CN103940913B - Tofd试块自动扫查装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种TOFD试块自动扫查装置，包括扫查架，其特征在于：所述扫查架套设在试块外侧，所述扫查架由X、Y、Z轴三维直线运动模组组成，X方向为扫查试块时的运动方向；该X轴直线运动模组的滑块上连接有编码器，并且所述编码器的输入轴通过滚轮滚动耦合在所述扫查架的不运动部分、试块表面或其它不运动物体的表面上；Z轴直线运动模组的滑块上连接有连接座，第一探头组设置在连接座上，并且所述连接座和第一探头组之间还设有能使所述第一探头组抵触在试块表面的第一弹性件；所述X轴直线运动模组采用电机驱动。本发明将扫查架设置在试块外围，数据采集平稳、图谱平顺无数据丢失，且操作方便。

Description

TOFD试块自动扫查装置

技术领域

本发明涉及超声波检测领域，具体指一种TOFD试块自动扫查装置。

背景技术

TOFD技术是一种基于衍射信号实施检测的技术，其利用波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的原理，采用一发一收两个宽带窄脉冲探头进行检测，探头相对于焊缝中心线对称布置。发射探头产生非聚焦纵波波束以一定角度入射到被检工件中，其中部分波束沿近表面传播被接收探头接收，部分波束经底面反射后被接收探头接收。接收探头通过接收缺陷尖端的衍射信号及其时差来确定缺陷的位置及其高度。TOFD技术具有检测灵敏度高，扫查速度快，对于裂纹、未熔合等面状危害性缺陷有极高的检出率，可及时成像且无辐射污染等许多优点。

根据TOFD检测标准NB/T47013.10-2010规定，利用TOFD技术进行设备缺陷的检测前，应采用对比试块进行检测设置与校准，采用模拟试块对检测工艺进行验证试验。试块调试的准确与否直接影响到实际检测质量，可以说试块扫查是TOFD检测的前提与依据。

现有的试块扫查装置通常包括一个扫查架，扫查架的下端设有带磁性的滚轮和编码器，要能够在试块平面内平稳地行走，至少需要三个滚轮来适配试块表面，通常采用对称设置的四个滚轮；而编码器一般连接在其中一个滚轮上；检测探头则对称设置在扫查架的下部。

试块扫查时，操作人员将扫查架放到试块表面上，用手推动扫查架沿着焊缝的长度方向匀速行走，检测探头和编码器的信号实时传递到处理模块上，处理模块绘制出扫查谱图，根据扫查谱图即可得知缺陷的结构以及所在位置。

但是，由于试块的制造成本非常昂贵，为了降低成本和重量，试块的长、宽尺寸都尽量的小。这样，当扫查架直接放置到试块表面进行扫查时，由于扫查架有一定的长度，因此不论将探头放在扫查架的哪个位置，长度方向上必有一部分试块是探头扫查不到的，也就是说探头对试块的扫查是不完整的，导致数据的不可用。

针对这种情况，人们设计了托台，在托台的表面上制造一个与试块同样结构的凹槽，检测时，将试块放置到凹槽内，使托台的表面和试块的表面位于同一个平面内。通过托台，扫查架得到了一个大于试块长度和宽度的行走平面，这样，扫查架上的探头能够在试块长度方向上进行全程扫查，从而避免检测死角。

但是，当扫查架上的磁性滚轮和探头从托台行走到试块表面时，在试块与托台表面的接缝位置，磁性滚轮和探头经过时均不可避免的会产生跳动，该跳动会导致数据丢失及图谱畸变，严重影响仪器调试的准确性。尤其是当调试厚度大于50mm的试块时，对多通道扫查结果的影响更加明显。并且，为了保证扫查精度，扫查架需要在平面上行走，这给凹槽的加工带来了非常苛刻的尺寸精度要求。

现有的各种手动扫查方式，不仅劳动强度大，而且调试校准质量受到诸多因素的影响，数据容易丢失和畸变，图谱还容易弯曲不直，不利于数据的判读和测量，采集到的图谱与实际情况存在误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种能对TOFD试块进行平稳扫查的自动扫查装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该TOFD试块自动扫查装置，包括扫查架，其特征在于：所述扫查架套设在试块外侧，所述扫查架由X、Y、Z轴三维直线运动模组组成，X方向为扫查试块时的运动方向；该X轴直线运动模组的滑块上连接有编码器，并且所述编码器的输入轴通过滚轮滚动耦合在所述扫查架的不运动部分、试块表面或其它不运动物体的表面上；Z轴直线运动模组的滑块上连接有连接座，第一探头组设置在连接座上，并且所述连接座和第一探头组之间还设有能使所述第一探头组抵触在试块表面的第一弹性件；所述X轴直线运动模组采用电机驱动。

