CN101614703A - 轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置 - Google Patents

Abstract

本发明是应用超声波探伤技术对轨道交通用车轴及其它直轴类零件进行检验的装置，主要包括入料工作台、挡放料机构、规正机构、水槽机构、出料台、机械手横移支架、横移机械手、探伤机构和喷标机构，其中入料工作台保证被测车轴可缓慢滚动至规正机构，挡放料机防止多轴进入规正机构，规正机构对进入规正台的被测车轴进行规正，机械手横移支架上的横移机械手抓取被测车轴至水槽，探伤机构中的四组探头分别做轴向和径向运动，完成对被测车轴的全面扫查，横移机械手将扫查完成的被测车轴抓取至出料被测车轴，喷标机构实现对有缺陷的被检工件进行标识，该装置适用于轨道交通用车轴及其它直轴类件内部缺陷的无损检测。

Description

轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置

技术领域

本发明是应用超声波探伤技术对轨道交通用车轴及其它直轴类零件进行检验的装置，适用于轨道交通用车轴及其它直轴类被测车轴内部缺陷的无损检测。

技术背景

超声检测是指用超声波来检测材料和被测车轴、并以超声检测仪作为显示方式的一种无损检测方法。超声检测是利用超声波的众多特性(如反射和衍射)，通过观察显示在超声检测仪上的有关超声波在被检材料或被测车轴中发生的传播变化，来判定被检材料和被测车轴的内部和表面是否存在缺陷，从而在不破坏或不损害被检材料和被测车轴的情况下，评估其质量和使用价值。

现有的超声波探伤装置为简易探头盒内部浇灌树脂固定超声波晶片，手持操作，肉眼观察仪器显示屏上的波形图，来判断是否存在缺陷。利用这种装置进行探伤的方法是手工探伤，技术工人拿着探伤装置在被测车轴表面进行接触式探伤，对其一部分探伤完后，人工滚动车轴，再对车轴的其他部分进行探伤，这样重复操作可保证完成对整个被测车轴的探伤，使用手工探伤方法的好处在于价格低廉，但是由于探伤过程中探头总与被测车轴保持接触，对探头磨损比较严重，再有被测车轴的轴向尺寸不一样，不可避免的误操作使探头会撞击被测车轴表面，造成探头损坏。而且手工探伤要对被测车轴进行全面扫查，必然会耗费大量的时间，产生了探伤质量与速度的矛盾；再有传统的手工探伤是人工对探伤波形进行分析，判断是否为伤痕，因此会出现漏检误检的现象。

发明内容

本发明针对现有探伤装置存在的手工探伤易磨损探头、探伤速度慢、容易出现漏检误检的现象、探伤结果不易保存的缺陷，提出了水下全浸式自动化超声波探伤机构，并采用了水下支撑旋转机构，及伺服控制超声波探头沿数学模型自动扫查系统。

本发明解决的技术问题采用的技术方案是：

轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，包括入料工作台、挡放料机构、规正机构、水槽机构、出料台、机械手横移支架、机械手和喷标机构；其中入料工作台是上表面为斜面的长方形钢管焊接框架，挡放料机构固定在入料工作台的中部，规正机构固定在入料工作台右端的前后两侧，机械手横移支架是具有四根支撑梁的方钢管焊接框架结构，四根支撑梁以水槽机构为中心，固定于入料工作台和出料台的前后两侧，机械手横移支架上装有滑轨，机械手固定在滑轨上；水槽机构位于入料台与出料台之间，包括探伤支架、水槽、水槽支架、滚珠丝杠支架、水下支撑机构和探伤机构；其中水槽支架为工型钢，固定在地面，探伤支架、水槽和滚珠丝杠支架固定在水槽支架上，探伤支架的上方固定探伤机构，探伤机构和滚珠丝杠支架的上方固定水下支撑机构，喷标机构通过角铁固定在出料台的前端，对有缺陷的被检工件进行标识。

所述的挡放料机构包括气缸铰链支撑、挡放料驱动气缸、翻转圆盘和拨叉，挡放料驱动气缸与气缸铰链支撑相连，翻转圆盘与挡放料驱动气缸的输出轴相连，拨叉与翻转圆盘固定。

所述的规正机构包括方钢管框架、轴承座、链轮、左规正手、驱动气缸、导向滑轨、气缸推板、右规正手和环形链条，其中方钢管框架固定于地面，其表面安装有导向滑轨，其中部安装有驱动气缸，方钢管框架的两端通过轴承座固定链轮，链轮之间通过环形链条相连，环形链条的一端与左规正手相连，另一端与气缸推板和右规正手相连。左规正手、气缸推板和右规正手固定在导向滑轨上。

