專利名稱：兩個金屬帶材的兩個橫向端的對接焊縫的超聲波檢測方法及設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求I的前序部分中所述的兩個金屬帶材的兩個橫向端的對接焊縫的檢測方法，以及一種如權利要求11的前序部分中所述的為此目的而使用的設備。本發(fā)明涉及對在軋制、除銹/酸洗、涂層等的加工設備內行進的金屬帶材，尤其是鋼帶材的對接焊，所述加工設備在下文中統(tǒng)稱為“加工設備”。本發(fā)明具體涉及對對接焊縫的無損檢測。
背景技術：
為了通過避免一個帶材卷一個帶材卷地加工而提高冷軋裝置及鋼帶材加工設備的生產力，現代化高效設備具備對所述帶材進行不間斷地操作，這是通過將相繼的帶材彼此焊接，將剛加工完的帶材的末端與下一個待加工的帶材的首端相銜接而進行的。在對接焊操作的過程中，待焊接的相鄰兩個帶材端部被停止移動后，加工設備的下游部分由兩個連續(xù)焊縫之間的且被預先加載的儲存帶材的裝置進行供給。上述技術是本領域技術人員公知的，其有助于提高對接焊操作的速度，以便縮短帶材端部的停止時間，并隨之減少儲存帶材的裝置的容量和成本。其還解決了對焊縫的完整性及堅固性方面的需要，該需要是使得焊縫在加工設備中不易出現斷裂或者在所述帶材行進通過加工設備的機器中時不易損害某些部位。對接焊的操作是通過焊機來執(zhí)行的，所述焊機除了包括焊接設備自身(閃光對焊、電阻縫焊、TIG焊、MIG焊、激光焊、激光混合對焊)之外，還包括兩個夾爪，每個爪可用于固定一個帶材或者一個卷繞好的薄板(或至少是可退繞的)，其中一個爪被布置在沿帶材的運動方向的下游處并用于固定加載在(生產)線上的所述卷筒的尾部，另一個爪被布置在上游，并用于固定剛剛插入的卷筒狀的頭部。這種類型的焊機應當首先是能夠制造高質量的焊縫。如果帶材在加工設備的行進中出現焊縫斷裂或者需要對不合格的焊縫進行重新焊接時，這將產生重大的生產損失。多個不可分離的關鍵因素決定焊縫的質量，所述關鍵因素主要是基于以下幾個方面的標準-焊接接頭的冶金質量，尤其是在熱影響區(qū)易發(fā)生冶金學變化的鋼材；-焊接區(qū)域，在理想狀態(tài)下，焊接區(qū)域不應過厚或過??；-焊接接頭應具有連續(xù)性及密實性；冶金質量取決于所用的焊接方法和熱影響區(qū)的熱循環(huán)，以及在焊機自身內局部地或在其緊下游處執(zhí)行的預加熱及焊后加熱處理或回火處理。被焊接的區(qū)域取決于焊接方法及焊接后所進行的精加工的方式。閃光對焊會產生焊道，焊道是需要被刨削掉的，通常，閃光對焊機都配備有一體的刨削裝置。電阻縫焊也會造成由于鋼板搭接而產生厚度多余量，其通常應借助焊機所裝備的滾輪裝置對其進行擠壓。激光焊可對與非常小的受熱影響區(qū)域相關的焊接區(qū)域進行精確管理。
接頭的連續(xù)性及密實性主要取決于所用的焊接參數。這些參數主要是電氣參數，且通常情況下較為容易以安全可靠的方式進行管理。然而，還有一個參數占據首要位置，因為其與接頭的連續(xù)性及密實性以及其橫截面相關，這就是待被焊接的邊緣的平直度及其在焊接過程中的相對位置。為了保證對接焊縫的質量，必須將待被焊接的帶材端部完全排成直線并對齊。因此，在通常情況下焊機都配備有用于固定薄板的兩個夾爪，其中一個爪被布置在沿所述帶材的運動方向的下游，用于固定被引入到(生產)線上的卷筒的帶材的尾部，另一個爪被布置在上游且用于固定剛被引入以便將其與前一個帶材相連接的帶材的頭部。由此，帶材的端部就被夾爪固定住并超過爪一個懸伸部，這通過焊機上的剪切機或激光束實現精確且合適的剪切。懸伸部應沿著相鄰端部盡可能小，以便將所述帶材相鄰端部正確對齊并受控制地具有間隔或無間隔。