CN203350230U

CN203350230U - 一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架

Info

Publication number: CN203350230U
Application number: CN 201320360886
Authority: CN
Inventors: 胡宏伟; 彭凌兴; 李雄兵; 王向红; 闫飞飞
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2023-06-24

Abstract

本实用新型公开了一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，包括整体支架、动力组件、运动传递组件、探头支撑组件，动力组件安装在整体支架的上端，探头支撑组件安装在整体支架的下端，水浸超声探头安装在探头支撑组件的探头座上，由伺服电机提供动力源，并通过运动传递组件实现运动的传递和转换。本实用新型可用于具有复杂型面特征构件的水浸超声自动检测，探头可沿A轴和B轴实现任意角度旋转，实现探头姿态的任意调整，同时探头架具有良好的密封性，可适应长期水浸检测。将本探头架与装配到水槽上的X/Y/Z三轴运动机构组合，可实现复杂型面构件水浸超声自动检测时探头位姿的精确控制。

Description

一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架

技术领域

本实用新型涉及一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，可实现探头沿A轴和B轴任意角度旋转及探头位姿的任意调整，特别适用于具有复杂型面特征构件的水浸超声自动检测。

背景技术

超声检测是保障关键零部件制造质量及使用安全的重要手段，具有穿透性强、灵敏度高、检测方便等优点，是最重要的无损检测手段之一。与人工超声探伤相比，水浸超声自动检测具有检测效率高、盲区小、数据易保存和管理等优点，已逐渐在重要工业产品质量检测中得到广泛应用。

在对工件进行超声自动检测时，为能准确采集到超声回波信号，需使得超声探头中心线和工件表面上被检测点的法线方向重合，因此必须精确控制探头相对于工件表面的姿态。传统水浸超声自动检测设备因难以实现探头在A轴和B轴的精确自动定位，而限定了其使用范围。工程实际检测中通常采用手动调节方式实现探头在A轴和B轴定位，由于该方法受操作员技能、探头支撑结构稳定性等因素影响，使得探头定位效率低、难以实现精确定位，并由此导致缺陷回波信号强度下降、分辨率降低。因此，实现探头在A轴和B轴任意角度精确自动定位，对提高水浸超声自动检测质量以及实现具有复杂型面特征构件的水浸超声自动检测具有重要意义。专利ZL201110360344.X公布了一种用于复杂形廓超声扫查的A/B轴，但由于探头支撑架的限制，使得探头不能实现A轴360度旋转，且水浸端传动零部件未密封，因此难以实现长期水浸。西安科技学院魏娟在重型机械期刊中发表了一种超声检测五轴自动扫描系统，采用电机直接驱动的方式实现探头在A轴和B轴的旋转，然而该方法对电机要求高，制造成本昂贵。

实用新型内容

为了解决传统水浸超声自动检测设备探头在A轴和B轴的精确定位、定位效率低、难以实现具有复杂型面特征构件的水浸超声自动检测等技术问题。本实用新型提供了一种可实现探头在A轴和B轴任意角度精确自动定位、探头位姿任意调整、定位效率高，并可实现具有复杂型面特征构件水浸超声自动检测的探头架。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，所述A轴和B轴分别代表探头绕X轴和Y轴的旋转运动方向。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，包括整体支架、动力组件、运动传递组件、探头支撑组件，所述动力组件安装在整体支架上端，所述运动传递组件安装在动力组件和探头支撑组件之间，所述探头支撑组件安装在锥形齿轮组的空心齿轮轴上；所述动力组件包括锥形齿轮组、内六角联轴器、复位行程开关、复位盘、A轴伺服电机、B轴伺服电机；所述运动传递组件包括深沟球轴承、推力球轴承、中心传动轴、空心传动轴、锥形齿轮组、轴用弹性挡圈，所述中心传动轴和空心传动轴的轴承台阶上分别装有深沟球轴承和推力球轴承，所述轴用弹性挡圈安装在中心传动轴下端，所述中心传动轴下端装有锥形齿轮组，并通过锥形齿轮组中的齿轮轴与另一端锥形齿轮组连接，所述空心传动轴下端装有一对锥形齿轮组，并通过锥形齿轮组中的空心齿轮轴与探头支撑组件连接；所述探头支撑组件包括人字支座密封罩、轴用弹性挡圈、探头座、水浸超声探头、紧固螺钉、人字支座，所述探头座安装在人字支座上，利用轴用弹性挡圈进行定位，所述水浸超声探头利用紧固螺钉将其固定在探头座上。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，还包括安装在整体支架上的透明密封罩，所述透明密封罩底部所设螺纹孔与排油螺钉配合，并实现整体支架水浸端密封。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，由A轴伺服电机和B轴伺服电机为探头架提供动力源，A轴伺服电机通过内六角联轴器将运动传递至中心传动轴，B轴伺服电机通过锥形齿轮组将运动传递至空心传动轴，中心传动轴通过两对锥形齿轮组将运动传递至探头座，实现探头在A轴任意角度转动，空心传动轴通过一对锥形齿轮组将运动传递给人字支座，实现探头在B轴任意角度转动。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，所述复位盘侧壁设有凹形球面定位孔，将其安装在A轴伺服电机和B轴伺服电机输出传动轴上，结合复位行程开关实现探头在A轴和B轴旋转方向上自动初始复位，所述锥形齿轮组中主动齿轮齿数与从动齿轮齿数比值在1：2~1：4之间，有效提高运动传动精度。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，通过O形密封圈实现水浸端传动轴密封。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，通过透明密封罩实现整体支架水浸端密封，通过人字支座密封罩实现人字支座内部传动机构密封。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，通过润滑油孔实现透明密封罩内锥形齿轮组和支撑轴承的润滑，通过排油螺钉排除废弃和多余的润滑油。

