一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置及其控制方法
【專利摘要】一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置及其控制方法，屬于超聲紅外熱波無損探傷【技術(shù)領(lǐng)域】。在超聲紅外熱波無損檢測技術(shù)理論支持下，通過自動(dòng)調(diào)整各檢測參數(shù)，快速獲取較好的超聲激勵(lì)效果，為快速有效檢測缺陷提供可能。該裝置包括超聲控制器，通過超聲控制器來自動(dòng)/手動(dòng)調(diào)節(jié)超聲脈沖激勵(lì)時(shí)的各實(shí)驗(yàn)參數(shù)；超聲槍多自由度底座，通過控制超聲槍多自由度底座可以調(diào)節(jié)超聲槍的方位，加載超聲槍變幅桿和被測試件之間的壓緊力。該裝置在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加多個(gè)智能化模塊，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的功能，可以快速獲取可靠的激勵(lì)效果；同時(shí)，該裝置實(shí)現(xiàn)超聲槍三維度的方向轉(zhuǎn)換，能夠?yàn)椴煌募?lì)場合提供便利，具有實(shí)用性價(jià)值。
【專利說明】一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置及其控制方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及超聲紅外熱波無損探傷【技術(shù)領(lǐng)域】的一種超聲脈沖激勵(lì)裝置，特別是涉及一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]目前高鐵技術(shù)發(fā)展迅速，但同時(shí)也產(chǎn)生了很多安全隱患，比如高鐵車體零部件如齒輪箱體等生產(chǎn)或使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋等缺陷。如何在生產(chǎn)或者使用時(shí)檢測出這類缺陷是目前急需解決的難題。超聲紅外熱波無損檢測技術(shù)是依托紅外熱波無損檢測技術(shù)，改用超聲波進(jìn)行激勵(lì)的新型無損檢測技術(shù)。該技術(shù)主要是通過主動(dòng)對(duì)被檢測物進(jìn)行超聲波激勵(lì)，使得被檢測物的表面溫度場發(fā)生變化，然后利用紅外熱像儀進(jìn)行監(jiān)測記錄，并通過現(xiàn)代圖像技術(shù)處理來獲得必要的檢測信息和診斷信息。該技術(shù)對(duì)檢測疲勞裂紋、復(fù)合材料脫粘等接觸界面類型缺陷效果明顯，可以很好地解決零部件缺陷的識(shí)別問題。該技術(shù)主要的設(shè)備包含超聲脈沖激勵(lì)裝置、微型處理器、紅外熱像采集裝置和其他輔助裝置。超聲脈沖激勵(lì)裝置包含超聲控制器、超聲波發(fā)射裝置和其他輔助設(shè)備。
[0004]超聲激勵(lì)效果對(duì)于超聲紅外檢測技術(shù)是至關(guān)重要的。效果的好壞，能夠直接左右檢測結(jié)果的可靠性。在該超聲脈沖激勵(lì)實(shí)驗(yàn)中，激勵(lì)頻率、激勵(lì)功率、激勵(lì)時(shí)間、變幅桿與被檢試件之間的壓緊力、激勵(lì)位置和其他參數(shù)等都對(duì)激勵(lì)效果有很大的影響。目前已有設(shè)計(jì)出手控式調(diào)整激勵(lì)參數(shù)的超聲脈沖激勵(lì)裝置，但受主觀影響因素太大，不能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得可靠的實(shí)驗(yàn)參數(shù)以保證最佳檢測效果。本文發(fā)明專利涉及一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置，可保證在較短時(shí)間內(nèi)獲得可靠的實(shí)驗(yàn)參數(shù)以達(dá)到最佳的檢測效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置，采用信息反饋的原理，以解決上述【背景技術(shù)】中存在的，實(shí)驗(yàn)最佳參數(shù)不能快速確定，不能夠快速獲得最佳激勵(lì)效果的技術(shù)問題。
[0006]一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置，該裝置包括超聲控制器和超聲槍多自由度底座；超聲控制器包括超聲控制器控制面板和超聲控制器內(nèi)部功能模塊；超聲控制器控制面板包括電源開關(guān)(I)、自動(dòng)/手動(dòng)模式開關(guān)按鈕(2)、超聲脈沖激勵(lì)頻率調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏
(3)、超聲脈沖激勵(lì)功率調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(4)、超聲脈沖激勵(lì)時(shí)間調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(5)、超聲槍變幅桿與被測試件(6)之間的壓緊力調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(7);超聲控制器內(nèi)部功能模塊包括四大模塊，分別為參數(shù)手控模塊(8)、參數(shù)自控模塊(9)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11);超聲控制器通過電源開關(guān)(I)給電路板上電，選取自動(dòng)/手動(dòng)模式，根據(jù)相應(yīng)模式調(diào)節(jié)各實