所述的水下支撑机构包括伺服电机、同步带、驱动轴、从动滚轮、滚珠丝杠和轴支撑，其中轴支撑沿轴向固定在水槽的底部，伺服电机直接安装于水槽上方方钢管焊接的框架上，同步带与伺服电机和驱动轴相连，驱动轴固定在轴支撑上，从动滚轮置于驱动轴上，滚珠丝杠安装在滚珠丝杠支架的上方，并与从动滚轮相连，用于被测车轴的轴向定位，有效的解决了水下防锈等问题。

所述的探伤机构包括第一探头组、第二探头组、导轨、第三探头组和第四探头组，其中第一探头组、第二探头组和第三探头组、第四探头组分别固定在导轨的左右两端。

所述的喷标机构包括标准自喷漆罐，执行气缸，自喷漆压块，喷标机构主框架，其中主框架为型钢焊接的框架，底部有圆孔槽，自喷漆罐放置在圆孔槽内，用于提供自喷漆；执行气缸固定在喷标机构主框架上的盖板上，通过电磁阀控制通断气使气缸动作，完成对自喷漆罐喷头施加压力，达到喷漆的效果；自喷漆压块一侧与执行气缸固定，另一侧开有与自喷漆罐相配的V形槽，用以传递气缸推力给自喷漆罐的喷头。

本发明与传统手工探伤相比较的优点在于：

(1)通过入料台、机械手横移机构、出料机构的紧密配合，实现了上、下料与探伤全过程自动化，检测效率显著提高。

(2)通过水下支撑机构使车轴缓慢旋转，4组探头组径向移动，完成对车轴的轴向和径向的全面扫查，避免了漏检现像的发生，通过同步带传到的方式有效的避免了水下传动机构的防水问题。

(3)采用水膜法和水浸法探伤。利用探头在每个工位探伤前进行测距和伺服电机精确调整水膜厚度，保证对不同直径部位检测时的水层厚度恒定，防止了探头撞击被测车轴。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为本发明的挡放料机构示意图；

图3为本发明的规正机构示意图，图3a为主视图，图3b为俯视图；

图4为本发明水下支撑机构示意图，图4a为左视图，图4b为俯视图；

图5为本发明探伤机构示意图，图5a为主视图，图5b为俯视图；

图6为本发明超声检测示意图；

图7为本发明喷标机构示意图。

具体实施方式：

轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，如图1所示，包括入料工作台1、挡放料机构2、规正机构3、水槽机构4、出料台5、机械手横移支架6、机械手7和喷标机构；其中入料工作台1是上表面为斜面的长方形钢管焊接框架，挡放料机构2固定在入料工作台1的中部，规正机构3固定在入料工作台1右端的前后两侧，机械手横移支架6是具有四根支撑梁的方钢管焊接框架结构，四根支撑梁以水槽机构4为中心，固定于入料工作台1和出料台5的前后两侧，机械手横移支架6上装有滑轨，机械手7固定在滑轨上；水槽机构4位于入料台1与出料台5之间，包括探伤支架41、水槽42、水槽支架43、滚珠丝杠支架44、水下支撑机构9和探伤机构10；其中水槽支架43为工型钢，固定在地面，探伤支架41、水槽42和滚珠丝杠支架44固定在水槽支架43上，探伤支架41的上方固定探伤机构10，探伤机构10和滚珠丝杠支架44的上方固定水下支撑机构9，喷标机构8通过角铁85固定在出料台5的前端，对有缺陷的被检工件进行标识。

所述的挡放料机构2，如图2所示，包括气缸铰链支撑21、挡放料驱动气缸22、翻转圆盘23和拨叉24，挡放料驱动气缸22与气缸铰链支撑21相连，翻转圆盘23与挡放料驱动气缸22的输出轴相连，拨叉24与翻转圆盘23固定。

所述的规正机构3包括方钢管框架31、轴承座32、链轮33、左规正手34、驱动气缸35、导向滑轨36、气缸推板37、右规正手38和环形链条39，如图3所示，图中(a)为主视图，(b)为俯视图，其中方钢管框架31固定于地面，其表面安装有导向滑轨36，其中部安装有驱动气缸35，方钢管框架31的两端通过轴承座32固定链轮33，链轮33之间通过环形链条39相连，环形链条39的一端与左规正手34相连，另一端与气缸推板37和右规正手38相连。左规正手34、气缸推板37和右规正手38固定在导向滑轨36上。

所述的水下支撑机构9包括伺服电机91、同步带92、两个驱动轴93、两对从动滚轮94、滚珠丝杠95和四个轴支撑96，如图4所示，图中(a)为左视图，(b)为俯视图，其中四个轴支撑96在整个机构的中部和两端，沿轴向固定在水槽42的底部，用以支撑驱动轴93，伺服电机91安装于水槽42上方方钢管焊接的框架上，同步带92与伺服电机91和驱动轴93相连，两个驱动轴93通过联轴器相连，两对从动滚轮94置于两个驱动轴93上，滚珠丝杠95安装在滚珠丝杠支架44的上方(如图3(a)所示)，并与从动滚轮94相连，用于被测车轴的轴向定位。

