一種6自由度超聲波檢測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種6自由度超聲波檢測(cè)裝置,包括基座、X軌道、Y軌道、探頭組件、探頭組件安裝座及轉(zhuǎn)臺(tái),X軌道橫向設(shè)于基座的頂部,Y軌道垂直布置于X軌道上方并能沿X軌道的長(zhǎng)度方向移動(dòng),探頭組件安裝座豎直布置于Y軌道上并能沿Y軌道的長(zhǎng)度方向移動(dòng),探頭組件安裝座下部設(shè)置有能上下移動(dòng)的Z軸,探頭組件能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸的下端,轉(zhuǎn)臺(tái)能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于基座下部并與探頭組件相對(duì)布置。本實(shí)用新型能實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面異構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)及曲面自動(dòng)跟蹤路徑設(shè)計(jì),檢測(cè)時(shí),被檢測(cè)件在轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn),探頭位置可根據(jù)需要通過X軌道、Y軌道、探頭組件安裝座、Z軸之間的配合關(guān)系及探頭組件自身的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié),使探頭沿被檢測(cè)件內(nèi)表面母線作曲線運(yùn)動(dòng)。
【專利說明】
一種6自由度超聲波檢測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及無損檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,具體指一種6自由度超聲波檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車關(guān)鍵零部件(輪轂、連桿等)、裝備用特殊結(jié)構(gòu)件(如風(fēng)力發(fā)電機(jī)大型構(gòu)件)、新材料、特種焊接結(jié)構(gòu)件等曲面異構(gòu)件中均涉及無損檢測(cè)技術(shù)。超聲C掃成像檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)快速、不受人為因素干擾的特點(diǎn),可以把超聲波檢測(cè)以波形顯示的方式轉(zhuǎn)換為圖形顯示,并且通過探頭與工件的相對(duì)位置來確定缺陷的位置,由此得到直觀的數(shù)字圖像,在工業(yè)領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]目前,美國(guó)物理聲學(xué)公司(PAC)、英國(guó)超聲波科學(xué)有限公司(USL)、德國(guó)NukemNutronik公司、以色列ScanMaster公司、丹麥福斯研究所等已研發(fā)出成熟的多自由度超聲檢測(cè)系統(tǒng)。其中,PAC公司最新的水浸自動(dòng)超聲掃查系統(tǒng)UltraScan 6軸水浸自動(dòng)掃查系統(tǒng),可對(duì)各種軸類、盤類、多面體類零件及板材等進(jìn)行超聲波探傷,具有異型曲面自動(dòng)跟蹤功能;USL為英國(guó)宇航系統(tǒng)公司提供了 17軸超聲波檢測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)可在0.5m/s的掃描線速度下,檢測(cè)出4mmX4mm的制造缺陷,通過對(duì)實(shí)際和理論形狀之間偏差進(jìn)行補(bǔ)償,掃描器可直接從客戶端CATACAD數(shù)據(jù)中提取掃描路徑信息,實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)掃查,提高檢測(cè)效率;德國(guó)NukemNutronik公司研制的MAUS超聲自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)(Multi Aix Ultrasonic System)可實(shí)現(xiàn)通過軟件技術(shù)使超聲探頭檢測(cè)復(fù)雜三維幾何輪廓的工件;ICIFiberite公司采用九軸式超聲波掃描,實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂窩泡沫夾芯等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè);美國(guó)MATEC公司研制的Large Gantry System系統(tǒng)采用“仿形測(cè)量-超聲檢測(cè)”的實(shí)現(xiàn)思路;麥道公司設(shè)計(jì)的第五代自動(dòng)超聲掃描系統(tǒng),也可在九個(gè)軸向運(yùn)動(dòng),并能同時(shí)保證脈沖振蕩器與工件表面垂直,該系統(tǒng)可完成三維數(shù)據(jù)采集,實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜構(gòu)件內(nèi)的缺陷檢測(cè);加拿大設(shè)計(jì)制造的曲面超聲檢測(cè)系統(tǒng),使用旋轉(zhuǎn)頭進(jìn)行激光跟蹤來實(shí)現(xiàn)曲面跟蹤,三維檢測(cè)系統(tǒng)采用軟件實(shí)現(xiàn)曲面跟蹤,系統(tǒng)包括仿真模型和路徑規(guī)劃模塊,仿真模塊生成檢測(cè)對(duì)象的三維NURBS曲面模型,路徑規(guī)劃模塊生成檢測(cè)時(shí)的控制路徑。