上述方案中，连接座的结构可以有多种，较好的，所述连接座包括与z轴直线运动模组的滑块相连接的基板，基板上设有第一滑轨，第一基座和第二基座分别相对于基板对称地滑动设置在第一滑轨上；所述第一探头组的两个探头分别设置在两个第一固定座上；这两个第一固定座分别通过第一连杆和第二连杆设置在第一基座和第二基座上，所述第一弹性件分别套设在第一连杆和第二连杆上，第一弹性件的两端分别抵触在对应的第一基座、第二基座和所述第一固定座上；所述第一连杆和第二连杆能分别相对于所述第一基座和第二基座上下移动。

上述各方案所提供的扫查装置，由于只能设置一组探头组，只能检测特定厚度的试块；为了使该扫查装置能适配各种厚度的试块的检测，可以在所述基板上还设有至少一根第二滑轨，两个第三基座相对于基板对称的滑动设置在第二滑轨上；第二探头组的两个探头分别通过连杆连接在所述第三基座上，压簧套设在所述连杆上，并且压簧的两端分别抵触在第二固定座和第三基座上；所述连杆能相对于所述第三基座上下移动；

所述第三基座上设有拨叉，拨叉的中部转动连接在第三基座上；

拉簧一端连接在拨叉的第一叉上，另一端连接在第三基座上；拨叉第二叉的下端低于试块的上表面；

所述拨叉的第一叉还枢接有拉板，拉板上设有导向孔，连接轴穿过导向孔连接第二固定座。

考虑到运动稳定性的控制，所述三维直线运动模组可以为同步带型直线运动模组或滚珠丝杠型直线运动模组或者为两者组合使用。

作为改进，还可以将所述三维直线运动模组上至少有一维直线运动模组还设有用于手动驱动三维直线运动模组的手轮。

为了达到扫查过程的自动控制，作为改进，所述三维直线运动模组中至少X轴直线运动模组由电机驱动，该电机连接控制电路，通过控制电路来控制电机的启停和运转。

与现有技术相比，本发明提供了一种TOFD试块自动扫查装置，该装置将探头组的扫查行走设置在试块外围，避免了现有技术中采用托台扫查时探头跳动所导致的数据丢失以及图形畸变的问题，同时又避免了现有技术中直接在试块上行走所带来的扫查不完整的问题，该扫查装置可在三维方向上移动探头组，自动扫查，数据采集平稳、完整并且图谱平顺无数据丢失，且操作方便；优选方案中多组探头组的设计，使得该扫查装置能够适应更多厚度规格的试块，尤其是拨叉和拉簧、压簧等部件的设计，能够使后续的探头组既不影响前一组探头组的扫查，同时又能够无跳动接触试块进入扫查状态，获得与第一探头组同样平顺、完整的扫查数据。

附图说明

图1和图9均为本发明实施例1使用状态的立体示意图；

图2为本发明实施例1中扫查架和第一、二直线运动模组装配后的立体示意图；

图3和图4为本发明实施例1中基板及基板上的装配各零件的立体示意图；

图5为本发明实施例1中部分基板和基座以及第一探头组装配结构的立体示意图；

图6为本发明实施例1中第二滑轨、底座和第二探头组装配结构的立体示意图；

图7为本发明实施例1中第二滑块和第三直线运动模组装配后的立体示意图。

图8为本发明实施例2中第三直线运动模组的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

如图1至图7所示，该TOFD试块自动扫查装置包括：

扫查架，套设在试块4的外侧，包括两根平行设置的第一导轨11和连接在两个第一导轨两端部的连接板12所构成的底框，两根第一导轨11沿试块的长度方向(扫查方向)设置，两根第一导轨11同时为本实施例中三维直线运动模组中第一模组的组件。

三维直线运动模组，用于驱动连接座6在X、Y、Z三维方向运动。本实施例中的三维直线运动模组均为采用同步带结构的直线运动模组。

其中第一直线运动模组1用于驱动连接座6沿X轴方向运动，对试块进行扫查。其包括与扫查架共用的两根第一导轨11，第一导轨11的两端均设有第一传送轮13，第一传送带14沿第一导轨11的长度方向环绕在第一导轨两端的第一传送轮13上，第一传送电机15驱动连接其中一个第一传送轮；另一个第一传送轮上设有第一手轮17。第一传送带14可以通过第一传送电机15驱动转动，也可以通过第一手轮17驱动转动。在两根第一导轨上相对应的第一传送轮之间还连接有传动轴16，通过传动轴16将一个第一传动轮上的转动力矩传递到另一个第一传动轮上。两个第一传送轮13上环绕有第一传送带14，第一传送带14上设有第一滑块18，第一滑块18随第一传送带传动沿X轴方向直线运动，从而使第一探头组沿第一导轨11前后移动。