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并啟動(dòng)各模塊工作；其中，各參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕及顯示屏均和參數(shù)手控模塊(8)相連接；超聲控制器的主要功能分為兩部分，一是將工業(yè)交流電轉(zhuǎn)換為所需高頻低壓交流電，為超聲槍換能器提供轉(zhuǎn)換能量；二是通過反饋獲取即時(shí)實(shí)驗(yàn)參數(shù)并判斷、確定出最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)；參數(shù)手控模塊(8)包括頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊，參數(shù)手控模塊(8)主要功能是手動(dòng)調(diào)節(jié)獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)；所述的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括激勵(lì)時(shí)間、激勵(lì)頻率、激勵(lì)功率和超聲槍與試件之間的壓緊力；參數(shù)自控模塊(9)主要是根據(jù)已有數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)修正，達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)效果的模塊；參數(shù)反饋模塊(10)主要是根據(jù)搜集目前設(shè)備工作參數(shù)和檢測結(jié)果來評(píng)估和判決下一步設(shè)備的工作參數(shù)；數(shù)據(jù)存取模塊(11)的功能則是存儲(chǔ)和調(diào)取已有最佳組合的實(shí)驗(yàn)參數(shù)；
超聲槍多自由度底座包含移動(dòng)車輪(12)、底盤(13)、平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)、高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)、角度俯仰架及其輔助機(jī)構(gòu)(16)、超聲槍卡具(17)和底座控制面板(18)，主要用于固定超聲槍(19)的方向和位置；其上是底盤(13)下面是移動(dòng)車輪
(12)，底盤(13)前表面有底座控制面板(18)，底座控制面板(18)分別連接平面旋轉(zhuǎn)、高度上升及角度俯仰三大驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在底盤(13)上放置平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)，在平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)上放置有高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)，高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)上部是角度俯仰架及其輔助機(jī)構(gòu)(16)和超聲槍卡具(17);其中超聲槍卡具(17)包含伺服電機(jī)(20)、絲杠(21)和螺紋裝卡筒(22)，伺服電機(jī)(20)可帶動(dòng)絲杠(21)使與絲杠(21)相旋合的螺紋裝卡筒(22)內(nèi)外伸縮。
[0007]該超聲脈沖激勵(lì)裝置、紅外熱像儀(23)及微型處理器(24)是相對(duì)具有封閉性和整體性的。每一部分裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)都不可缺少，否則無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；同時(shí)每一部分裝置產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)可以相互交流，超聲脈沖激勵(lì)裝置在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要從微型處理器(24)(實(shí)驗(yàn)軟件)獲取紅外熱像儀(23)傳來的經(jīng)過處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，微型處理器(24)可以獲取超聲脈沖激勵(lì)裝置的最佳工作參數(shù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。
[0008]該超聲控制器的參數(shù)反饋模塊(10)連接微型處理器(24)、參數(shù)手控模塊(8)、數(shù)據(jù)存取模塊(I I)和參數(shù)自控模塊(9 )。參數(shù)反饋模塊(10 )通過反饋輸入線(25 )獲取一組實(shí)驗(yàn)參數(shù)及其獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并由綜合評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估，來判斷激勵(lì)效果是否達(dá)到最佳范圍，最后將最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)組合自動(dòng)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存取模塊(11)中；參數(shù)自控模塊(9)連接數(shù)據(jù)存取模塊(11)、參數(shù)反饋模塊(10 )和參數(shù)手控模塊(8 )，參數(shù)自控模塊(9 )通過數(shù)據(jù)存取模塊(11)獲得初始最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)值，然后利用參數(shù)反饋模塊(10)來快速獲得最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