盡管采取了所有的確保滿足幾何、冶金及焊接參數條件的措施，但是仍會有一些 焊縫出現缺陷，這些缺陷在通過加工設備的行進過程中容易發(fā)生斷裂現象。這些事件可能會導致嚴重的后果，尤其是在連續(xù)回火爐或電鍍爐內發(fā)生時是這樣。加工設備就會因此而停止運行幾天以便重建帶材的連續(xù)性。還有一些缺陷或缺損，其造成后果相對較為輕微，例如過大的厚度余量，這要求打開軋制機的平整機的軋輥，并會在焊縫的上游和下游因沒有平整而損失幾米的帶材。如果這種類型的事件過多的話，就會大大減少在加工設備中加工的卷筒的實際產量。因此，非常重要的是在焊縫從焊機離開并通過加工設備之前，操作員必須對焊縫的質量有足夠的信心。為此，在大部分的加工設備中都會對焊縫進行目視檢查，有時會借助攝像機。操作員的警惕性及經驗在整個決策過程中仍具有決定性的意義，通常情況下這一決策過程是比較保守的，但也會導致對一些并不總是正確的重焊操作。在某些情況下，也會使用紅外線測溫儀和紅外線照相機。特別是由于最復雜的設備具有圖像處理系統(tǒng)，這是很大的進步。但是，這些裝置一般被放置在待檢測的帶材及焊縫的上表面，很少能夠達到在焊機內的下表面。還有一些情況是僅僅將電氣參數和移位參數與確保正確焊接的編程參數之間進行比較。直至當前，只有這幾種方法可用于檢測這一類型的焊縫，除此之外沒有任何方法可判定內部缺陷是否存在及其危害，尤其是針對“帶材一焊縫一帶材”的復雜的內部結構更是無法判定，所述內部結構具體來說是指，將待焊接的邊緣連接的待焊邊緣(以及可能添加的金屬)的融化區(qū)以及相鄰的未熔化“熱影響”區(qū)的內部結構，其中發(fā)生不同的冶金學變化，伴隨有非常細小的新出現的缺陷，例如裂紋和未焊接的區(qū)域，其基本平面大致與操作員或者操作員在照相輔助下所捕獲到的光射線平行。此外，正如上文所述，用于使固定在爪內的帶材端部的懸伸部最小化的間隔必須盡可能的小，這就導致妨礙對焊縫正確的目視觀察及簡便的熱測量和電測量。在這種情況下，如果帶材的端部仍被保持在爪時，焊縫并未檢測，且如果檢測工作只能是在爪被從帶材夾持位置釋放后才進行，且如果根據現有技術檢測到缺陷，那么就必須將帶材重新插入焊機內并重新調整位置，以便對其進行重新切割和焊接操作，具有因此而帶來的不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提出一種在兩個橫向端從夾爪中釋放出來之前進行的用于兩個金屬帶的兩個橫向端的對接焊縫的檢測方法。所述方法特別用于檢測“帶材一焊縫一帶材”結構的內部及外部缺陷。為了確保該方法的實施，本發(fā)明的另一個目的在于提供合適的設備。檢測方法及實施其的設備如權利要求I到11中所述。本發(fā)明提出了一種用于兩個金屬帶材的兩個橫向端對接焊縫的檢測方法，這兩個橫向端分別被靠攏并保持在第一爪及第二爪之間，這兩個爪沿著每個橫向端布置，其特征
在于第一爪及第二爪具有至少一個間隔使得形成縫隙，以便使能夠在第一帶材的一個表面產生超聲波的入射波的第一傳輸通道穿過，并使來自第二帶材表面的出射波的第二傳輸通道穿過；第一傳輸通道的入射波通過使用在至少設計成實施超聲波的在第一帶材表面產生，穿過焊縫且出射在第二傳輸通道內的第三通道的工作狀態(tài)下的激光脈沖產生；通過至少一個特征測量，例如，當超聲波出射至第二通道內時，第二帶材表面振動狀態(tài)的特征的測量，及關于脈沖的工作狀態(tài)的分析步驟(7)，從而提取焊縫檢測特性以用于識別。