CN102507749A - 一种用于复杂形廓超声扫查的a/b轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于复杂结构的超声A/B轴检测装置，实现超声检测装置的五轴联动，用于各种复杂表面的超声检测。要实现检测时传感器中心轴线与被测材料表面垂直，传统的三轴直线运动无法满足要求，通过A/B轴装置可以实现任意角度转动从而满足要求，提高了检测精度和可靠性。本发明特别适合复杂表面的检测，如斜面、管道曲面、凹槽等。

Description

一种用于复杂形廓超声扫查的A/B轴

一、技术领域：

本发明涉及在常规三轴联动超声检测装置的基础上，增加A/B轴结构，实现超声检测装置的五轴联动，用于对各种复杂形廓构件的超声扫查。

二、背景技术：

超声检测作为无损检测的重要方法，因其可靠性高、易于制作成便携式装置等优点广泛用于发动机缸体、航天飞机叶轮叶片、叶轮圆盘部件、壳体等的金属或复合材料的无损检测。

常规液浸超声检测方法一般分为反射式和透射式，两种方法均要求探头中心轴线与被测材料表面保持垂直。通常情况下，X、Y、Z三轴直线运动检测是将被测试件放置在水槽中(水作为耦合剂最常见)，由机械结构固定探头来进行扫查，对表面水平的试件(如板状类)或其他形状规则的试件(如回转类)检测时较容易实现探头中心轴线与被测材料表面的垂直，而在遇到一些复杂结构试件的斜面或曲面的时候，传统的三轴直线运动显然无法满足要求。主要表现在液面下实现绕三个轴的旋转运动十分困难，遇到复杂形状的试件(如斜面、曲面、管道内壁等)进行超声检测时，普通的直线运动达不到要求，因此需要增加该A/B轴装置的设计，使其与X、Y、Z三轴机床结合在一起，实现整个检测装置的五轴联动，不但可以满足对复杂、不规则试件表面的检测，达到检测要求，而且可以提高检测的精度。

西安科技学院的魏娟研制了超声检测五轴检测系统，期刊2001年第2期，它的A/B轴系统需要电机为特种防水电机，与探头一起搁置在水下，不仅对电机要求高，而且造成探头尺寸过大，限制了检测系统的应用场合。

三、发明内容：

本发明的目的是在常规三轴运动扫查装置的基础上，增加A/B轴装置，实现整个检测装置的五轴联动，解决三轴装置对复杂、不规则试件难以检测的难题。同时设计出更换方便的探头座，可以方便的更换不同频率的探头。

本发明的目的是这样实现的：

该A/B轴装置包含的主要构件有：伺服电机，直齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮、联轴器、壳体、套筒轴、轴、探头座、轴承、端盖等。

该装置的主要结构可以分为两个部分，上面的伺服驱动装置和下面的执行结构。由于要实现两个方向的旋转运动，因此选用两个电机分别控制两个轴的旋转，其中一个电机用来控制A轴的运动，可以实现探头在水中独自实现接近360度旋转，即将电机固定在一个套筒轴上面，这个套筒轴本身是由另一个电机控制，实现B轴的360旋转运动。

通过一个直齿圆柱齿轮传动，将电机的转动传递到套筒轴上，实现绕Z轴转动。

通过一对直齿锥齿轮传动，将套筒轴电机(A轴电机)的绕Z轴的转动转化为绕X轴的旋转运动。

通过设计探头座的结构，实现各种频率探头更换。

通过套筒轴中的轴，将水上电机的运动传递到水表面以下，即解决了电机防水的问题。

本发明装置的优点在于：

1、通过此A/B轴装置，与原有三轴直线运动相结合，即实现了五轴联动，基本可以满足各个角度表面材料的检测要求。

2、通过此A/B轴装置，可以达到提高检测精度，它能将运动准确的传递到传感器探头端，控制传感器与表面的距离和角度等，提高检测的精度和效率。

3、解决了电机防水问题，传感器要在水下实现运动，原本需电机能在水中浸泡一定时间，需要达到很高的防水等级，本装置将电机置于水面以上，防水等难要求低，并且可以选择的电机的范围大大增加，如可以选择精度很高的伺服电机，提高运动精度。