[0009]—種基于自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置的控制方法，控制方法分為手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式；自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置與微型處理器(24)相連接，微型處理器(24)與紅外熱像儀(23)相連接。
[0010]手動(dòng)控制模式:超聲控制器參數(shù)手控模塊(8)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11)參與工作；在超聲控制器面板上，有頻率調(diào)節(jié)旋鈕、功率調(diào)節(jié)旋鈕、時(shí)間調(diào)節(jié)旋鈕、變幅桿與被測試件之間的壓緊力調(diào)節(jié)旋鈕，手動(dòng)調(diào)節(jié)后，模塊讀取所設(shè)定的參數(shù)，然后通過該模塊內(nèi)部各子模塊輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座，由此實(shí)現(xiàn)超聲槍發(fā)射設(shè)定頻率、功率、激勵(lì)時(shí)間的超聲波，與此同時(shí)，參數(shù)反饋模塊(10)也讀取所設(shè)定的參數(shù)，并從微處理器(24)接收紅外熱像儀(23)所獲得的經(jīng)處理的激勵(lì)數(shù)據(jù)，該模塊進(jìn)行分析與評(píng)估后，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11)。[0011 ]自動(dòng)控制模式:參數(shù)自控模塊(9 )、參數(shù)手控模塊(8 )、參數(shù)反饋模塊(10 )和數(shù)據(jù)存取模塊(11)同時(shí)工作。
[0012]步驟一、在超聲控制器面板下選擇自動(dòng)控制模式，參數(shù)反饋模塊(10)從數(shù)據(jù)存取模塊(11)讀取一組已有的最佳工作參數(shù)組合作為最初的工作參數(shù)并傳遞給參數(shù)自動(dòng)模塊
(9)；
步驟二、經(jīng)過參數(shù)自控模塊(9)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將信號(hào)傳遞給參數(shù)手控模塊(8)的電路轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過參數(shù)手控模塊(8)內(nèi)的各子模塊的控制，輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座；
步驟三、參數(shù)反饋模塊(10)接收激勵(lì)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過分析和評(píng)估，判斷是否已達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，若達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，則停止進(jìn)一步的激勵(lì)，并將該數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存取模塊(11);若未達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，則給出修正的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并傳遞給參數(shù)自控模塊(9)；
步驟四、重復(fù)步驟一至三的過程，直至達(dá)到最佳激勵(lì)效果；達(dá)到要求后，將該參數(shù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11)，并停止工作。
[0013]所述的各子模塊包括頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊。
[0014]頻率控制子模塊用來控制輸出頻率大小，功率控制子模塊用來控制輸出功率大小，時(shí)間控制子模塊用來控制輸出時(shí)間長短，變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊是控制變幅桿與被檢試樣間的壓緊力的大小。
[0015]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:采用超聲控制器和超聲槍多自由度底座組成的裝置。超聲控制器在原有參數(shù)手控模塊(8)(包含頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊等主要模塊和其他輔助模塊)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)增加參數(shù)反饋模塊(10)、參數(shù)自控模塊(9)、數(shù)據(jù)存取模塊(11)。其中參數(shù)反饋模塊(10)主要功能是在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，搜集目前設(shè)備工作參數(shù)和檢測結(jié)果來評(píng)估和判決下一步設(shè)備的工作參數(shù)；數(shù)據(jù)存取模塊(11)塊則主要是輸出設(shè)備自帶已有的最佳工作參數(shù)組合和存儲(chǔ)從參數(shù)反饋模塊(10)寫入的最佳工作參數(shù)組合；參數(shù)自控模塊(9)則是和參數(shù)手控模塊(8)相對(duì)應(yīng)的模塊，通過參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11)的協(xié)助，能夠自動(dòng)矯正設(shè)備工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制設(shè)備工作、快速獲取實(shí)際最佳工作參數(shù)的功能。