換句話說，根據發(fā)明的檢測方法適用于在軋制或加工設備中對鋼帶材卷兩端的對接焊縫的無損檢測，其中，在所述軋制或加工設備中開卷的一個帶材的端部在停止在焊機的“輸出”爪之間，而新的帶材的頭部被置于同一焊機的“輸入”爪之間，兩個帶材的如此夾持在爪中的端部被切割以便使得其幾何特征適于焊接，通過移動爪而被移動到焊接位置，并選用適合的方法——例如激光焊、等離子-電弧焊、電弧焊、電阻縫焊、閃光對焊——進行焊接。根據本發(fā)明的檢測方法的特點在于，必須能夠將超聲波發(fā)送(或發(fā)生)裝置及接收裝置布置在焊機爪之間非常狹小的空間內，例如對一臺激光焊機而言，橫向于焊縫方向的間隔可小于10毫米。超聲波發(fā)射(或發(fā)生)裝置及接收裝置必須能夠在與帶材沒有關聯的問題的前提下快速移動，并且能夠耐受可能的高溫環(huán)境，例如當上述第一及第二通道的保持設備緊鄰隨激光焊頭時是這樣。在焊機爪間的小的間隔內，根據發(fā)明，本檢測方法能確保超聲波在第一通道的輸出端處在一個帶材表面上產生,該輸出端在帶材端部中的一個的上方，且與焊縫平行地在沿整個焊縫進行無接觸式移動；所產生的超聲波穿過對接焊縫并通過第二通道被接收器捕獲，所述第二通道的(光)波收集輸入端在帶材的另一個端部上方，且與焊縫平行并沿整個焊縫，沿著平行于并同步于發(fā)送器的路線進行無接觸式移動；接收器所捕獲的超聲波由分析裝置進行分析，該分析裝置可識別至少一個在發(fā)送器及接收器之間傳輸的波的特性數據，例如衰減，行程時間或波的變換。波的傳輸特性與傳輸異常(數據)庫進行比較，該異常(數據)庫與焊縫的缺陷類型相關。
通過識別的缺陷的類型及其沿焊縫長度的范圍，分析系統(tǒng)因此量化該缺陷的嚴重程度。特別地，第一通道及第二通道具有光導向裝置，該裝置橫截面很小但足以使得在一點處的入射或可在焊縫邊緣上及每個帶材的側邊上的一點檢測到的出射。經驗表明，在光譜領域內，至少一個截面大約小于10毫米的波瞄準儀或光纖可用于波的傳輸通道。因此，在本發(fā)明背景技術中所提及的懸伸部可以很小，這是因為在實踐中仍然存在爪之間提供足夠縫隙的間隔等同于通常為確保帶材端部合適地保持所需的間隔，但這不在本發(fā)明的范圍內。這樣，在爪沒有被分開的情況下也可進行檢測，也就是說，不需要將帶材端部從爪中釋放出來也可進行檢測。利用上文所述的以三個通道形式出現的超聲波及光波導向裝置，來自第一通道的入射光波產生超聲波，該超聲波在第三通道內傳播，也就是說在第一帶材的一部分內、隨后通過焊縫、最后在第二個帶材的一部分內的傳播，最終出射到第二通道 內(以超聲波然后是可光學檢測的表面振動的形式)，上文所述的第二通道用于接合分析來自第二帶材的出射波的步驟。超聲波的物理特性因為在“帶材一焊縫一帶材”結構的表面及體積中傳播而發(fā)生改變，從而使上述第三通道具體化/物質化。這樣，超聲波就載有至少一個焊縫的檢測特性，該特性可根據預先設定的標準來進行識別，所述標準例如是根據理想焊縫或者具有一個或幾個缺陷的焊縫而分析的波變化類型的預先分類，所述一個或多個缺陷典型地可根據第二通道輸出端的波信號的被編錄的特征識別。上述超聲波產生的物理原理也被賦予了“激光超聲”的技術名稱，但本發(fā)明并未進一步發(fā)展這一理論。實際上，本發(fā)明著重于在焊接位置上的檢測方法，該檢測方法使得能夠使用這一物理原理作為焊接循環(huán)所要求的一系列創(chuàng)造性步驟，使得能對“帶材一焊縫一帶材”這樣的復雜結構進行有效且及時的最終分析，這理想地通過使用暗示焊縫缺陷的的超聲波振動狀態(tài)測量的特征分析而實現，所述測量的特征可與數據庫內所編錄的典型缺陷特征進行比較和識別。