4、本A/B轴装置设计尺寸较小，占用空间小，同时传感器探头端也较精小，可以伸入到较小的结构如管道中进行检测。

5、本A/B轴装置的互换性功能很强，长杆套筒轴长度可以调整更换不同长度，传感器可以任意更换，电机及减速装置的选型范围大。

四、附图说明：

附图1为整个超声A/B轴装置。

附图2为探头支撑架10另一视图。

附图3为传感器探头安装座结构。

五、具体实施方式：

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

附图1包含的主要结构构件有步进电机1、18，机座盖2、17，直齿圆柱齿轮对3、16，机座4，15，端盖5，直齿锥齿轮6，探头座7，轴承8，传动轴9、12，探头支撑架10，套筒11，套筒轴13，轴承盖14。

附图2为探头支撑架10的另一视图，包括了一个行程限位开关19。

附图3为传感器探头座结构，包括尼龙顶块20，探头座7，UHF公头引脚固定尼龙块21，UHF公头引脚22。

该装置是通过两个步进电机分别对A和B轴进行控制，其中电机18用来控制传动轴12进行转动，然后通过一对锥齿轮6将运动传达到探头座7上，实现探头的转动。而整个B轴装置由一对直齿轮3带动进行绕Z轴的转动，这个运动通过步进电机1来控制。

本A/B轴装置主要包括两个步进电机、齿轮、限位开关等。如附图1所示，电机1固定在装置2上，即固定在Z轴上面。电机1通过直齿圆柱齿轮将运动传递给套筒轴13，与套筒轴固定的所有装置，即电机18、探头座7等构件均随套筒轴13一起作转动，也就是实现了B轴运动。

本A/B轴装置的下端部分是完全浸在水中，通过步进电机18实现转动，电机18带动齿轮16旋转，再通过传动轴12将运动传递到锥齿轮6，从而实现传动轴9的转动，探头座7随着一起转动，达到实现A轴运动的目的。探头的转动角度须限定在一定范围，为防止探头碰到其他结构损坏探头，探头座两端设有行程限位开关19，如附图2所示，它通过控制电路实现对探头的限位。

本A/B轴装置的传感器探头座，如附图3所示，探头座7的下端攻成5/8-24UNEF的内螺纹，与标准探头螺纹配套，里面设计成各个台阶，用来固定UHF公头引脚22，UHF公头引脚固定尼龙块21将UHF公头引脚22与探头座7固定并且起到绝缘作用，然后从后面用一个尼龙块20顶住UHF公头引脚22，实现两端固定。尼龙块中间有信号线能过的孔，信号线采用双层屏蔽线，防止干扰。

Claims (8)

1.一种用于液浸超声无损扫查的A/B轴装置，包括步进电机，联轴器，直齿圆柱齿轮，直齿锥齿轮，套筒轴，传动轴，机座，探头座，限位开关等结构。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过一对直齿圆柱齿轮将固定于Z轴上电机的旋转运动传递到套筒轴上整个装置，同时也起到减速作用。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过套筒轴，里面套有传动轴，两者之间可以有相对运动，同时为减小套筒轴的直径，固定套筒里面传动轴两端轴承通过套筒两端的转接结构来安装，这样可以使套筒的尺寸很小。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：信号线从传动轴里面引伸出来，因而控制探头运动的电机通过齿轮传递运动，而不是直接与传动轴固接。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：通过一对锥齿轮，将绕Z轴的旋转运动转化为绕X轴的转动，同时带动探头的转动。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：探头架固定于传动轴上，它的下端结构，相当于一根小型探杆，下面螺纹与标准探头螺纹配套，均为5/8-24UNEF，实现更换方便。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：里面的UHF公头引脚为铝合金或其他导电材料，用两块尼龙块固定，从中间引出信号线，各个尺寸为一个设计的例子，尺寸变化均为权利要求范围之内。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在固定架上设定限位开关，实现探头行程限定，保护探头，行程限位开关可以选择接触式或非接触式。

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