超聲控制器具有手動(dòng)/自動(dòng)雙模式控制實(shí)驗(yàn)參數(shù)的功能。在手動(dòng)模式下，超聲控制器參數(shù)手控模塊(8)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11)參與工作。在超聲控制器面板上，有頻率調(diào)節(jié)旋鈕、功率調(diào)節(jié)旋鈕、時(shí)間調(diào)節(jié)旋鈕、變幅桿與被測試件之間的壓緊力調(diào)節(jié)旋鈕，手動(dòng)調(diào)節(jié)后，模塊讀取所設(shè)定的參數(shù)，然后通過該模塊內(nèi)部各子模塊(頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊等)輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座，由此實(shí)現(xiàn)超聲槍發(fā)射設(shè)定頻率、功率、激勵(lì)時(shí)間的超聲波，與此同時(shí)，參數(shù)反饋模塊(10)也讀取所設(shè)定的參數(shù)，并從微處理器(24)接收紅外熱像儀(23)所獲得的經(jīng)處理的激勵(lì)數(shù)據(jù)(激勵(lì)效果)，該模塊進(jìn)行分析與評(píng)估后，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11)。該模式適用于實(shí)驗(yàn)人員比較熟悉被測試件所需激勵(lì)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)的情況。在自動(dòng)控制模式下，參數(shù)自控模塊(9)、參數(shù)手控模塊(8)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11)同時(shí)工作，但參數(shù)手控模塊(8)的手動(dòng)設(shè)定部分停止工作。在超聲控制器面板下選擇自動(dòng)控制模式，參數(shù)反饋模塊(10)從數(shù)據(jù)存取模塊(11)讀取一組已有的最佳工作參數(shù)組合作為最初的工作參數(shù)并傳遞給參數(shù)自動(dòng)模塊(9)，然后經(jīng)過參數(shù)自控模塊(9)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將信號(hào)傳遞給參數(shù)手控模塊(8)的電路轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過參數(shù)手控模塊
(8)內(nèi)的各子模塊(頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊等)的控制，輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座。然后參數(shù)反饋模塊(10)接收激勵(lì)數(shù)據(jù)(激勵(lì)效果)，并經(jīng)過分析和評(píng)估，判斷是否已達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，若達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，則停止進(jìn)一步的激勵(lì)，并將該數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存取模塊(11)，若未達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，則給出修正的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并傳遞給參數(shù)自控模塊(9)，重復(fù)上述的過程，直至達(dá)到要求。達(dá)到要求后，將該參數(shù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11)，并停止工作。
[0016]超聲槍多自由度底座，包含底座控制面板(18)、移動(dòng)車輪(12)、底盤(13)、平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)、高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)、角度俯仰架及其輔助機(jī)構(gòu)(16)、超聲槍卡具(17)。其中超聲槍卡具(17)包含伺服電機(jī)(20)、絲杠(21)和螺紋裝卡筒(22)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，把超聲槍多自由度底座移至合適的位置并固定，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整三大旋轉(zhuǎn)架的方位，然后接收從超聲控制器傳來的壓緊力控制信號(hào)，從而控制伺服電機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)角位移，進(jìn)而帶動(dòng)絲杠(21)，推動(dòng)螺紋裝卡筒(22)向前移動(dòng)，獲得設(shè)定的壓緊力。壓緊力可以通過放置在超聲槍卡具前端的力傳感器來測量，當(dāng)壓緊力不合適時(shí)，該力傳感器將所測值傳輸給超聲控制器，以便觀測和修正。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:能夠解決傳統(tǒng)手持式超聲脈沖激勵(lì)裝置激勵(lì)效果差、達(dá)到最佳激勵(lì)效果所用時(shí)間長的缺點(diǎn)，同時(shí)新設(shè)計(jì)的超聲槍多自由度底座能夠滿足實(shí)際使用的需求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置及其工作鏈?zhǔn)疽鈭D；