測量及編錄特征的比較分析是簡單且快速的，因為這并不需要復雜的認知過程，或至少必須執(zhí)行超聲波在“帶材一焊縫一帶材”結構中傳播的復雜物理特性的提取算法，由于各種不同的缺陷存在，所述結構也同樣非常復雜。焊縫的某些檢測特性可通過對第二通道波進行測量而測量出的衰減，或行程時間或波的變換來推導出。根據焊縫檢測推知的特性或特征而產生警報以便快速指示潛在缺陷。根據發(fā)明的檢測方法規(guī)定由聯接至第一通道的輸入端的激光發(fā)送器發(fā)送脈沖，并且由聯接至第二通道的輸出端的接收器捕獲第二通道的波；第一通道的輸出端和第二通道的輸入端被沿著兩個爪的間隔滑移，或通過這兩個爪間的縫隙或在縫隙上，以不和帶材接觸的方式滑移，以便通過以下兩種方式提取焊接檢測特性或特征相對于焊接裝置同步地并在盡可能短的時間間隔內進行提取，焊接裝置本身被沿著兩個爪間的間隔滑移的機構承載；在完成每個帶材端部的焊接之后進行提取。對第一通道的輸出端及第二通道的輸入端的滑移使得能夠在焊接過程中以及在焊接完成后沿著帶材端部進行檢測，而不需要使得“帶材一焊縫一帶材”結構相對于滑移移動而移動。按照所使用的焊接方法，第一通道的輸出端及第二通道的輸入端在兩個帶材端部上方的、在預定縫隙中并平行于焊縫且沿著整個焊縫的無接觸式移動可通過以下方式執(zhí)行與焊接同時進行，并與逐級 焊接方法，例如電阻縫焊、TIG焊、MIG焊、激光焊或激光混合焊的速度一致。在這種情況下，第一通道的輸出端及第二通道的輸入端被布置在焊接頭的后面且與焊接頭相同的移動設備之上，或在與焊接頭分開但與焊接頭的移動設備同步的移動設備上；在閃光對焊的焊接方法完成焊接之后進行；本檢測方法也可以使用下述模式之一來進行學習模式，所述學習模式系統(tǒng)性地要求專家對焊縫缺陷的識別及量化進行確認或更改(識別典型的缺陷的特征);自動模式，在該模式中，(通過對缺陷的特征的充分識別)與焊縫檢測特性相關的分析步驟可對至少一個焊縫缺陷自主地進行識別及量化，并在預定的容差下，向操作員發(fā)送至少一個警報；半自動模式，在該模式中，作為前述的自動模式的一部分，如果超聲波的傳輸特性/特征不足以被識別，將給操作員發(fā)送附加檢測請求。另外，根據本發(fā)明的方法還可以使用下述模式之一來執(zhí)行學習模式，該模式系統(tǒng)性地要求專家通過對焊縫缺陷的識別及量化，校正合適的焊接參數，例如焊接頭的移動速度或焊接功率，以便對所述缺陷進行校正；自動模式，其中，與焊縫檢測特性/特征相關的分析步驟可基于對焊縫缺陷的識別及量化，對焊接參數進行自主校正；半自動模式，其中，作為前述的自動模式的一部分，分析步驟會基于對焊縫缺陷的識別及量化而向操作員發(fā)送焊接參數的校正請求。因此，根據本發(fā)明的方法為檢測提供了很大的靈活性，這有利于快速，即在焊接期間或焊接完成后，澄清有關焊縫缺陷的所有疑慮，尤其是在帶材離開其焊接位置去往其它的焊縫缺陷將對其有害的處理區(qū)之前快速澄清疑慮。根據發(fā)明的方法，特別是為了在檢測步驟后的分析步驟，聯合地且針對每個缺陷焊縫，將被識別的及被量化的缺陷，連同所使用的焊接參數以及與被焊帶材相關的數據，記錄到數據庫內。這樣，分析步驟就可根據復雜性且改變帶材的焊接設定和條件提高檢測精度，從而獲取盡可能多的數據，以便隨后對已被識別且量化的缺陷進行分析。也可執(zhí)行在生產線以外的分析以用于對缺陷所出現的條件進行靜態(tài)研究，并且改進焊接參數。根據發(fā)明的方法另一方面還允許在第一帶材表面上(來自第一通道輸出端)的超聲波由(與第一通道的輸入端相聯接的)脈沖激光器在以下兩個工作狀態(tài)中的至少一個下產生熱彈性工作狀態(tài)；燒蝕工作狀態(tài)與熱彈性工作狀態(tài)交替，這種交替特別是由分析步驟決定，在出現異?