大、相敏檢測(cè)、低通濾波、矢量合成，得到電壓信號(hào)uout。

控制與信息處理系統(tǒng)11中的單片機(jī)采集和記錄掃描過(guò)程中各檢測(cè)時(shí)刻的檢測(cè)傳感器1的中心位置坐標(biāo){xt,zt}以及相應(yīng)的電壓信號(hào)uout，其中下標(biāo)t為檢測(cè)時(shí)刻；當(dāng)檢測(cè)傳感器1沿著旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8的圓周運(yùn)動(dòng)垂直通過(guò)待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭12的背面筋板14時(shí)，單片機(jī)判定與最小uout相對(duì)應(yīng)的{xmin,zmin}即為待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板14的中心坐標(biāo)。

考慮到極小值的定位存在誤差，單片機(jī)判定通過(guò)兩個(gè)最大uout檢測(cè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo){xmax1,zmax1}和{xmax2,zmax2}分別為筋板14的兩側(cè)邊緣，兩個(gè)邊緣的中點(diǎn){(xmax1+xmax2‐)/2,(zmax1+zmax2)/2}即為背面筋板14中心的輔助坐標(biāo)。

通過(guò)一定算法如均值法等，對(duì)背面筋板14的中心坐標(biāo)和輔助坐標(biāo)進(jìn)行綜合，得到更加準(zhǔn)確的待檢測(cè)t型接頭背面筋板14的中心修正坐標(biāo)。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置檢測(cè)裝置，包括檢測(cè)傳感器1、掃描機(jī)構(gòu)7、滑塊4、x向?qū)к?、y向?qū)к?0、z向?qū)к?和控制與信號(hào)處理系統(tǒng)11。

檢測(cè)傳感器1包括激勵(lì)線圈2和探測(cè)線圈對(duì)3。激勵(lì)線圈2和探測(cè)線圈對(duì)3由上而下同軸安裝在旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8的圓周上，激勵(lì)線圈2和探測(cè)線圈對(duì)3共用一套磁芯，激勵(lì)線圈2的高度大于探測(cè)線圈對(duì)3，激勵(lì)線圈2的下部圍繞于探測(cè)線圈對(duì)3的外側(cè)。

掃描機(jī)構(gòu)7包括檢測(cè)傳感器1、旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8、滾動(dòng)軸承9。旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8帶動(dòng)檢測(cè)傳感器1在待檢測(cè)t型接頭12的上方作圓周運(yùn)動(dòng)，圓周運(yùn)動(dòng)的平面與待檢測(cè)t型接頭背面筋板14垂直，旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8的圓心位于筋板14中心的正上方，檢測(cè)傳感器1通過(guò)滾動(dòng)軸承9與旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8連接，檢測(cè)傳感器1與旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8之間通過(guò)滾動(dòng)軸承9進(jìn)行相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，保持檢測(cè)傳感器1在圓周運(yùn)動(dòng)中對(duì)筋板14的姿態(tài)和角度不變以及檢測(cè)傳感器1的探測(cè)線圈對(duì)3始終以相同姿態(tài)經(jīng)過(guò)待檢測(cè)t型接頭12的正上方區(qū)域。

掃描機(jī)構(gòu)7安裝在y向?qū)к?0的下部，通過(guò)y向?qū)к?0調(diào)整檢測(cè)傳感器1與筋板14的垂直間距。

滑塊4安裝在x向?qū)к?上，y向?qū)к?0通過(guò)滑塊4沿x向?qū)к?移動(dòng)，x向?qū)к?根據(jù)檢測(cè)到的筋板14中心坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)滑塊4移動(dòng)，使掃描機(jī)構(gòu)7中的旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8位于筋板14的正上方。

控制與信號(hào)處理系統(tǒng)11包括激勵(lì)單元、信號(hào)處理系統(tǒng)和單片機(jī)。激勵(lì)單元基于直接數(shù)字頻率合成(dds)技術(shù)，選用ad9854芯片全數(shù)字式合成低頻穩(wěn)幅的正弦波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波和lm1875功率芯片放大后，產(chǎn)生低頻高幅值正弦交流激勵(lì)信號(hào)iin，用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈2，以便在t型接頭背面筋板14中產(chǎn)生可檢測(cè)的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流。信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)探測(cè)線圈對(duì)3探測(cè)到t型接頭背面筋板14中的遠(yuǎn)場(chǎng)渦流信號(hào)uin，進(jìn)行前置放大、帶通濾波后，得到一個(gè)不平衡的uin1信號(hào)，通過(guò)自動(dòng)平衡電路合成一個(gè)與該信號(hào)相反的信號(hào)，該信號(hào)和uin1合成后，輸出的uin2信號(hào)將平衡在0線附近；然后再對(duì)uin2信號(hào)進(jìn)行程控放大、相敏檢測(cè)、低通濾波、矢量合成后，輸出電壓信號(hào)uout，相對(duì)于uin，由于對(duì)uout的幅值變化和相位變化進(jìn)行矢量相加，uout具有更高的信噪比和靈敏度。；單片機(jī)協(xié)調(diào)控制掃描機(jī)構(gòu)7、激勵(lì)單元、信號(hào)處理系統(tǒng)的工作，并采集檢測(cè)傳感器1的中心位置坐標(biāo){xt,zt}和對(duì)應(yīng)的uout信號(hào)，通過(guò)分析掃描時(shí)電壓信號(hào)uout的幅值‐時(shí)間曲線，定位極小值點(diǎn)，從而獲得筋板中心時(shí)刻，此時(shí)刻對(duì)應(yīng)的檢測(cè)傳感器1的中心位置坐標(biāo)即筋板14中心坐標(biāo)。