所述的探伤机构10包括第一探头组101、第二探头组102、导轨103、第三探头组104和第四探头组105，如图5所示，图中(a)为主视图，(b)为俯视图，其中第一探头组101、第二探头组102和第三探头组104、第四探头组105分别固定在导轨103的左右两端。

所述的喷标机构8，如图7所示，包括标准自喷漆罐81，执行气缸82，自喷漆压块83，喷标机构主框架84，其中主框架84为型钢焊接的框架，底部有圆孔槽，自喷漆罐81放置在圆孔槽内，用于提供自喷漆；执行气缸82固定在喷标机构主框架84上的盖板上，通过电磁阀控制通断气使气缸动作，完成对自喷漆罐喷头施加压力，达到喷漆的效果；自喷漆压块83一侧与执行气缸82固定，另一侧开有与自喷漆罐81相配的V形槽，用以传递气缸推力给自喷漆罐81的喷头。

下面介绍一下利用本发明所述的探伤装置实现自动化探伤的全过程：

在探伤工作前，事先确定有几种形状的车轴进行探伤，将其外形模型输入控制系统的主机内，然后将车轴置于入料工作台1上，沿入料轨道运动到挡放料机构2处，利用挡放料驱动气缸22带动翻转圆盘23旋转，该机构的功能是对车轴进行隔离，确保每次只有一个车轴可通过规正机构进行规正。初始时，左规正手34和右规正手38在两侧的虚线处，如图3(b)所示，当进行规正操作时，驱动气缸35带动气缸推板37和右规正手38同时向左移动，此时由于环形链条39连接左规正手34、气缸推板37以及右规正手38，因此左规正手向右向移动，直至左规正手34与右规正手38与被测车轴两侧的轴端相接触，如图3(b)中实线所示，规正完成后，两规正手回到初始位置(虚线处)。由于车轴放置到入料工作台1时，会沿轴向方向有一定的错位，该机构的作用就是将车轴归正到同一位置，以利于机械手的抓取以及检测工位的检测。

采用一组双臂机械手7抓取车轴，其操作过程是：从初始位置垂直向下，抓取车轴→垂直上升到安全高度，水平移动到探伤水槽4的上方→垂直向下，把车轴平稳放置在从动滚轮94上，然后上升到安全高度→探伤完成→从安全高度垂直向下，抓取车轴→垂直上升到安全高度，水平移动到出料台上方→垂直向下，把车轴平稳放置在出料台，然后上升到安全高度→水平移动到初始位置，上述机械手的运动过程利用现有的传感器以及控制系统即可实现。

对车轴进行探伤的过程描述如下：

机械手7将车轴放置于从动滚轮94上，伺服电机91通过同步带92带动驱动轴93旋转，驱动轴93带动上面的两组从动滚轮94沿同一方向旋转，通过手动旋转滚珠丝杠95使得两组从动滚轮94靠在被测车轴两侧的轴肩上进行定位，其作用防止被测车轴在旋转时发生轴向窜动。当从动滚轮94带动被测车轴旋转时，4组探头101、102、104和105水平移动，同时根据车轴轴径的不同部位做径向运动，同时车轴旋转，进而完成整根车轴的全面扫查。

4组探头101、102、104和105分别至于导轨103上，起始位置为第一探头组101和第二探头组102置于导轨103左侧，第三探头组104和第四探头组105置于导轨103右侧，每组探头完成被测车轴的四分之一扫描，开始扫描时第一探头组101和第二探头组102向右运动，第三探头组104和第四探头组105向左运动，完成对被测车轴的整体扫描。

探头运动过程中采用的耦合方式兼容了现有技术的水膜法和水浸法两种方法，利用探头在探伤前进行测距和伺服电机精确调整水膜厚度，每个探头组中都有6个晶片，其中1个晶片用于测量探头与被测车轴之间的距离，会随时反馈距离信息给伺服机构进行调节，另外5个晶片用于超声波探伤，保证对不同直径部位检测时的水层厚度恒定(约为2mm～3mm)，防止探头撞击被测车轴，如图6所示，图中L为探头与被测车轴的距离，Φ为被测车轴不同直径部位的外径，水浸法水层L的距离为1/4Φ，如附图6所示，图中11表示某一探头(101、102、104或105)，靠伺服电机91驱动轴向和径向运动，因为车轴是有台阶的，所以4组探头进行探测时必须要适应不同的直径，故有径向移动，12为耦合溶液，一般为煤油或透明切削液以保证探伤的效果，减轻超声衰减；13为被测车轴。