；驅δ骋痪瘓蟠嬗幸苫髸r，可能執(zhí)行與波傳輸相關的特性的補充分析。在這兩種交替的工作狀態(tài)下，有利于地能夠獲取穿過“帶材一焊縫一帶材”結構的超聲波的兩個交替振動狀態(tài)特征，這就使得檢測結果更加可靠，尤其是在對兩個測量特征中的某一個存有疑惑時是這樣。這樣，可以避免多余的警報，并且對焊縫的檢測也就更有說服力，從而避免了測量假象。實際上，為了布置在焊機爪間的狹小空間內，并且可與帶材無關聯地快速移動，超聲波發(fā)送裝置是在“熱彈性”工作狀態(tài)下，也就是無熔化的工作狀態(tài)下，在帶材表面產生超聲振動的脈沖激光器。熱彈性工作狀態(tài)有利于產生表面波，也就是說大體上平行于帶材表面進行傳播的波。在變型中，超聲波是以熱彈性工作狀態(tài)和燒蝕工作狀態(tài)的交替而產生的。燒蝕工作狀態(tài)要求在光束的作用下非常局部地熔化，并有助于縱向波的產生，所述縱向波也就是大體上垂直于帶材表面進行傳播的波。由激光發(fā)送器產生的超聲波的不同性質對于同一焊縫而言產生非常不同的波傳輸特性。對于某些異常地識別的波的傳輸類型，分析裝置可要求對激光發(fā)射參數(功率或時間)進行更改，以便在脈沖熱彈性脈沖之間插入燒蝕脈沖。焊縫缺陷的雙重“特征”提高了診斷的可靠性。當熱彈性工作狀態(tài)下波傳輸特性不能或基本不能被記錄到庫里或特征數據庫里時，這樣的方法對于分析裝置而言就非常有必要。為了通過改進第二通道輸出端的信噪比而改進對較小缺陷的檢測，根據發(fā)明的方法規(guī)定，通過第二通道捕獲到的超聲信號在分析步驟前被進行“合成孔徑聚焦技術”(SAFT)處理。為了執(zhí)行根據本發(fā)明的方法，爪內保持的兩個帶材端部焊縫的無損檢測設備的特征在于，超聲波第一通道或第二通道中的至少一個包括至少一個光導向裝置(光纖、瞄準儀 和/或聚焦器)，所述光導向裝置在帶材端部的表面上方，與焊道平行地進行無接觸移動。該光導向裝置(理想地是一個或多個光纖)體積小，可在分別位于相鄰帶材每個端部側，在兩個爪間，焊縫兩邊的一個非常狹小的區(qū)域內對波的入射及出射進行導向。對被焊區(qū)域的掃描可與焊接同時進行，這樣便可使周期得到優(yōu)化，這例如通過跟隨激光焊接頭而移動實現。對被焊區(qū)域的掃描也可在焊接后進行，例如在采用閃光焊的情況下是這樣。第二通道與接收器相聯接，該接收器可感應超聲波在帶材表面所產生的振動，例如是干涉測量裝置，第二通道配置有至少一個光導向裝置，該裝置具有波收集端，該波收集端在爪間的縫隙內，沿著與第一帶材側的超聲波的路線平行且同步的路線進行無接觸移動。第一通道的輸出端及第二通道的輸入端在帶材的端部表面上方進行無接觸移動，這種無接觸移動可與沿所述端部的預定長度的焊接操作同步進行，或具有延遲地進行。理想地，YAG脈沖激光器在第一通道的輸入端產生脈沖，所產生的脈沖被引導通過第一通道，并在第一通道的輸出端處產生在第一帶材表面入射的超聲波。第二通道的輸出端聯接至超聲波接收器，或者是可在光學上感應超聲波在帶材表面上所產生的振動的接收器。該接收器優(yōu)選是共焦Fabry-Perot (法布里-珀羅)干涉儀或“光感應一電動勢”干涉儀(PI-EMF)，該干涉儀可聯接至產生參考面的連續(xù)激光器或脈沖激光器。
激光發(fā)送器的光纖通道發(fā)送端的軸線以及干涉接收器的光纖通道的接收端的軸線基本上與帶材表面垂直，或輕微朝向焊縫傾斜。從屬權利要求也介紹了本發(fā)明的優(yōu)點。


利用描述的附圖提供示例實施方式和應用圖I設備示意圖(截面圖)，該設備可實現在焊機內實施本發(fā)明的方法。