[0004]而國(guó)內(nèi)外對(duì)汽車零部件中具有曲面特別是復(fù)雜曲面的產(chǎn)品,實(shí)施有效自動(dòng)檢測(cè)較為困難,需求迫切。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀,提供一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面異構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)及曲面自動(dòng)跟蹤路徑設(shè)計(jì)的6自由度超聲波檢測(cè)裝置。
[0006]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:包括基座、X軌道、Y軌道、探頭組件、探頭組件安裝座及轉(zhuǎn)臺(tái),所述X軌道橫向設(shè)于基座的頂部,所述Y軌道垂直布置于X軌道上方并能沿X軌道的長(zhǎng)度方向移動(dòng),所述探頭組件安裝座豎直布置于Y軌道上并能沿Y軌道的長(zhǎng)度方向移動(dòng),所述探頭組件安裝座下部設(shè)置有能上下移動(dòng)的Z軸,所述探頭組件能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸的下端,所述轉(zhuǎn)臺(tái)能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于基座下部并與探頭組件相對(duì)布置。
[0007]在上述方案中,所述探頭組件包括A軸框架、B軸框架及探頭,所述A軸框架能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸下端,該A軸框架下部開設(shè)有具有下端口的安裝槽,所述B軸框架能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于該安裝槽中,所述的探頭設(shè)于B軸框架的一側(cè)面上。采用這樣的結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)探頭在Z軸下端實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),從而提高檢測(cè)精度。
[0008]為了便于安裝,所述Z軸下端設(shè)置有一安裝架,該安裝架具有相對(duì)布置的兩側(cè)板,兩側(cè)板上對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一軸孔,對(duì)應(yīng)的,所述A軸框架的側(cè)壁上設(shè)置有與第一軸孔相匹配的第一轉(zhuǎn)軸。
[0009]為了便于安裝,所述A軸框架安裝槽的兩側(cè)壁上分別開設(shè)有第二軸孔,對(duì)應(yīng)的,所述B軸框架的兩側(cè)分別設(shè)置有與第二軸孔相匹配的第二轉(zhuǎn)軸。
[0010]作為優(yōu)選,所述基座上設(shè)置有一容置腔,該容置腔中放置有一頂部開口的水槽,裝配完成狀態(tài)下,所述的Z軸及探頭組件自水槽頂部伸入水槽中,所述轉(zhuǎn)臺(tái)位于水槽的底部?jī)?nèi)偵U。采用這樣的結(jié)構(gòu),檢測(cè)過程為水浸檢測(cè),探頭與檢測(cè)面之間以水作為耦合劑,探頭與檢測(cè)面之間的距離即為水深距離,有利于提高定位精度。
[0011]優(yōu)選地,所述X軌道上形成有沿長(zhǎng)度方向布置的滑槽,對(duì)應(yīng)的,所述Y軌道的底部具有與該滑槽導(dǎo)向配合的滑桿。
[0012]在上述各優(yōu)選方案中,所述Y軌道、探頭組件安裝座、Z軸、A軸框架及B軸框架的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)均由伺服電機(jī)控制運(yùn)行。
[0013]為了便于固定待檢測(cè)件,所述轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置有用于固定待檢測(cè)件的夾具。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:本實(shí)用新型提供了一種全新的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,能實(shí)現(xiàn)對(duì)曲面異構(gòu)件進(jìn)行無損檢測(cè)及曲面自動(dòng)跟蹤路徑設(shè)計(jì),檢測(cè)時(shí),被檢測(cè)件在轉(zhuǎn)臺(tái)上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),探頭位置可根據(jù)需要通過X軌道、Y軌道、探頭組件安裝座、Z軸之間的配合關(guān)系及探頭組件自身的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié),使探頭沿被檢測(cè)件內(nèi)表面母線作曲線運(yùn)動(dòng),這樣可以使超聲波入射聲束始終和工件檢測(cè)面保持垂直,被檢件表面母線可分解為多段直線和多段圓弧,直線段的探頭移動(dòng)方式為簡(jiǎn)單的直線,圓弧段探頭的移動(dòng)方式要考