一种金属零件腔内螺母的防漏检测装置

技术领域

本发明涉及腔内防漏检测领域，尤其涉及一种金属零件腔内螺母的防漏检测装置。

背景技术

泄漏检测是一种用于确定系统或设备中是否存在泄漏的技术，这种技术通常用于检测气体、液体或蒸气的泄漏，螺母连接作为常用的连接方式被应用在各类场景，但螺母连接由于其特定的连接方式在振动工作环境下容易出现松动而泄漏，尤其是在腔体结构内设置的螺母，对于泄漏的检测带来了困难，相关的检测设备也被人们所重视。

例如，中国专利公开号：CN115561830A，公开了一种腔体内螺母防漏检测机构，包括内腔件以及检测块，内腔件的内部设有待检测螺母，内腔件的下方安装有检测块，检测块的上端面开设有伸缩槽，伸缩槽的下端面开设有伸缩孔，伸缩槽的中间设有圆柱，圆柱的上端面固定连接有连接块，圆柱的侧面环绕有弹簧，连接块的上端面固定连接有伸缩圆柱；有益效果为：本发明提出一种腔体内螺母防漏检测机构对传统的腔体内螺母检测进行优化，使其更方便检测。

但是，现有技术中还存在以下问题，

现有技术中，对空腔内螺母是否紧锢或是否发生泄露的检测效率较低，对不同形态的零件检测时存在局限，并且在对大批量产品进行检测时存在局限。

发明内容

为解决检测效率较低，对不同形态的零件检测时存在局限，并且在对大批量产品进行检测时存在局限，本发明提供一种金属零件腔内螺母的防漏检测装置，包括，

运输模块，包括用以运输待检测金属零件的传送带

敲击模块，其设置在所述运输模块一侧，包括机械臂以及设置在所述机械臂上的用以对待检测金属零件表面进行敲击的敲击单元；

检测模块，其包括设置在所述敲击模块一侧的用以检测金属零件被敲击所发出声音的收音单元；

控制模块，其与所述敲击模块以及检测模块连接，包括控制单元、调整单元以及分析单元；

所述控制单元用以基于待检测金属零件的空腔体积以及尺寸参数计算结构表征系数，基于所述结构表征系数确定对所述待检测金属零件敲击力度，基于所述尺寸参数确定敲击部位，并控制敲击模块以对应敲击力度敲击所述待检测金属零件的对应敲击部位；

所述调整单元用以在第一预设条件下获取所述收音单元所检测的音频信号，并基于所述音频信号构建第一音频信号时域波形图像，基于所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度判定是否需调整所述敲击单元的敲击力度，并控制所述敲击模块调整敲击力度后敲击所述待检测金属零件；

以及，在第二预设条件下，获取所述收音单元所检测音频信号，基于所述音频信号构建第二音频信号时域波形图像；

所述分析单元用以选择第一音频信号时域波形图像或第二音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合，获取拟合度，在拟合度大于预定拟合度阈值时判定待检测金属零件存在异常

所述第一预设条件为所述敲击单元对所述待检测金属零件进行首次敲击过程中；

所述第二预设条件为调整所述敲击单元的敲击力度以及敲击位置对所述待检测金属零件进行再次敲击过程中。

进一步地，所述控制单元基于待检测金属零件的空腔体积以及尺寸参数根据公式(1)计算结构表征系数，其中，尺寸参数包括所述待检测金属零件的最大宽度以及最大高度，

公式(1)中，E表示结构表征系数，V表示待检测金属零件的空腔体积，V0表示预设空腔体积对比系数，H表示所述待检测金属零件的最大高度，D表示所述待检测金属零件的最大宽度，S0表示预设面积对比参量。