具體實施例方式第一帶材(Ib)的尾部被夾持在焊機的輸出爪(2a，3b)內。第二帶材(Ia)的頭部被夾持在同一焊機的輸入爪(2a, 3a)內。 輸出爪及輸入爪都臨近焊接位置，兩個帶材的端部(la，lb)被待檢測的焊縫(Ic)連接起來。如有必要時可在帶材端部附加一個支撐件(4)。發(fā)送裝置(5)，例如YAG脈沖激光器，通過作為第一通道的光纖通道(52)發(fā)送激光束(51)，該激光束對第一帶材的影響可以以熱彈性模式，即在帶材沒有熔化狀態(tài)下在第一帶材(Ib)表面(此處為上表面)產生超聲波，超聲波朝向焊縫(Ic)傳播或傳播至焊縫(Ic)內，隨后在第二帶材(Ia)傳播。超聲波引發(fā)垂直于所述帶材的表面的機械移動，并通過光纖通道(61)被測量干涉裝置進行檢測，該光纖通道(61)為第二通道，該第二通道用于被由于超聲波引發(fā)的帶材表面的振動狀態(tài)在光學方面影響的波?？蛇x地，第一通道在可確保兩個光纖通道中的一個從相對于面向它的帶材傾斜入射的位置上(52’)用虛線標示。第三波通道被波在其上和其中傳遞波的“帶材一焊縫一帶材”(54、lc、55)的接合而具體化。重要的是第一爪及第二爪至少具有一個間隔使得形成縫隙(54、55)以便用于使在第一帶材(Ib)表面產生超聲波的第一光學入射波傳輸通道(52)穿過，并使在第二帶材(Ia)表面捕獲出射波的第二光學出射波通道(61)穿過。焊縫周圍的縫隙(54、55)的寬度，也就是在第一通道及第二通道的軸線之間所允許的最小距離，出于對爪要求的接近度的考慮應選取最小值，但是如有需要，也可在爪所允許的最大值范圍內適應性變化，以便更好地提取在距焊縫的給定距離內的精確入射點的目標焊縫特性。還可以根據第一通道和第二通道間的可變距離范圍內的構造，有利地測量多個特征。分析裝置(7)(其用于執(zhí)行根據發(fā)明的方法中的分析步驟)通過第二通道接收測量干涉裝置(6)所產生的信號，以及來自控制焊機的自動化系統(tǒng)(9)的數據。這些數據是有關于帶材的厚度、鋼的級別、所有焊接參數以及焊接前后施加熱處理的裝置的調整參數。分析裝置可識別發(fā)送器(5)和接收器(9)之間的波傳輸的至少一個特性或特征數據，例如衰減、行程時間或波的轉換或者“帶材一焊縫一帶材”結構的任何其它可識別的或目標異常特性，并且還搜索數據庫(8)以用于波的異常傳輸和焊縫缺陷類型之間的匹配性，理想狀態(tài)下是通過識別單個特征或兩個特征來實現的。分析裝置還可通過自動化系統(tǒng)(9 )將缺陷的嚴重程度進行量化，如果缺陷的嚴重程度要求進行重新焊接時，分析裝置可在操作員控制臺
(10)上產生警報。分析裝置還可通過操作員控制臺(10)要求操作員作出決定。分析裝置
(7)還具有發(fā)送器(5)的脈沖模式(單一模式或交替模式)控制模塊，以便通過脈沖狀態(tài)分析步驟以及來自第二通道的超聲波至少一個特性測量，提取焊縫的檢測特性從而進行目標異常識別。在所述方法的變型中，分析裝置(7)可根據被檢測到缺陷通過自動化系統(tǒng)(9)確保對焊接參數的校正。它也能夠通知操作員進行校正。當出現缺陷時，來自自動化系統(tǒng)(9)、庫(8)、測量干涉裝置(6)以及可能操作員控制臺(10)的已分析的數據被記錄到數據庫(11)內，以便對缺陷產生的原因進行分析。根據發(fā)明的方法及執(zhí)行其的設備可對整個焊縫進行檢測，也就是說這并不局限于對焊縫可見表面的檢測。其適應性的分析能力使對操作員的警惕性及經驗的依賴越來越小，并減少不必要的重焊數量。本檢測方法及其設備也有有利地允許在非常短的帶材夾持時間內執(zhí)行檢測，如果第一通道(52)的波輸出端及第二通道(61)的波輸入端的滑移與焊接頭的移動同步時，甚至可實現檢測時間等同于焊接時間。最后，發(fā)送器或接收器，以及第一通道和第二通道都可被認為是一些用于產生或接受焊縫結構周圍的超聲波的電聲元件。但是這些元件的體積太大以至于無法被布置在爪 的縫隙內(幾厘米)，尤其是對于那些不足幾厘米厚度的薄的帶材。這就是第一通道及第二通道都設置成具有較小截面的光學引導裝置的原因。