x向?qū)к?架設(shè)在z向?qū)к?上，z向?qū)к?可以驅(qū)動(dòng)x向?qū)к?沿著焊接方向進(jìn)行追蹤。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置檢測(cè)方法中，掃描機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)檢測(cè)傳感器1進(jìn)行圓周掃描運(yùn)動(dòng)，掃描運(yùn)動(dòng)中檢測(cè)傳感器1與待檢測(cè)t型接頭背面筋板14的位置關(guān)系如圖2所示。檢測(cè)傳感器1中的探測(cè)線圈的直徑為dx，檢測(cè)傳感器1中心距離旋轉(zhuǎn)底盤(pán)7的中心的距離為r1，筋板14厚度為d，掃描機(jī)構(gòu)7中的旋轉(zhuǎn)底盤(pán)8以角速度ω0帶動(dòng)檢測(cè)傳感器1經(jīng)過(guò)筋板14的上方區(qū)域，從筋板14開(kāi)始進(jìn)入檢測(cè)傳感器1的檢測(cè)范圍(位置b)至檢測(cè)傳感器1的中心與筋板14的中心位置重合(位置c)轉(zhuǎn)過(guò)的角度為α。

初始化時(shí)，檢測(cè)傳感器1處于位置a，如圖2中所示，此時(shí)筋板14還未進(jìn)入檢測(cè)傳感器1的檢測(cè)范圍，控制與信息處理系統(tǒng)12可獲得電壓信號(hào)為這是探測(cè)線圈3輸出信號(hào)uin經(jīng)過(guò)信息處理系統(tǒng)后得到的電壓信號(hào)，信號(hào)的頻率f1由激勵(lì)信號(hào)iin頻率確定，信號(hào)幅值維持在低值u1。理論上，如果傳感器的兩個(gè)線圈嚴(yán)格一致，面板的材質(zhì)和厚度絕對(duì)均勻，u1應(yīng)該為0。但實(shí)際情況是u1會(huì)是一個(gè)較小值。

檢測(cè)傳感器1繼續(xù)移動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)位置b時(shí)，筋板14開(kāi)始進(jìn)入到檢測(cè)傳感器1的檢測(cè)范圍中，輸出信號(hào)uout的幅值出現(xiàn)變化。

檢測(cè)傳感器1由位置b→c，輸出信號(hào)uout的幅值逐漸增大，到達(dá)高值umax后，又開(kāi)始逐漸減小。當(dāng)檢測(cè)傳感器1的中心與筋板14的中心位置重合(即檢測(cè)傳感器1到達(dá)位置c)時(shí)，輸出信號(hào)uout的幅值降到最低值u1。

此時(shí)sinα＝(0.5·d+dx)/r1

所以轉(zhuǎn)過(guò)的角度

該過(guò)程持續(xù)時(shí)間

檢測(cè)傳感器1逐漸離開(kāi)位置c，輸出信號(hào)uout會(huì)經(jīng)歷與之前對(duì)稱(chēng)的幅值-時(shí)間變化過(guò)程：幅值逐漸增大到一定程度后再逐漸降低。當(dāng)筋板14離開(kāi)檢測(cè)傳感器1的檢測(cè)范圍后，輸出信號(hào)uout的幅值恢復(fù)到低值u1。

上述掃描過(guò)程持續(xù)時(shí)間為如圖3所示。

上述掃描過(guò)程中，dx與d接近時(shí)檢測(cè)效果最好。因?yàn)閐x大于d時(shí)輸出信號(hào)uout的兩個(gè)峰值之間的距離t增加，圖3所示的特性曲線在筋板14中心時(shí)刻處的信號(hào)變化較平緩，不易獲取特性曲線的筋板中心時(shí)刻或者獲取的中心位置時(shí)刻不準(zhǔn)確；當(dāng)dx小于d時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電壓信號(hào)uout的兩個(gè)峰值umax較小，峰值到谷地的變化較緩，從而導(dǎo)致筋板中心位置的定位困難；當(dāng)dx小于d/2時(shí)，探測(cè)輸出的電壓信號(hào)uout特性曲線在中心時(shí)刻附近會(huì)出現(xiàn)一段持續(xù)的低值，此時(shí)將不易獲取中心位置時(shí)刻。