进一步地，所述控制单元基于待检测金属零件的结构表征系数确定对所述待检测金属零件的敲击力度，其中，

所述控制单元内设置有若干基于所述金属零件的结构表征系数确定对所述待检测金属零件的敲击力度的确定方式，各所述确定方式所确定的敲击力度不同。

进一步地，所述控制单元基于所述尺寸参数确定敲击部位，其中，

所述敲击部位在所述待检测金属零件的表面且距离所述待检测金属零件在虚拟坐标系中Y轴方向最大坐标点，X轴方向的最大坐标点，Z轴方向的最大坐标点的距离处在预定距离阈值内。

进一步地，所述调整单元所构建的第一音频信号时域波形图像以及第二音频信号时域波形图像中横坐标均为时间，纵坐标均为音频信号的强度。

进一步地，所述调整单元基于所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度判定是否需调整所述敲击单元的敲击力度，其中，

所述调整单元将所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度与预设的高度对比阈值进行对比，

在预设对比条件下，所述调整单元判定需调整所述敲击单元的敲击力度以及敲击位置；

所述预设对比条件为所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度小于预设的高度对比阈值。

进一步地，所述调整单元控制所述敲击模块调整敲击力度，其中，

所述调整单元内设置有若干基于所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度控制所述敲击模块调整敲击力度的调整方式，各所述调整方式对所述敲击力度的调整量不同。

进一步地，所述调整单元选择第一音频信号时域波形图像或第二音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合，其中，

若所述调整单元未调整所述敲击单元的敲击力度，则所述调整单元选择第一音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合；

若所述调整单元已调整所述敲击单元的敲击力度，则所述调整单元选择第二音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合。

进一步地，所述分析单元根据公式(2)计算拟合度，

公式(2)中，C表示拟合度，C1表示所选择音频信号时域波形图像对应的波形变化参数，C2表示样本音频信号时域波形图像对应的波形变化参数，C0表示标准波形变化参数差异量，R表示所选择音频信号时域波形图像与样本音频图像时域波形图像的相关系数；

所述分析单元根据公式(3)求解波形变化参数，

C表示波形变化参数，f1(i+1)表示时域波形图像中第i+1个波峰的高度，f2(i)表示时域波形图像中第i个波峰的高度，n表示时域波形图像中波峰的数量。

进一步地，还包括提示单元，用以在所述分析单元判定待检测金属零件出现异常时发出警示。

与现有技术相比，本发明通过设置运输模块、敲击模块、检测模块以及控制模块，通过运输模块运输待检测金属零件，通过敲击模块完成对待检测金属零件的敲击，通过检测模块完成敲击时所产生声音的采集，通过控制模块基于待检测金属零件的空腔体积以及尺寸参数计算结构表征系数，基于结构表征系数确定对所述待检测金属零件敲击力度，并且，基于所检测的音频信号生成第一音频信号时域波形图像，在第一音频信号时域波形图像不符合预设标准时调整敲击力度，通过所检测的音频信号构建第二音频信号时域波形图像，使得第二音频信号时域波形图像更具表征性，数据特征更明显，通过音频信号时域波形图像与样本音频信号时域波形图像的拟合度判定待检测金属零件是否存在异常，通过上述过程，本发明提高了检测效率，适用于不同形态的金属零件的检测，且检测可靠性较高。

尤其，本发明通过检测金属零件的结构表征系数确定对所述待检测金属零件的敲击力度，结构表征系数表征了金属零件的空腔体积与整体尺寸，在实际情况中，不同尺寸下的金属零件被敲击的反馈是不同的，空腔体积较大时，需要设定更大的敲击力度，进而使得基于敲击所获取音频信号构建的时域波形图像的中波峰更明显，便于后续的拟合计算，并且，避免敲击力度过小使得所构建的时域波形图像中波峰特征不明显导致异常特征被覆盖，减小检测精度。

尤其，本发明基于第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度判定是否需调整敲击单元的敲击力度，第一音频信号时域波形图像为初次敲击所得，在实际情况中可能出现第一音频信号时域波形图像中波峰特征不明显的情况，在实际情况中，若待检测金属零件的空腔内设置的密封螺母松动或掉落发生泄漏后会影响敲击的音频信号进而体现在音频信号时域波形图像中，但是，若音频信号时域波形图像中波形特征不明显，会导致异常特征被掩盖，导致检测降低，因此，本发明通过上述措施提高检测精度。