圖2為超聲控制器控制面板示意圖；
圖3為超聲控制器內(nèi)部模塊示意圖；
圖4為參數(shù)反饋模塊的工作原理示意圖；
圖5為超聲槍多自由度底座三維設(shè)計(jì)簡圖；
圖6為超聲槍卡具意圖；
圖7為超聲槍多自由度底座內(nèi)部驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明的形狀、構(gòu)造以及特點(diǎn)能夠更好地被理解，以下將列舉較佳實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0020]本發(fā)明提供一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置，其原理是利用信息反饋原理，通過設(shè)備的評(píng)估快速獲取最佳的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而獲得最佳的激勵(lì)效果。該裝置包括超聲控制器、超聲槍以及超聲槍多自由度底盤。其中，超聲控制器主要包括參數(shù)手控模塊(8 )、參數(shù)自控模塊(9)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11)。其中，參數(shù)手控模塊(8)包含頻率控制模塊、功率控制模塊、時(shí)間控制模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓力模塊、電源變壓器、整流濾波器、功率放大器等部件；參數(shù)自控模塊(9)包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理器、數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)輸送模塊；參數(shù)反饋模塊(10)包括反饋輸入線(25)、數(shù)據(jù)評(píng)估及判斷微處理器、數(shù)據(jù)讀取模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊；數(shù)據(jù)存取模塊(11)包括存儲(chǔ)卡和數(shù)據(jù)寫入模塊。其中，參數(shù)反饋模塊
(10)和參數(shù)自控模塊(9)主要是通過寫有固定程序的單片機(jī)完成。
[0021]超聲控制器主要通過各模塊之間的信息交流，完成兩種模式下的超聲發(fā)射控制。超聲控制器擁有參數(shù)手控和參數(shù)自控模式。參數(shù)手控模式是手動(dòng)調(diào)節(jié)儀器面板上的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。參數(shù)手控模塊(8)包含頻率控制模塊、功率控制模塊、時(shí)間控制模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓力模塊等子模塊。在電路中包含計(jì)數(shù)器、整流濾波器、功率放大器(場效應(yīng)管)、變壓器和A/D采集器等元器件，以調(diào)節(jié)時(shí)間、頻率、功率和壓力等參數(shù)。通過變壓器和整流濾波器使接入電路的工業(yè)電壓轉(zhuǎn)換為45V的直流電，通過功率放大器后形成45V高頻交流電輸出。通過控制計(jì)數(shù)器的工作時(shí)間來控制整個(gè)電路的工作時(shí)間，也即激勵(lì)時(shí)間。通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器和重力傳感器來進(jìn)行壓力采集和顯示，同時(shí)通過反饋控制超聲槍卡具(17)進(jìn)行力的大小調(diào)整。參數(shù)自控模式是通過設(shè)備的自動(dòng)控制，獲得最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)的過程。參數(shù)自控模塊(9)是和參數(shù)手動(dòng)模塊(8)、參數(shù)反饋模塊(10)、數(shù)據(jù)存取模塊(11)協(xié)同工作的。當(dāng)設(shè)備切至參數(shù)自控模式，設(shè)備進(jìn)入自控狀態(tài)。剛開始工作的設(shè)備從數(shù)據(jù)存取模塊(11)調(diào)取初始最佳參數(shù)，通過參數(shù)反饋模塊(10 )傳遞給參數(shù)自控模塊(9 )，然后經(jīng)過參數(shù)自控模塊(9 )的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將信號(hào)傳遞給參數(shù)手控模塊(8)的電路轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過參數(shù)手控模塊(8)內(nèi)的各子模塊(頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊等)的控制，輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座。然后參數(shù)反饋模塊(10)會(huì)接收紅外熱像儀(23)獲得的激勵(lì)數(shù)據(jù)(實(shí)驗(yàn)結(jié)果)，經(jīng)過該模塊的綜合評(píng)估系統(tǒng)評(píng)估，來判決下一步的動(dòng)作。若激勵(lì)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳范圍，則停止工作，并將該數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11)，否則判決下一步的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并傳送給參數(shù)自控模塊(9 )進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后重復(fù)上述過程以最終獲得最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)。在獲取最佳參數(shù)后，系統(tǒng)將該最佳參數(shù)組合寫入數(shù)據(jù)存取模塊(11)以便被下一個(gè)被檢試件或下次實(shí)驗(yàn)所調(diào)用。