第二直线运动模组2，用于沿Y轴方向左右移动探头组，以使探头组中的两个探头相对于焊缝对称布置。第二直线运动模组2通过两根支撑臂21连接在两块第一滑块18上，其包括连接在两个支撑臂上的第二导轨22；第二导轨22的两端均设有第二传送轮23。第二传送电机24和第二手轮25分别驱动连接两个第二传送轮23。第二传送带26沿第二导轨22的长度方向环绕设置在两个第二传送轮23上，第二滑块27与第二传送带26固定连接，随第二传送带26的传动沿Y轴方向左右移动。

第三直线运动模组3，设置在第二滑块27上，用于沿Z轴方向上下移动探头组，以适配不同厚度的试块4。其包括设置在第二滑块27上的第三导轨31，设置在第三导轨31两端的两个第三传送轮32，第三传送带33环绕在两个第三传送轮32上，第三传送电机34和第三手轮35均驱动连接在第三传送轮32上。第三滑块36与第三传送带33固定连接，并能随第三传送带33的运动沿第三导轨31上、下移动，从而使探头组沿Z轴方向上下移动。

连接座6，设置在第三滑块36上，用于定位探头组。包括设置在第三滑块36上的基板61，基板61上设有第一滑轨62，第一基座63和第二基座64分别相对于基板61对称设置在第一滑轨62上且能在外力作用下沿第一滑轨62移动；第一连杆65和第二连杆66的上端可移动连接在对应的第一基座63和第二基座64上，第一连杆65和第二连杆66的下端分别连接有第一固定座67，本实施例中第一弹性件68为弹簧，有两个，分别套设在第一连杆65和第二连杆66上。

第二滑轨71，平行于第一滑轨62设置在基板61上，本实施例中设置了两根第二滑轨。第二滑轨以及探头组的数量可以根据试块的厚度以及各探头扫差的深度而定。两个第三基座72相对于基板61对称滑动设置在第二滑轨71上；各第三基座72均连接有连杆74，连杆74的上端可上下移动地连接在对应的第三基座72，连杆74的下端连接第二固定座75；压簧76套设在连杆74上，并且压簧76的两端分别抵触在第三基座72和固定座75上。第三基座72上设有拨叉81，拨叉的中部转动连接在第三基座72上；拉簧82一端连接在拨叉的第一叉上，另一端连接在第三基座72上；拨叉第二叉的下端低于试块的上表面。拨叉的第一叉还枢接有拉板83，拉板83上设有导向孔84，连接轴85穿过导向孔84连接探头。

探头组，本实施例中有三组，其中第一探头组91的两个探头分别设置在第一基座63和第二基座64上，第二探头组92和第三探头组93的两个探头分别对应连接在第二滑轨和第三滑轨的第三基座上。三组探头组的入射角度不同，各自负责一段厚度范围的扫查，三者配合完成较大厚度试块的扫查。

编码器51设置在第一滑块18上，编码器的输入轴上设有滚轮5，滚轮5抵靠在第一导轨的侧壁上，随第一滑块18的运动在第一导轨的侧壁上滚动，从而将位置信息传递给控制芯片。

上述第一传送电机15、第二传送电机24和第三传送电机34均连接控制电路(图中未示出)，通过控制电路来控制三个电机的工作。

该TOFD试块自动扫查装置的工作原理描述如下：

对于厚度比较薄的试块，可以只使用第一探头组，将两个第二探头组以及两根第二滑轨从基板上拆卸下来即可。

扫查时，根据试块上焊缝所在位置，启动第二传送电机，使第二传送带带动第一探头组左右移动，使第一探头组的两个探头相对于焊缝对称；根据试块的厚度，启动第三传送电机，第三传送带沿第三导轨传动带动第一探头组上下移动至合适位置。调整完毕后，第一探头组的两个探头应位于试块表面的边缘，即扫查起始位置；两个探头在第一弹性件的作用下以一定的压力抵触在试块表面。此时，控制电路启动第一传送电机工作，第一探头组在试块表面以一定的速度行走，平顺地对焊缝进行扫差，获得平顺、完整的扫查数据。当第一探头组行走至试块的尾端缘时，控制电路自动控制第一传送电机停止工作。