尤其，本发明通过控制模块完成数据拟合，数据计算快速，能够快速得出结果，由于音频信号时域波形图像中波峰高度是逐渐书傲剑的，因此，波形变化参数具备一定的数据表征性，同时考虑了时域波形图像的相关系数，确保拟合可靠性，进而，通过上述步骤，使得本发明能适用于不同形态的金属零件的检测，且检测可靠性较高。

附图说明

图1为发明实施例的金属零件腔内螺母的防漏检测装置结构示意框图；

图2为发明实施例的控制模块逻辑流程简图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1以及图2所示，图1为本发明实施例的金属零件腔内螺母的防漏检测装置结构示意框图，图2为发明实施例的控制模块逻辑流程简图，本发明的金属零件腔内螺母的防漏检测装置，包括，

运输模块，包括用以运输待检测金属零件的传送带

敲击模块，其设置在所述运输模块一侧，包括机械臂以及设置在所述机械臂上的用以对待检测金属零件表面进行敲击的敲击单元；

检测模块，其包括设置在所述敲击模块一侧的用以检测金属零件被敲击所发出声音的收音单元；

控制模块，其与所述敲击模块以及检测模块连接，包括控制单元、调整单元以及分析单元；

所述控制单元用以基于待检测金属零件的空腔体积以及尺寸参数计算结构表征系数，基于所述结构表征系数确定对所述待检测金属零件敲击力度，基于所述尺寸参数确定敲击部位，并控制敲击模块以对应敲击力度敲击所述待检测金属零件的对应敲击部位；

所述调整单元用以在第一预设条件下获取所述收音单元所检测的音频信号，并基于所述音频信号构建第一音频信号时域波形图像，基于所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度判定是否需调整所述敲击单元的敲击力度，并控制所述敲击模块调整敲击力度后敲击所述待检测金属零件；

以及，在第二预设条件下，获取所述收音单元所检测音频信号，基于所述音频信号构建第二音频信号时域波形图像；

所述分析单元用以选择第一音频信号时域波形图像或第二音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合，获取拟合度，在拟合度大于预定拟合度阈值时判定待检测金属零件存在异常

所述第一预设条件为所述敲击单元对所述待检测金属零件进行首次敲击过程中；

所述第二预设条件为调整所述敲击单元的敲击力度以及敲击位置对所述待检测金属零件进行再次敲击过程中。

具体而言，空前体积以及尺寸参数可预先输入至控制模块中，此处不再赘述。

具体而言，本发明对敲击单元的具体结构不做限定，例如，其可以包括滑轨、设置在滑轨上能沿滑轨移动的移动机构以及设置在移动机构上的敲击锤，移动机构内设置有电机，能够驱动移动机构在滑轨上移动，进而带动敲击锤撞击待检测金属零件，通过调整电机的功率能够调整撞击力度，当然，敲击单元也可以采用其他结构，此处不再赘述。

具体而言，本发明对收音单元的具体结构不做限定，其可以是能够满足对应功能的受音器，此为现有技术，不再赘述。

具体而言，本发明对控制模块的具体结构不做限定，其本身或其中的各单元可以是由逻辑部件构成，逻辑部件包括现场可编程部件、计算机或计算机中的微处理器等。

具体而言，本发明对机械臂的具体结构不做限定，本领域技术人员可根据具体需要设定机械臂的自由度，此处不再赘述。

具体而言，在本实施例中，样本音频信号时域波形图像为预先获得，其中，对空腔内密封良好的金属零件进行敲击，获取音频信号，并对应构建样本音频信号时域波形图像。

具体而言，分析单元内设置有数据库，用以存储样本音频信号时域波形图像，数据库中的样本音频时域波形图像可以有多个，分别对应不同敲击力度时所获取的样本音频时域波形图像，在进行拟合时，可以选用最接近的敲击力度对应的样本音频时域波形图像作为拟合对象。

