自由度超声波测量装置

   自由度超声波测量装置:

   包括:基座、X轨道、Y轨道、探头组件、探头组件安装座及转台,X轨道横向设于基座的顶部,Y轨道垂直布置于X轨道上方并能沿X轨道的长度方向移动,探头组件安装座竖直布置于Y轨道上并能沿Y轨道的长度方向移动,探头组件安装座下部设置有能上下移动的Z轴,探头组件能转动的设于Z轴的下端,转台能转动的设于基座下部并与探头组件相对布置。本实用新型能实现对曲面异构件进行无损检测及曲面自动跟踪路径设计,检测时,被检测件在转台上旋转,探头位置可根据需要通过X轨道、Y轨道、探头组件安装座、Z轴之间的配合关系及探头组件自身的转动结构进行调节,使探头沿被检测件内表面母线作曲线运动。

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现有技术

 

汽车关键零部件(轮毂、连杆等 )、装备用特殊结构件(如风力发电机大型构件)、新材料、特种焊接结构件等曲面异构件中均涉及无损检测技术。超声C扫成像检测技术具有检测快速、不受人为因素干扰的特点,可以把超声波检测以波形显示的方式转换为图形显示,并且通过探头与工件的相对位置来确定缺陷的位置,由此得到直观的数字图像,在工业领域获得了越来越广泛的应用。

 

  目前,美国物理声学公司( PAC )、英国超声波科学有限公司( USL )、德国NukemNutronik公司、以色列ScanMaster公司、丹麦福斯研究所等已研发出成熟的多自由度超声检测系统。其中,PAC公司最新的水浸自动超声扫查系统UltraScan 6轴水浸自动扫查系统,可对各种轴类、盘类、多面体类零件及板材等进行超声波探伤,具有异型曲面自动跟踪功能;USL为英国宇航系统公司提供了17轴超声波检测系统,该系统可在0 .5m/s的扫描线速度下,检测出4mm×4mm的制造缺陷,通过对实际和理论形状之间偏差进行补偿,扫描器可直接从客户端CATACAD数据中提取扫描路径信息,实现全自动扫查,提高检测效率;德国NukemNutronik公司研制的MAUS超声自动检测系统(Multi Aix Ultrasonic System )可实现通过软件技术使超声探头检测复杂三维几何轮廓的工件;ICIFiberite公司采用九轴式超声波扫描,实现对蜂窝泡沫夹芯等复杂结构的复合材料构件进行无损检测;美国MATEC公司研制的Large Gantry System系统采用“仿形测量-超声检测”的实现思路;麦道公司设计的第五代自动超声扫描系统,也可在九个轴向运动,并能同时保证脉冲振荡器与工件表面垂直,该系统可完成三维数据采集,实现大型复杂构件内的缺陷检测;加拿大设计制造的曲面超声检测系统,使用旋转头进行激光跟踪来实现曲面跟踪,三维检测系统采用软件实现曲面跟踪,系统包括仿真模型和路径规划模块,仿真模块生成检测对象的三维NURBS曲面模型,路径规划模块生成检测时的控制路径。

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实例

 

自由度超声波测量装置

 

  6自由度超声波检测装置包括基座1、X轨道2、Y轨道3、探头组件4、探头组件安装座5及转台6,X轨道2横向设于基座1的顶部,Y轨道3垂直布置于X轨道2上方并能沿X轨道2的长度方向移动,X轨道2上形成有沿长度方向布置的滑槽21,对应的,Y轨道3的底部具有与该滑槽21导向配合的滑杆31。探头组件安装座5竖直布置于Y轨道3上并能沿Y轨道3的长度方向移动,探头组件安装座5下部设置有能上下移动的Z轴7,探头组件4能转动的设于Z轴7的下端,转台6通过一旋转座61能转动的设于基座1下部并与探头组件4相对布置,转台6上设置有用于固定待检测件的夹具    

                                                  自由度超声波测量装置

 

  探头组件4包括A轴框架41、B轴框架42及探头43,A轴框架41能转动的设于Z轴7下端,具体的,Z轴7下端设置有一安装架71,该安装架71具有相对布置的两侧板711,两侧板711上对应设置有第一轴孔,对应的,A轴框架41的侧壁上设置有与第一轴孔相匹配的第一转轴412。A轴框架41下部开设有具有下端口的安装槽411,B轴框架42能转动的设于该安装槽411中,具体的,A轴框架安装槽411的两侧壁上分别开设有第二轴孔413,对应的,B轴框架42的两侧分别设置有与第二轴孔413相匹配的第二转轴421。探头43设于B轴框架42的未设置第二转轴421的一侧面上。采用上述结构,可以实现探头43在Z轴7下端实现a、b两个方向的转动,从而提高检测精度。
 

                                                                              自由度超声波测量装置

 

  检测装置采用水浸检测,因此,需要将待检测件及探头均置于水中。在本实施例中基座1上设置有一容置腔10,该容置腔10中放置有一顶部开口的水槽8,装配完成状态下,Z轴7及探头组件4自水槽8顶部伸入水槽8中,转台6位于水槽8的底部内侧,并通过密封件密封,防止转台6在转动过程中发生漏水现象。

 

  Y轨道3、探头组件安装座5、Z轴7、A轴框架41及B轴框架42的移动或转动均由伺服电机控制运行。

 

  检测装置对回转体类零件检测检测时,以车辆铝负重轮为例,被检测件在转台上作旋转运动,探头位置可根据需要通过X轨道、Y轨道、探头组件安装座、Z轴之间的配合关系及探头组件自身的转动结构进行调节,使探头沿被检测件内表面母线作曲线运动,这样可以使超声波入射声束始终和工件检测面保持垂直,被检件表面母线可分解为多段直线和多段圆弧,直线段的探头移动方式为简单的直线,圆弧段探头的移动方式要考虑探头旋转半径的影响,回转体类零件的曲面跟踪路径编制以检测面的母线为依据,检测过程中使机械系统X、Y轴的零点和回转体类零件的中心线重合,回转体类零件旋转,探头在Y轴方向上相对于回转体类零件中心坐标为零,探头在XOZ平面内沿母线方向移动,并保证和母线垂直;水浸检测的探头和检测面之间以水作为耦合剂,探头与检测面之间的距离为水深距离,根据被检测件曲面跟踪检测面母线的曲率半径、扫描系统中探头A、B轴的旋转中心以及检测工艺的要求来确定水深距离,由水深距计算探头移动轨迹分段点坐标,从而最终实现对异形曲面构件的无损检测。

 

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