对于厚度较大的试块，需要第二探头组甚至第三探头组参与扫查工作。此时，将第二滑轨连同第三基座和第二探头组一起安装到基板上。

第二探头组和第三探头组设置有拉簧82，所述拉簧作用于拨叉的第一叉和拉板，通过拉板将固定座上移一定距离，挤压第一弹性件，使第二探头组的位置高于试块的表面，这样，在第二探头组在刚刚进入试块表面上方时不接触试块表面，不会与试块之间产生碰撞。

当第一探头组行走一段距离后，第二探头组进入试块表面上方。此时拨叉的第二叉碰触到试块的侧壁，拨叉在试块侧壁的推动下向后转动，拨叉的第一叉向下运动，第一弹性件在自身弹力的作用下伸张，推动固定座向下运动，使探头组下移并抵触在试块表面，从而进入扫查状态。探头下移进而耦合到试块表面的过程是渐进的，没有振动和冲击，对扫查过程没有不良影响。

后续的第三探头组的工作原理与上述相同。

实施例2

如图8所示，本实施例中的第三直线运动模组3’采用滚珠丝杠结构。其包括设置在第二滑块27上的支架31’，支架31’设有滚珠丝杠32’，本实施例在丝杠的两侧还设有两根导轨33’，第三滑块34’穿设在丝杠和两根导轨上，第三滑块34’与滚珠丝杠32’的丝杠螺母固定连接，与两根导轨33’滑动连接。第三传送电机35’设置在支架31’上并与丝杠34’同轴连接。

相对于实施例1中的同步带结构的第三直线运动模组，本实施例中滚珠丝杠结构的第三直线运动模组对探头组的上、下定位更精确，并有断电自锁功能。

其余内容与实施例1相同，不再赘述。

Claims (4)

1.一种TOFD试块自动扫查装置，包括扫查架，其特征在于：所述扫查架套设在试块外侧，所述扫查架由X、Y、Z轴三维直线运动模组组成，X方向为扫查试块时的运动方向；该X轴直线运动模组的滑块上连接有编码器(51)，并且所述编码器(51)的输入轴通过滚轮(5)滚动耦合在所述扫查架的不运动部分、试块表面或其它不运动物体的表面上；Z轴直线运动模组的滑块上连接有连接座(6)，第一探头组(91)设置在连接座(6)上，并且所述连接座(6)和第一探头组之间还设有能使所述第一探头组(91)抵触在试块表面的第一弹性件(68)；所述X轴直线运动模组采用电机驱动；

所述连接座(6)包括与Z轴直线运动模组的滑块相连接的基板(61)，基板(61)上设有第一滑轨(62)，第一基座(63)和第二基座(64)分别相对于基板(61)对称地滑动设置在第一滑轨(62)上；所述第一探头组(91)的两个探头分别设置在两个第一固定座(67)上；这两个第一固定座(67)分别通过第一连杆(65)和第二连杆(66)设置在第一基座(63)和第二基座(64)上，所述第一弹性件(68)分别套设在第一连杆(65)和第二连杆(66)上，第一弹性件(68)的两端分别抵触在对应的第一基座(63)、第二基座(64)和所述第一固定座(67)上；所述第一连杆(65)和第二连杆(66)能分别相对于所述第一基座(63)和第二基座(64)上下移动。

2.根据权利要求1所述的TOFD试块自动扫查装置，其特征在于所述基板(61)上还设有至少一根第二滑轨(71)，两个第三基座(72)相对于基板(61)对称的滑动设置在第二滑轨(71)上；第二探头组(92)的两个探头分别通过连杆(74)连接在所述第三基座(72)上，压簧(76)套设在所述连杆(74)上，并且压簧的两端分别抵触在第二固定座(75)和第三基座(72)上；所述连杆能相对于所述第三基座上下移动；

所述第三基座(72)上设有拨叉(81)，拨叉的中部转动连接在第三基座(72)上；

拉簧(82)一端连接在拨叉的第一叉上，另一端连接在第三基座(72)上；拨叉第二叉的下端低于试块的上表面；

所述拨叉的第一叉还枢接有拉板(83)，拉板(83)上设有导向孔(84)，连接轴(85)穿过导向孔(84)连接第二固定座(75)。

3.根据权利要求2所述的TOFD试块自动扫查装置，其特征在于所述三维直线运动模组为同步带型直线运动模组或滚珠丝杠型直线运动模组或者为两者组合使用。

4.根据权利要求3所述的TOFD试块自动扫查装置，其特征在于所述三维直线运动模组上至少有一维直线运动模组还设有用于手动驱动直线运动模组的手轮。