具体而言，所述控制单元基于待检测金属零件的空腔体积以及尺寸参数根据公式(1)计算结构表征系数，其中，尺寸参数包括所述待检测金属零件的最大宽度以及最大高度，

公式(1)中，E表示结构表征系数，V表示待检测金属零件的空腔体积，V0表示预设空腔体积对比系数，H表示所述待检测金属零件的最大高度，D表示所述待检测金属零件的最大宽度，S0表示预设面积对比参量。

在本实施例中空腔体积对比系数基于获取样本音频信号时域波形图像时所敲击对象的空腔体积VE所确定，设定V0＝αVE，α表示精度系数，0.8＜α＜1.2。

预设面积对比参量基于获取样本音频信号时域波形图像时所敲击对象的最大高度HE以及最大宽度DE所确定，S0＝αHE×DE。

本发明通过检测金属零件的结构表征系数确定对所述待检测金属零件的敲击力度，结构表征系数表征了金属零件的空腔体积与整体尺寸，在实际情况中，不同尺寸下的金属零件被敲击的反馈是不同的，空腔体积较大时，需要设定更大的敲击力度，进而使得基于敲击所获取音频信号构建的时域波形图像的中波峰更明显，便于后续的拟合计算，并且，避免敲击力度过小使得所构建的时域波形图像中波峰特征不明显导致异常特征被覆盖，减小检测精度。

具体而言，所述控制单元基于待检测金属零件的结构表征系数确定对所述待检测金属零件的敲击力度，其中，

所述控制单元内设置有若干基于所述金属零件的结构表征系数确定对所述待检测金属零件的敲击力度的确定方式，各所述确定方式所确定的敲击力度不同。

在本实施例中设置至少三种基于结构表征系数确定敲击力度的调整方式，

所述控制单元将所述结构表征系数E与第一结构表征对比系数E1以及第二结构表征对比系数E2进行对比，

若E＞E2，采用第一确定方式，第一确定方式为所述控制单元将敲击力度确定敲击力度为第一力度值F1

若E1≤E≤E2，采用第二确定方式，第二确定方式为所述控制单元将敲击力度确定敲击力度为第二力度值F2

若E＜E1，采用第三确定方式，第三确定方式为所述控制单元将敲击力度确定敲击力度为第三力度值F3

E1以及E2基于V＝V0，H×D＝S0情况下求解的结构表征系数E0所确定，在本实施例中设定E2＝1.3E0，E1＝0.7E0。

F2在区间[0.3，0.5]内选定，F1以及F3基于F2所确定，设定F1＝1.2F2，F3＝0.8F2。

具体而言，所述控制单元基于所述尺寸参数确定敲击部位，其中，

所述敲击部位在所述待检测金属零件的表面且距离所述待检测金属零件在虚拟坐标系中Y轴方向最大坐标点，X轴方向的最大坐标点，Z轴方向的最大坐标点的距离处在预定距离阈值内。

在本实施例中可通过深度相机获取待检测金属零件的深度图像构建三维模型进而获取对应的坐标点，此为现有技术，不再赘述。

具体而言，所述调整单元所构建的第一音频信号时域波形图像以及第二音频信号时域波形图像中横坐标均为时间，纵坐标均为音频信号的强度。

具体而言，所述调整单元基于所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度判定是否需调整所述敲击单元的敲击力度，其中，

所述调整单元将所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度与预设的高度对比阈值进行对比，

在预设对比条件下，所述调整单元判定需调整所述敲击单元的敲击力度以及敲击位置；

所述预设对比条件为所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度小于预设的高度对比阈值。

所述高度对比阈值基于预先实验所得，其中，敲击结构表征系数为E0的金属零件，并采集音频信号构建音频信号时域波形图像，将所述音频信号时域波形图像中波峰高度的平均值确定为高度对比阈值。