慮探頭旋轉(zhuǎn)半徑的影響,回轉(zhuǎn)體類零件的曲面跟蹤路徑編制以檢測(cè)面的母線為依據(jù),檢測(cè)過程中使機(jī)械系統(tǒng)X、Y軸的零點(diǎn)和回轉(zhuǎn)體類零件的中心線重合,回轉(zhuǎn)體類零件旋轉(zhuǎn),探頭在Y軸方向上相對(duì)于回轉(zhuǎn)體類零件中心坐標(biāo)為零,探頭在XOZ平面內(nèi)沿母線方向移動(dòng),并保證和母線垂直;水浸檢測(cè)的探頭和檢測(cè)面之間以水作為耦合劑,探頭與檢測(cè)面之間的距離為水深距離,根據(jù)被檢測(cè)件曲面跟蹤檢測(cè)面母線的曲率半徑、掃描系統(tǒng)中探頭Α、Β軸的旋轉(zhuǎn)中心以及檢測(cè)工藝的要求來確定水深距離,由水深距計(jì)算探頭移動(dòng)軌跡分段點(diǎn)坐標(biāo),從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)異形曲面構(gòu)件的無損檢測(cè),且檢測(cè)效率、定位精度高。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的側(cè)視圖;
[0016]圖2為圖1中隱藏水槽的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0017]圖3為圖2中探頭組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]如圖1?3所示,本實(shí)施例的6自由度超聲波檢測(cè)裝置包括基座1、X軌道2、Y軌道3、探頭組件4、探頭組件安裝座5及轉(zhuǎn)臺(tái)6,X軌道2橫向設(shè)于基座I的頂部,Y軌道3垂直布置于X軌道2上方并能沿X軌道2的長(zhǎng)度方向移動(dòng),X軌道2上形成有沿長(zhǎng)度方向布置的滑槽21,對(duì)應(yīng)的,Y軌道3的底部具有與該滑槽21導(dǎo)向配合的滑桿31。探頭組件安裝座5豎直布置于Y軌道3上并能沿Y軌道3的長(zhǎng)度方向移動(dòng),探頭組件安裝座5下部設(shè)置有能上下移動(dòng)的Z軸7,探頭組件4能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸7的下端,轉(zhuǎn)臺(tái)6通過一旋轉(zhuǎn)座61能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于基座I下部并與探頭組件4相對(duì)布置,轉(zhuǎn)臺(tái)6上設(shè)置有用于固定待檢測(cè)件的夾具(圖中未示)。
[0020]在本實(shí)施例中,探頭組件4包括A軸框架41、B軸框架42及探頭43,A軸框架41能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸7下端,具體的,Z軸7下端設(shè)置有一安裝架71,該安裝架71具有相對(duì)布置的兩側(cè)板711,兩側(cè)板711上對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一軸孔,對(duì)應(yīng)的,A軸框架41的側(cè)壁上設(shè)置有與第一軸孔相匹配的第一轉(zhuǎn)軸412 ^軸框架41下部開設(shè)有具有下端口的安裝槽411,B軸框架42能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于該安裝槽411中,具體的,A軸框架安裝槽411的兩側(cè)壁上分別開設(shè)有第二軸孔413,對(duì)應(yīng)的,B軸框架42的兩側(cè)分別設(shè)置有與第二軸孔413相匹配的第二轉(zhuǎn)軸421。探頭43設(shè)于B軸框架42的未設(shè)置第二轉(zhuǎn)軸421的一側(cè)面上。采用上述結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)探頭43在Z軸7下端實(shí)現(xiàn)a、b兩個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),從而提高檢測(cè)精度。
[0021 ]本實(shí)施例的檢測(cè)裝置采用水浸檢測(cè),因此,需要將待檢測(cè)件及探頭均置于水中。在本實(shí)施例中基座I上設(shè)置有一容置腔10,該容置腔10中放置有一頂部開口的水槽8,裝配完成狀態(tài)下,Z軸7及探頭組件4自水槽8頂部伸入水槽8中,轉(zhuǎn)臺(tái)6位于水槽8的底部?jī)?nèi)側(cè),并通過密封件密封,防止轉(zhuǎn)臺(tái)6在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中發(fā)生漏水現(xiàn)象。
[0022]本實(shí)施例的Y軌道3、探頭組件安裝座5、Z軸7、A軸框架41及B軸框架42的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)均由伺服電機(jī)控制運(yùn)行。