如圖2所示，焊接根據(jù)工藝要求確定的相關(guān)加工設(shè)備移動(dòng)速度為v，位置c和d是圓周掃描過(guò)程中筋板14上檢測(cè)傳感器兩個(gè)相鄰的檢測(cè)采樣點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)傳感器1由位置c→d，傳感器遠(yuǎn)東時(shí)間為t1＝π/ω0，由于檢測(cè)傳感器1需要將筋板14的中心位置作為控制信號(hào)提前傳輸給焊接設(shè)備，因此要求焊接設(shè)備移動(dòng)到位置d的時(shí)間t2≥t1，可知t2＝2r1/v，所以檢測(cè)傳感器1的掃描速度至少ω0≥πv/2r1。而為了提高檢測(cè)精度，焊接設(shè)備的移動(dòng)時(shí)間t2應(yīng)該取t1的n倍，這樣在傳感器就能在焊接設(shè)備到筋板14某一位置之前就能獲得該位置之前的n個(gè)檢測(cè)采樣點(diǎn)，提高筋板14位置的檢測(cè)精度。

本發(fā)明提出的鈦/鋁合金t型接頭背面筋板位置檢測(cè)裝置，其工作流程包括以下幾個(gè)步驟：

步驟一、確定掃描機(jī)構(gòu)7與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭背面筋板14的合適垂直間距和激勵(lì)信號(hào)iin的合適頻率。

掃描機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)檢測(cè)傳感器1進(jìn)行圓周掃描運(yùn)動(dòng)，如果運(yùn)動(dòng)一周后電壓信號(hào)uout的幅值無(wú)明顯變化，則通過(guò)y向?qū)к?0減小掃描機(jī)構(gòu)7與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭背面筋板14的垂直間距，或通過(guò)控制與信號(hào)處理系統(tǒng)11中的激勵(lì)單元降低激勵(lì)信號(hào)iin的頻率，直到電壓信號(hào)uout的幅值出現(xiàn)明顯變化時(shí)，保持此時(shí)掃描機(jī)構(gòu)7與待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭背面筋板14的垂直間距和激勵(lì)信號(hào)iin的頻率不變。

步驟二、記錄圓周掃描過(guò)程中各檢測(cè)時(shí)刻的檢測(cè)傳感器1的中心位置坐標(biāo){xt,zt}以及相應(yīng)的電壓信號(hào)uout

掃描機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)檢測(cè)傳感器1從待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭背面筋板14上方區(qū)域垂直通過(guò)，電壓信號(hào)uout有如下變化：當(dāng)筋板14開(kāi)始進(jìn)入檢測(cè)傳感器1的檢測(cè)范圍，uout的幅值會(huì)由開(kāi)始的低值u1開(kāi)始增大，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一高值后，隨著檢測(cè)傳感器1逐漸接近筋板14的中心位置，uout的幅值又開(kāi)始逐漸減小。當(dāng)檢測(cè)傳感器1的中心與筋板14的中心位置重合時(shí)uout的幅值降到最低u1。檢測(cè)傳感器1繼續(xù)移動(dòng)，輸出信號(hào)uout會(huì)經(jīng)歷與之前對(duì)稱(chēng)的幅值-時(shí)間變化過(guò)程：uout幅值又開(kāi)始逐漸增大到一定程度后再逐漸降低，當(dāng)檢測(cè)傳感器1逐漸離開(kāi)筋板14的邊緣后，電壓信號(hào)uout的幅值恢復(fù)到低值。檢測(cè)傳感器1繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，

控制與信息處理系統(tǒng)12中記錄圓周掃描過(guò)程中各檢測(cè)時(shí)刻的檢測(cè)傳感器1的中心位置坐標(biāo){xt,zt}以及相應(yīng)的電壓信號(hào)uout，最小uout相對(duì)應(yīng)的{xmin,zmin}即為待檢測(cè)鈦/鋁合金t型接頭的背面筋板14的中心位置坐標(biāo)。

步驟三、通過(guò)x向?qū)к?跟蹤筋板的同時(shí)通過(guò)z向?qū)к?追蹤焊接方向。

將筋板14中心的位置坐標(biāo)作為控制信號(hào)傳送給單片機(jī)以及未表示出的為上述控制與信息處理系統(tǒng)11所控制的焊接設(shè)備。

單片機(jī)根據(jù)獲得的筋板14中心位置坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)滑塊4沿x向?qū)к?調(diào)整檢測(cè)掃描機(jī)構(gòu)7與筋板14的相對(duì)位置，使掃描機(jī)構(gòu)7始終位于筋板14的正上方，保持檢測(cè)傳感器1和筋板14的相對(duì)位姿不變。同時(shí)，在焊接設(shè)備按照傳送的筋板14中心坐標(biāo)進(jìn)行移動(dòng)的同時(shí)，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)z向?qū)к?帶動(dòng)掃描機(jī)構(gòu)7沿焊接的方向進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)過(guò)程中沿z向的筋板各點(diǎn)的中心位置的信息被逐個(gè)采集和記錄，引導(dǎo)焊接設(shè)備的運(yùn)動(dòng)。