所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，整体支架、人字支座、探头座分别采用Y3Cr13、ZL301、ZH62材料制造，使探头架水浸部分具有较好防锈性能。

本实用新型的有益效果在于可实现探头在A轴和B轴精确自动定位、探头360角度任意旋转和探头位姿任意调整，可应用于具有复杂型面特征构件的水浸超声自动检测，同时探头架具有良好的密封性，可适应长期水浸。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1 为本实用新型三维示意图。

图2 为本实用新型平面示意图。

图3 为本实用新型探头在A轴和B轴定位流程示意图。

图4 为本实用新型在曲面扫查时探头姿态变化示意图。

具体实施方式

参见图2，本实用新型包括整体支架1、动力组件2、运动传递组件3、探头支撑组件4，排油螺钉5，透明密封罩6，O形密封圈7，润滑油孔8；动力组件2中包括锥形齿轮组21，内六角联轴器22，复位行程开关23、28，A轴伺服电机24，B轴伺服电机27，复位盘25、26；运动传递组件3中包括深沟球轴承31，推力球轴承32，中心传动轴,33，空心传动轴34，锥形齿轮组35、36、37，轴用弹性档圈38；探头支撑组件4中包括人字支座密封罩41，轴用弹性档圈42，探头座43，水浸超声探头44，探头紧固螺钉45，人字支座46。

参见图3，描述了曲面构件在进行水浸超声自动检测时，探头在A轴和B轴定位流程图。其中1为X/Y/Z三轴运动机构，2为探头架，3为水浸超声探头，4为超声发射/采集器，5为PC工控机，6为曲面工件，7为多轴运动控制卡，8为多轴运动控制柜。

参见图4，描述了曲面构件在进行水浸超声自动检测时，探头在A轴和B轴姿态的任意变化。

探头架安装在水槽上的X/Y/Z三轴运动机构Z轴运动丝杠上，通过伺服电机实现探头架在Z轴的整体运动。

A轴伺服电机24通过内六角联轴器22将运动传递至中心传动轴33，中心传动轴通过锥形齿轮组37和35将运动转换为探头座43的旋转运动，实现探头在A轴旋转运动；B轴伺服电机27通过锥形齿轮组21将运动传递给空心传动轴34，空心传动轴通过锥形齿轮组36将运动传递给人字支座46，实现探头在B轴旋转运动。

探头架水浸部分的旋转轴采用O型密封圈7实现密封，采用透明密封罩6实现整体支架1水浸端传动齿轮密封，采用人字支座密封罩实现人字支座内部传动机构密封，通过润滑油孔8实现内部齿轮润滑，利用排油螺钉5对透明密封罩6内部多余或废弃的润滑油进行排除。