權利要求
1.一種用于兩個金屬帶材(la、lb)的兩個橫向端部的對接焊縫(Ic)的檢測方法，所述端部分別被靠攏并保持在第一爪及第二爪(2a、2b)之間，所述兩個爪沿著各個所述橫向端部布置，其特征在于 所述第一爪與第二爪之間具有至少一個間隔從而形成縫隙(54、55)，以便允許能在第一帶材的表面上產生超聲波的入射波的第一傳輸通道(52)通過，并使來自第二帶材的表面的出射波的第二傳輸通道(61)能夠通過； 第一傳輸通道的入射波通過至少設計成實現超聲波的在第一帶材表面產生、穿過焊縫、并出射至第二傳輸通道內的第三通道的工作狀態(tài)下的激光脈沖而產生； 通過當超聲波出射到第二通道內時對第二帶材的表面的振動狀態(tài)的至少一個特征的測量以及有關脈沖的工作狀態(tài)的分析的步驟(7)，提取焊縫的檢測特性以用于識別。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于， 所述脈沖由聯接至第一通道的輸入端的發(fā)送器(5)發(fā)送，并且第二通道的波由聯接至第二通道的輸出端的接收器(6)捕獲； 所述第一通道的輸出端和所述第二通道的輸入端沿著兩個爪之間的間隔不與帶材接觸地滑動，以便通過以下兩種方式提取焊接檢測特性或特征 相對于焊接裝置同步地并以盡可能短的時間間隔進行提取，焊接裝置本身由沿著兩個爪間的間隔滑移的機構承載； 在每個所述帶材的端部的焊接完成后進行提取。
3.根據權利要求I至2中的任一項所述的方法，其特征在于，焊縫的檢測特性通過來自第二通道的衰減、行程時間或波的變換的測量來推導出。
4.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，將所檢測的焊縫的特征與編錄在數據庫內的典型焊縫缺陷測量特征進行比較。
5.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，根據所提取的焊縫的檢測特征或特性而產生警報。
6.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，所述方法以下述模式的一種來執(zhí)行 學習模式，所述學習模式系統(tǒng)性地要求專家對焊縫缺陷的識別及量化進行確認或更改； 自動模式，在所述自動模式中，與焊縫檢測特性相關的分析步驟可對至少一個焊縫缺陷自主識別及量化，并在預定的容差下向操作員發(fā)送至少一個警報； 半自動模式，在所述半自動模式中，作為前述自動模式的一部分，如果超聲波的傳輸特性不足以被識別，則向操作員發(fā)送附加檢測決定請求。
7.根據上述權利要求I至5中的任一項所述的方法，所述方法以下述模式中的一種來執(zhí)行 學習模式，該學習模式系統(tǒng)性地要求專家基于對焊縫缺陷的識別及量化來校正合適的焊接參數，例如焊接頭的移動速度或焊接功率，以便對所述缺陷進行校正； 自動模式，在所述自動模式中，與焊縫檢測特性相關的分析步驟可基于對焊縫缺陷的識別及量化而對焊接參數進行自主校正； 半自動模式，在所述半自動模式中，作為前述的自動模式的一部分，分析步驟會基于對焊縫缺陷的識別及量化而向操作員發(fā)送焊接參數的校正請求。