[0023]使用本實(shí)施例的檢測(cè)裝置對(duì)回轉(zhuǎn)體類零件檢測(cè)檢測(cè)時(shí),以車輛鋁負(fù)重輪為例,被檢測(cè)件在轉(zhuǎn)臺(tái)上作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),探頭位置可根據(jù)需要通過X軌道、Y軌道、探頭組件安裝座、Z軸之間的配合關(guān)系及探頭組件自身的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié),使探頭沿被檢測(cè)件內(nèi)表面母線作曲線運(yùn)動(dòng),這樣可以使超聲波入射聲束始終和工件檢測(cè)面保持垂直,被檢件表面母線可分解為多段直線和多段圓弧,直線段的探頭移動(dòng)方式為簡(jiǎn)單的直線,圓弧段探頭的移動(dòng)方式要考慮探頭旋轉(zhuǎn)半徑的影響,回轉(zhuǎn)體類零件的曲面跟蹤路徑編制以檢測(cè)面的母線為依據(jù),檢測(cè)過程中使機(jī)械系統(tǒng)X、Y軸的零點(diǎn)和回轉(zhuǎn)體類零件的中心線重合,回轉(zhuǎn)體類零件旋轉(zhuǎn),探頭在Y軸方向上相對(duì)于回轉(zhuǎn)體類零件中心坐標(biāo)為零,探頭在XOZ平面內(nèi)沿母線方向移動(dòng),并保證和母線垂直;水浸檢測(cè)的探頭和檢測(cè)面之間以水作為耦合劑,探頭與檢測(cè)面之間的距離為水深距離,根據(jù)被檢測(cè)件曲面跟蹤檢測(cè)面母線的曲率半徑、掃描系統(tǒng)中探頭Α、Β軸的旋轉(zhuǎn)中心以及檢測(cè)工藝的要求來確定水深距離,由水深距計(jì)算探頭移動(dòng)軌跡分段點(diǎn)坐標(biāo),從而最終實(shí)現(xiàn)對(duì)異形曲面構(gòu)件的無損檢測(cè)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:包括基座、X軌道、Y軌道、探頭組件、探頭組件安裝座及轉(zhuǎn)臺(tái),所述X軌道橫向設(shè)于基座的頂部,所述Y軌道垂直布置于X軌道上方并能沿X軌道的長(zhǎng)度方向移動(dòng),所述探頭組件安裝座豎直布置于Y軌道上并能沿Y軌道的長(zhǎng)度方向移動(dòng),所述探頭組件安裝座下部設(shè)置有能上下移動(dòng)的Z軸,所述探頭組件能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸的下端,所述轉(zhuǎn)臺(tái)能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于基座下部并與探頭組件相對(duì)布置。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述探頭組件包括A軸框架、B軸框架及探頭,所述A軸框架能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于Z軸下端,該A軸框架下部開設(shè)有具有下端口的安裝槽,所述B軸框架能轉(zhuǎn)動(dòng)的設(shè)于該安裝槽中,所述的探頭設(shè)于B軸框架的一側(cè)面上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述Z軸下端設(shè)置有一安裝架,該安裝架具有相對(duì)布置的兩側(cè)板,兩側(cè)板上對(duì)應(yīng)設(shè)置有第一軸孔,對(duì)應(yīng)的,所述A軸框架的側(cè)壁上設(shè)置有與第一軸孔相匹配的第一轉(zhuǎn)軸。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述A軸框架安裝槽的兩側(cè)壁上分別開設(shè)有第二軸孔,對(duì)應(yīng)的,所述B軸框架的兩側(cè)分別設(shè)置有與第二軸孔相匹配的第二轉(zhuǎn)軸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述基座上設(shè)置有一容置腔,該容置腔中放置有一頂部開口的水槽,裝配完成狀態(tài)下,所述的Z軸及探頭組件自水槽頂部伸入水槽中,所述轉(zhuǎn)臺(tái)位于水槽的底部?jī)?nèi)側(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一權(quán)利要求所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述X軌道上形成有沿長(zhǎng)度方向布置的滑槽,對(duì)應(yīng)的,所述Y軌道的底部具有與該滑槽導(dǎo)向配合的滑桿。7.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一權(quán)利要求所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述Y軌道、探頭組件安裝座、Z軸、A軸框架及B軸框架的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)均由伺服電機(jī)控制運(yùn)行。8.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一權(quán)利要求所述的6自由度超聲波檢測(cè)裝置,其特征在于:所述轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)置有用于固定待檢測(cè)件的夾具。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK205720108SQ201620590709
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】郭智敏, 齊子誠(chéng), 喬日東, 王曉艷, 唐盛明, 鄭穎, 黃文濤, 任麗宏, 李巖
【申請(qǐng)人】中國(guó)兵器科學(xué)研究院寧波分院