本发明基于第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度判定是否需调整敲击单元的敲击力度，第一音频信号时域波形图像为初次敲击所得，在实际情况中可能出现第一音频信号时域波形图像中波峰特征不明显的情况，在实际情况中，若待检测金属零件的空腔内设置的密封螺母松动或掉落发生泄漏后会影响敲击的音频信号进而体现在音频信号时域波形图像中，但是，若音频信号时域波形图像中波形特征不明显，会导致异常特征被掩盖，导致检测降低，因此，本发明通过上述措施提高检测精度。

具体而言，所述调整单元控制所述敲击模块调整敲击力度，其中，

所述调整单元内设置有若干基于所述第一音频信号时域波形图像中波峰的平均高度控制所述敲击模块调整敲击力度的调整方式，各所述调整方式对所述敲击力度的调整量不同。

具体而言，在本实施例中提供至少三种控制所述敲击模块调整敲击力度的调整方式，其中，

所述调整单元将所述波峰的平均高度L与预设的第一波峰高度对比阈值L1以及第二波峰高度对比阈值L2进行对比，

若L＞L2，采用第一调整方式，第一调整方式为将敲击力度调整至第一调整力度值Fe1，设定Fe1＝F0×γ1；

若L1≤L≤L2，采用第二调整方式，第二调整方式为将敲击力度调整至第二调整力度值Fe2，设定Fe2＝F0×γ2；

若L＜L1，采用第三调整方式，第三调整方式为将敲击力度调整至第三调整力度值Fe3，设定Fe3＝F0×γ3；

其中，F0表示当前敲击力度，γ1表示第一调整系数，γ2表示第二调整系数，γ3表示第三调整系数。

1.1＜γ1＜1.25＜γ2＜1.4＜γ3＜1.55。

L1以及L2基于高度对比阈值HD所设定，L1＝0.6×HD，L2＝0.8HD。

具体而言，所述调整单元选择第一音频信号时域波形图像或第二音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合，其中，

若所述调整单元未调整所述敲击单元的敲击力度，则所述调整单元选择第一音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合；

若所述调整单元已调整所述敲击单元的敲击力度，则所述调整单元选择第二音频信号时域波形图像与预设的样本音频信号时域波形图像进行拟合。

具体而言，所述分析单元根据公式(2)计算拟合度，

公式(2)中，C表示拟合度，C1表示所选择音频信号时域波形图像对应的波形变化参数，C0表示标准波形变化参数差异量，C2表示样本音频信号时域波形图像对应的波形变化参数，R表示所选择音频信号时域波形图像与样本音频图像时域波形图像的相关系数；

所述分析单元根据公式(3)求解波形变化参数，

C表示波形变化参数，f1(i+1)表示时域波形图像中第i+1个波峰的高度，f2(i)表示时域波形图像中第i个波峰的高度，n表示时域波形图像中波峰的数量。

C0为预先测量所得，获取若干无异常的金属零件敲击并获取音频信号时域波形图像，计算各音频信号时域波形图像的波形变化参数与样本音频信号时域波形图像的波形变化参数的差值，并求解各差值的平均值，将所述平均值设定为所述标准波形变化参数差异量。

相关系数R为时域波形拟合时的常用参量，可由下式确定，

R＝cov(f(t),g(t))/(std(f(t))×std(g(t)))

其中，cov表示协方差，std表示标准差，要拟合的时域波形表示为f(t)，已知的目标波形表示为g(t)。

在本实施例中，拟合度阈值在区间[1.4，1.6]内设定。

本发明通过控制模块完成数据拟合，数据计算快速，能够快速得出结果，由于音频信号时域波形图像中波峰高度是逐渐书傲剑的，因此，波形变化参数具备一定的数据表征性，同时考虑了时域波形图像的相关系数，确保拟合可靠性，进而，通过上述步骤，使得本发明能适用于不同形态的金属零件的检测，且检测可靠性较高。

具体而言，还包括提示单元，用以在所述分析单元判定待检测金属零件出现异常时发出警示，提示单元可以是一个语音播报器，以发出语音警示。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。