8.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，為了在檢測階段完成后進行分析步驟，聯合地且針對每個缺陷焊縫，將被識別的及被量化的缺陷連同所使用的焊接參數以及與被焊帶材相關的數據記錄到數據庫內。
9.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述第一帶材表面上的超聲波由脈沖激光器在下列兩種工作狀態(tài)中的至少一種下產生 熱彈性工作狀態(tài)； 燒蝕工作狀態(tài)與熱彈性工作狀態(tài)交替，這種交替特別地由分析步驟確定，在出現異常時，可能會執(zhí)行對與波傳輸相關的特性的補充分析。
10.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，在分析步驟之前，對被所述第二通道捕獲到的超聲波信號進行“合成孔徑聚焦技術”(SAFT)處理。
11.一種能夠實施根據權利要求I至10中所述的方法的焊縫無損檢測設備，其特征在于，超聲波的第一通道或第二通道的至少一個具有至少一個光導向裝置，理想地是一個或多個光纖、或是瞄準儀/聚焦器，所述至少一個光導向裝置與焊道平行地在所述帶材端部的表面上方進行無接觸移動。
12.根據權利要求11中所述的設備，其特征在于，所述第二通道與能感應超聲波的接收器相聯接，所述接收器例如是干涉測量裝置，第二通道配置有至少一個光導向裝置，該光導向裝置具有波收集端，該波收集端在爪間的縫隙內、沿著與第一帶材側的超聲波的路線平行且同步的路線進行無接觸移動。
13.根據權利要求11至12中的任一項所述的設備，其特征在于，所述無接觸移動是由所述第一通道的輸出端及所述第二通道的輸入端在所述帶材端部的表面上方進行的，并且能夠沿所述端部的預定長度相對于焊接操作同步進行、或具有延遲地進行。
14.根據權利要求11至13中的任一項所述的設備，其特征在于，由YAG脈沖激光器產生脈沖，所述脈沖被引導通過第一通道并在第一帶材側的第一通道的輸出端處產生超聲波。
15.根據權利要求11至14中的任一項所述的設備，其特征在于，所述第二通道的輸出端聯接至共焦Fabry-Perot干涉儀或“光感應一電動勢”(PI-EMF)干涉儀類型的超聲波接收器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種兩個金屬帶材(1a、1b)的兩個橫向端的對接焊縫(1c)的檢測方法，所述兩個端部分別被靠近并被保持在第一爪及第二爪(2a、2b)之間，所述兩個爪因此沿著各個橫向端方向布置，其特征在于第一爪及第二爪具有至少一個間隔以形成縫隙(54、55)，以便用于使第一帶材表面所產生的超聲波的第一入射波傳輸通道(52)通過，并使第二帶材表面的出射波的第二傳輸通道(61)通過；-第一傳輸通道的入射波通過在至少設計成實施超聲波的在第一帶材表面產生、穿過焊縫且出射至第二傳輸通道內的第三通道的工作狀態(tài)下的激光脈沖產生；-通過當超聲波出射到第二通道內時對第二帶材表面的振動狀態(tài)的至少一個特征的測量以及有關于脈沖的工作狀態(tài)的分析步驟(7)，提取焊縫的檢測特性以用于識別。還提出一種允許執(zhí)行本發(fā)明的檢測方法的設備。
文檔編號B23K11/00GK102869987SQ201080066402
公開日2013年1月9日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權日2010年4月23日
發(fā)明者馬克·米紹 申請人:西門子奧鋼聯冶金技術有限公司