在自动化探伤中，每根车轴完成检测后，对探伤结果进行自动处理，并根据主机内设定好的缺陷波标准进行评判。探伤机软件具备自动识别的能力。

探伤结束后，机械手抓取被测车轴至出料台，如果探伤机构认为车轴不符合质量要求，可用喷标机构8标出废品。

Claims (6)

1、轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，其特征在于：包括入料工作台(1)、挡放料机构(2)、规正机构(3)、水槽机构(4)、出料台(5)、机械手横移支架(6)、机械手(7)和喷标机构(8)；其中入料工作台(1)是上表面为斜面的长方体形状方钢管焊接框架，挡放料机构(2)固定在入料工作台(1)的中部，规正机构(3)固定在入料工作台(1)右端的前后两侧，机械手横移支架(6)是具有四根支撑梁的方钢管焊接框架结构，四根支撑梁以水槽机构(4)为中心，固定于入料工作台(1)和出料台(5)的前后两侧，机械手横移支架(6)上装有滑轨，机械手(7)固定在滑轨上；水槽机构(4)位于入料台(1)与出料台(5)之间，包括探伤支架(41)、水槽(42)、水槽支架(43)、滚珠丝杠支架(44)、水下支撑机构(9)和探伤机构(10)；其中水槽支架(43)为工型钢，固定在地面，探伤支架(41)、水槽(42)和滚珠丝杠支架(44)固定在水槽支架(43)上，探伤支架(41)的上方固定探伤机构(10)，探伤机构(10)和滚珠丝杠支架(44)的上方固定水下支撑机构(9)，喷标机构(8)通过角铁(85)固定在出料台(5)的前端，对有缺陷的被检工件进行标识。

2、根据权利要求1所述的轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，其特征在于：挡放料机构(2)包括气缸铰链支撑(21)、挡放料驱动气缸(22)、翻转圆盘(23)和拨叉(24)，挡放料驱动气缸(22)与气缸铰链支撑(21)相连，翻转圆盘(23)与挡放料驱动气缸(22)的输出轴相连，拨叉(24)与翻转圆盘(23)固定。

3、根据权利要求1所述的轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，其特征在于：规正机构(3)包括方钢管框架(31)、轴承座(32)、链轮(33)、左规正手(34)、驱动气缸(35)、导向滑轨(36)、气缸推板(37)、右规正手(38)和环形链条(39)，其中方钢管框架(31)固定于地面，其表面安装有导向滑轨(36)，其中部安装有驱动气缸(35)，方钢管框架(31)的两端通过轴承座(32)固定链轮(33)，链轮(33)之间通过环形链条(39)相连，环形链条(39)的一端与左规正手(34)相连，另一端与气缸推板(37)和右规正手(38)相连。左规正手(34)、气缸推板(37)和右规正手(38)固定在导向滑轨(36)上。

4、根据权利要求1所述的轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，其特征在于：水下支撑机构(9)包括伺服电机(91)、同步带(92)、驱动轴(93)、从动滚轮(94)、滚珠丝杠(95)和轴支撑(96)，其中轴支撑(96)沿轴向固定在水槽(42)的底部，伺服电机(91)直接安装于水槽(42)上方方钢管焊接的框架上，同步带(92)与伺服电机(91)和驱动轴(93)相连，驱动轴(93)固定在轴支撑(96)上，从动滚轮(94)置于驱动轴(93)上，滚珠丝杠(95)安装在滚珠丝杠支架(44)的上方，并与从动滚轮(94)相连，用于被测车轴的轴向定位。

5、根据权利要求1所述的轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，其特征在于：探伤机构(10)包括第一探头组(101)、第二探头组(102)、导轨(103)、第三探头组(104)和第四探头组(105)，其中第一探头组(101)、第二探头组(102)和第三探头组(104)、第四探头组(105)分别固定在导轨(103)的左右两端。

6、根据权利要求1所述的轨道交通用车轴自动化超声波探伤装置，其特征在于：喷标机构(8)包括标准自喷漆罐(81)，执行气缸(82)，自喷漆压块(83)，喷标机构主框架(84)，其中主框架(84)为型钢焊接的框架，底部有圆孔槽，自喷漆罐(81)放置在圆孔槽内，用于提供自喷漆；执行气缸(82)固定在喷标机构主框架(84)上的盖板上，通过电磁阀控制通断气使气缸动作，完成对自喷漆罐喷头施加压力，达到喷漆的效果；自喷漆压块(83)一侧与执行气缸(82)固定，另一侧开有与自喷漆罐(81)相配的V形槽，用以传递气缸推力给自喷漆罐(81)的喷头。

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