[0022]超聲槍多自由度底座，包含底座控制面板(18)、移動(dòng)車輪(12)、底盤(13)、平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)、高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)、角度俯仰架及其輔助機(jī)構(gòu)(16)、超聲槍卡具(17 )。其中，超聲槍卡具(17 )包含伺服電機(jī)(20 )、絲杠(21)和螺紋裝卡筒(22 )。
[0023]超聲槍多自由度底座可以通過移動(dòng)車輪(12)和底盤(13)來進(jìn)行移動(dòng)和固定,通過平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)進(jìn)行XY面(水平面)的方向變化，通過高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)來實(shí)現(xiàn)Z軸方向的高度，通過角度俯仰架及輔助機(jī)構(gòu)(16)來實(shí)現(xiàn)YZ面(豎直面)的方向變化。超聲槍多自由度底座的控制面板(18)為此三維方位的改變提供控制按鈕，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)控制按鈕啟動(dòng)各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來改變超聲槍的方位。超聲槍卡具(17)通過螺紋裝卡筒(22)和超聲槍螺紋裝配，以伺服電機(jī)(20)帶動(dòng)絲杠(21)使螺紋裝卡筒(22)伸縮，從而可以使超聲槍獲得較為穩(wěn)定的裝卡力，使變幅桿和被檢試樣之間的滑移降到最低。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將超聲槍多自由度底座移至合適的位置并固定，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整三大旋轉(zhuǎn)架的方位，然后接收從超聲控制器傳來的壓緊力控制信號(hào)，從而控制伺服電機(jī)(20)旋轉(zhuǎn)角位移，進(jìn)而帶動(dòng)絲杠(21)，推動(dòng)螺紋裝卡筒(22)向前移動(dòng)，獲得設(shè)定的壓緊力。
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置，其特征在于:該裝置包括超聲控制器和超聲槍多自由度底座；超聲控制器包括超聲控制器控制面板和超聲控制器內(nèi)部功能模塊；超聲控制器控制面板包括電源開關(guān)(I )、自動(dòng)/手動(dòng)模式開關(guān)按鈕(2)、超聲脈沖激勵(lì)頻率調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(3)、超聲脈沖激勵(lì)功率調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(4)、超聲脈沖激勵(lì)時(shí)間調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(5)、超聲槍變幅桿與被測試件(6)之間的壓緊力調(diào)節(jié)旋鈕及其顯示屏(7);超聲控制器內(nèi)部功能模塊包括四大模塊，分別為參數(shù)手控模塊(8)、參數(shù)自控模塊(9)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11);超聲控制器通過電源開關(guān)(I)給電路板上電，選取自動(dòng)/手動(dòng)模式，根據(jù)相應(yīng)模式調(diào)節(jié)各實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并啟動(dòng)各模塊工作；其中，各參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕及顯示屏均和參數(shù)手控模塊(8)相連接；超聲控制器的主要功能分為兩部分，一是將工業(yè)交流電轉(zhuǎn)換為所需高頻低壓交流電，為超聲槍換能器提供轉(zhuǎn)換能量；二是通過反饋獲取即時(shí)實(shí)驗(yàn)參數(shù)并判斷、確定出最佳實(shí)驗(yàn)參數(shù)；參數(shù)手控模塊(8)的主要功能是手動(dòng)調(diào)節(jié)獲取實(shí)驗(yàn)參數(shù)，所述的實(shí)驗(yàn)參數(shù)包括激勵(lì)時(shí)間、激勵(lì)頻率、激勵(lì)功率和超聲槍與試件之間的壓緊力；參數(shù)自控模塊(9)主要是根據(jù)已有數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)修正，達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)效果的模塊；參數(shù)反饋模塊(10)主要是根據(jù)搜集目前設(shè)備工作參數(shù)和檢測結(jié)果來評(píng)估和判決下一步設(shè)備的工作參數(shù)；數(shù)據(jù)存取模塊(11)的功能則是調(diào)取和存儲(chǔ)已有最佳組合的實(shí)驗(yàn)參數(shù)；超聲槍多自由度底座包含移動(dòng)車輪(12)、底盤(13)、平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)、高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)、角度俯仰架及其輔助機(jī)構(gòu)(16)、超聲槍卡具(17)和底座控制面板(18),主要用于固定超聲槍(19)的方向和位置；超聲槍多自由度底座底盤(13)下面是移動(dòng)車輪(12)，底盤(13)前表面有底座控制面板(18)，底座控制面板(18)分別連接平面旋轉(zhuǎn)、高度上升及角度俯仰三大驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，底盤(13)上放置平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)，平面旋轉(zhuǎn)架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(14)上放置有高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)，高度上升架及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(15)上部是角度俯仰架及其輔助機(jī)構(gòu)(16)和超聲槍卡具(17);其中超聲槍卡具(17)包含伺服電機(jī)(20)、絲杠(21)和螺紋裝卡筒(22)，伺服電機(jī)(20)可帶動(dòng)絲杠(21)使與絲杠(21)相旋合的螺紋裝卡筒(22)內(nèi)外伸縮。
2.一種基于如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置的控制方法，其特征在于:控制方法分為手動(dòng)控制模式和自動(dòng)控制模式；自適應(yīng)超聲脈沖激勵(lì)裝置與微型處理器(24)相連接，微型處理器(24)與紅外熱像儀(23)相連接； 手動(dòng)控制模式:超聲控制器參數(shù)手控模塊(8)、參數(shù)反饋模塊(10)和數(shù)據(jù)存取模塊(11)參與工作；在超聲控制器面板上，有頻率調(diào)節(jié)旋鈕、功率調(diào)節(jié)旋鈕、時(shí)間調(diào)節(jié)旋鈕、變幅桿與被測試件之間的壓緊力調(diào)節(jié)旋鈕，手動(dòng)調(diào)節(jié)后，模塊讀取所設(shè)定的參數(shù)，然后通過該模塊內(nèi)部各子模塊輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座，由此實(shí)現(xiàn)超聲槍發(fā)射設(shè)定頻率、功率、激勵(lì)時(shí)間的超聲波，與此同時(shí)，參數(shù)反饋模塊(10)也讀取所設(shè)定的參數(shù)，并從微處理器(24)接收紅外熱像儀(23)所獲得的經(jīng)處理的激勵(lì)數(shù)據(jù)，該模塊進(jìn)行分析與評(píng)估后，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11); 自動(dòng)控制模式:參數(shù)自控模塊(9 )、參數(shù)手控模塊(8 )、參數(shù)反饋模塊(10 )和數(shù)據(jù)存取模塊(11)同時(shí)工作； 步驟一、在超聲控制器面板下選擇自動(dòng)控制模式，參數(shù)反饋模塊(10)從數(shù)據(jù)存取模塊(11)讀取一組已有的最佳工作參數(shù)組合作為最初的工作參數(shù)并傳遞給參數(shù)自動(dòng)模塊(9)； 步驟二、經(jīng)過參數(shù)自控模塊(9)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將信號(hào)傳遞給參數(shù)手控模塊(8)的電路轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過參數(shù)手控模塊(8)內(nèi)的各子模塊的控制，輸出符合設(shè)定參數(shù)的高頻交流電及信號(hào)，并將之傳輸給超聲槍及其多自由度底座； 步驟三、參數(shù)反饋模塊(10)接收激勵(lì)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過分析和評(píng)估，判斷是否已達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，若達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，則停止進(jìn)一步的激勵(lì)，并將該數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)存取模塊(11);若未達(dá)到最佳激勵(lì)效果的范圍，則給出修正的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并傳遞給參數(shù)自控模塊(9)； 步驟四、重復(fù)步驟一至三的過程，直至達(dá)到最佳激勵(lì)效果；達(dá)到要求后，將該參數(shù)存入數(shù)據(jù)存取模塊(11)，并停止工作； 所述的各子模塊包括 頻率控制子模塊、功率控制子模塊、時(shí)間控制子模塊、變幅桿與被檢試樣間的壓緊力子模塊。
【文檔編號(hào)】G01N29/34GK103940915SQ201410195593
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】曹星照, 張衛(wèi)冬, 楊斌, 艾軼博 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)