探头在A轴和B轴的自动复位则利用复位行程开关23、28和复位盘25、26实现。

以一曲面工件水浸超声自动检测为例说明本实用新型的具体实施方式。根据被测工件材料、外形、声阻抗等特性，选取合适的水浸超声探头，并将其正确安装在探头架上；根据曲面工件尺寸大小，往水槽中注入适量水；开启水浸超声自动检测设备，同时将探头架移动到安全位置；启动A轴和B轴伺服电机，利用复位行程开关和复位盘完成探头在A轴和B轴自动初始复位。

根据被测工件外形尺寸建立CAD三维模型，对需要检测的工件表面进行离散化处理，获取离散点三维坐标值并求取其逆解，从而获取探头晶片形心在各离散点的位姿，然后利用探头形心坐标构建X/Y/Z三轴运动机构运动模型。如图3所示，根据已构建探头运动模型，操作员通过PC工控机5编写运动控制程序，并利用多轴运动控制卡7和多轴运动控制柜8调整X/Y/Z三轴运动机构1任意时刻探头3的姿态。超声检测时探头会自动按照预定扫查轨迹进行姿态调整，利用超声发射/采集器4实现超声信号的发射与回波信号的采集，通过显示屏观察回波信号。

完成一次扫查周期后，探头将自动复位到一个安全位置。需要重复扫查时，则将运动控制程序重新运行一次；不需要重复扫查，则更换新的试件进行下一次扫查。

操作员需要定期对传动齿轮及支撑轴承进行润滑。设备不使用时，应将探头架移动到水面上方的安全位置。

Claims

1.一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，包括整体支架（1）、动力组件（2）、运动传递组件（3）、探头支撑组件（4），其特征在于：还包括安装在整体支架（1）上的透明密封罩（6），所述透明密封罩（6）底部所设螺纹孔与排油螺钉（5）配合，并实现整体支架水浸端密封；所述动力组件（2）安装在整体支架上端；所述运动传递组件（3）安装在动力组件（2）和探头支撑组件（4）之间；所述探头支撑组件（4）安装在锥形齿轮组（36）的空心齿轮轴上。

2.根据权利要求1所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，其特征在于，所述动力组件（2）包括锥形齿轮组（21）、内六角联轴器（22）、复位行程开关（23，28）、复位盘（25，26）、A轴伺服电机（24）、B轴伺服电机（27）；所述A轴伺服电机（24）通过内六角联轴器（22）将运动传递给中心传递轴（33）；所述B轴伺服电机（27）通过锥形齿轮组（21）将运动传递给空心传动轴（34）；所述复位盘（25，26）侧壁设有凹形球面定位孔，将其安装在A轴伺服电机（24）和B轴伺服电机（27）输出传动轴上，结合复位行程开关（23，28）实现探头在A轴和B轴旋转方向上自动初始复位。

3.根据权利要求1所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，其特征在于，所述运动传递组件（3）包括深沟球轴承（31）、推力球轴承（32）、中心传动轴（33）、空心传动轴（34）、锥形齿轮组（35，36，37）、轴用弹性挡圈（38）；所述锥形齿轮组（36）通过空心齿轮轴与探头支撑组件（4）连接；所述锥形齿轮组（37）通过齿轮轴与锥形齿轮组（35）连接；所述中心传动轴（33）和空心传动轴（34）的轴承台阶上分别装有深沟球轴承（31）和推力球轴承（32）；所述轴用弹性挡圈（38）安装在中心传动轴下端。

4.根据权利要求3所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，其特征在于，所述中心传动轴（33）通过锥形齿轮组（37，35）将运动传递给探头座（43），实现探头在A轴任意角度旋转；所述空心传动轴通过锥形齿轮组（36）将运动传递给探头支撑组件（4），实现探头在B轴任意角度旋转。

5.根据权利要求2或3所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，其特征在于，所述锥形齿轮组（21，35，36，37）中主动齿轮齿数与从动齿轮齿数比值在1：2~1：4之间，有效提高运动传动精度。

6.根据权利要求1所述的一种用于复杂型面构件水浸超声自动检测的探头架，其特征在于，所述探头支撑组件（4）包括人字支座密封罩（41）、轴用弹性挡圈（42）、探头座（43）、水浸超声探头（44）、紧固螺钉（45）、人字支座（46）；所述探头座（43）安装在人字支座（46）上，利用轴用弹性挡圈（42）进行定位；所述水浸超声探头（44）利用紧固螺钉（45）将其固定在探头座（43）上。