CN104597134A - 一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于检测机器人领域，特别是一种适用于汽轮机焊接转子相控阵超声波无损检测夹具。该发明克服了现有方案中没有定位、驱动装置的缺陷以及利用视觉和测厚方法检测焊接转子焊缝的不足的技术问题。所述系统主要吸附式移动平台、定位系统和可驱动夹具组成。本发明的优点在于依靠夹具末端的旋转自由度和弹簧弹力使楔块自动适应焊接转子表面角度，并与其紧密贴合；可通过驱动电机和传动机构实现楔块的横向移动，使楔块对焊接转子表面不同位置进行检测；在定位系统作用下实现与焊接转子之间的轴向定位，从而使楔块可以准确地对准焊缝。

Description

一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具

技术领域

本发明属于检测机器人领域，特别是一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具。

背景技术

转子是汽轮机的核心部件，其结构形式很多，如整锻转子、套装转子、焊接转子和组合转子等。与常规火电机组汽轮机转子相比，核电站汽轮机转子体积和重量都大，加工精度要求高，一般均采用焊接转子。

为保证焊接转子的质量，在制过程中、制备完成后、在役过程中均需要进行焊缝的相控阵超声波检测，相控阵探头和楔块较大，并且需要在焊缝不同位置，采用不同的楔块进行检测。特别是在制备完成后及在役过程中，由于转子装有叶片，作业空间变得极其狭小。

目前，针对相控阵超声检测已经具有成熟的夹具和检测系统，但由于焊接转子应用场合的特殊情况，现有方案都无法在焊接转子上进行使用。

如专利申请号为201010248503.2，申请日期为2010年8月14日，名为“焊缝超声检测扫查装置”的发明专利；以及申请号为201310685223.1，申请日期为2013年12月13日，名为“厚壁接管焊缝超声检测装置”，这两个方案均可以夹持超声探头进行检测，但两个方案均没有设计定位装置，在焊接转子的检测中，不能固定扫查的位置，使整个扫查数据不可靠；其次两套方案均无驱动机构，不能在工件上进行自动检查。基于以上两点，两个方案不能应用于焊接转子场合。

又如专利申请号为201210192602.2，申请日期为2012年6月12日，名为“焊缝智能跟踪超声检测机器人及其软件分析系统”的发明专利，该发明介绍了一种根据视觉传感器和测厚超声探头进行定位的超声检测机器人，由于焊接转子焊缝被加工后，无法通过视觉传感器进行识别，并且焊接转子厚度固定不变，所以视觉和测厚的方法无法在焊接转子的检测中进行使用，不适合焊接转子场合的使用。

发明内容

为了克服背景技术中没有定位、驱动装置的缺陷以及利用视觉和测厚方法检测焊接转子焊缝的不足，本发明特提出一种新型的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具。

本发明所述的一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，所述夹具包括吸附式移动平台（1）、定位系统（2）及可驱动夹具（3）；所述的吸附式移动平台1吸附在焊接转子4表面，并可沿焊接转子4圆周方向自由滑动；所述的定位系统（2）固定在吸附式移动平台（1）上，并与焊接转子（4）两边侧壁面接触，实现轴向定位；所述的可驱动夹具（3）固定在吸附式移动平台（1）上，并夹持相控阵检测楔块（5），使其与焊接转子（4）表面接触进行检测。

进一步的，所述吸附式移动平台（1）包括支撑架（6）、滚动轮（7）、滑块（8）、磁铁（9）及旋转编码器（10）；滚动轮（7）与滑块（8）分别固定在支撑架（6）底部，工作时与焊接转子（4）表面接触，使吸附式移动平台（1）可沿焊接转子（4）圆周方向运动；磁铁（9）固定在支撑架（6）底部并与焊接转子（4）保持一定的距离，使吸附式移动平台（1）吸附在焊接转子（4）表面，所述距离为1~5mm；旋转编码器（10）与滚动轮（7）连接，检测滚动轮（7）的旋转圈数，根据旋转圈数计算并得出吸附式移动平台（1）与焊接转子（4）的相对位置。

进一步的，所述定位系统（2）包括固定支撑杆（11）、弹性支撑杆（12）、轴套（13）、直线轴承（14）、固定环（15）、滚珠（16）、压缩弹簧（17）及手柄（18）；轴套（13）、固定环（15）及直线轴承（14）固定在吸附式移动平台（1）的支撑架（6）上，轴套（13）和固定环（15）同轴安装，直线轴承（14）与轴套（13）平行安装；固定支撑杆（11）安装在轴套（13）和固定环（15）内，固定支撑杆（11）可沿轴套（13）轴向滑动，以调节定位距离；固定环（15）可在任意位置锁紧固定支撑杆（11）以阻止其滑动，锁紧方式包括抱紧、螺丝顶紧等；滚珠（16）安装在固定支撑杆（11）与弹性支撑杆（12）的末端，工作中与焊接转子（4）的两边侧壁接触并相对其滚动；压缩弹簧（17）安装在直线轴承（14）与弹性支撑杆（12）之间，以使弹性支撑杆（12）末端的滚珠（16）顶紧两边侧壁，从而实现轴向定位。

进一步的，所述可驱动夹具（3）包括固定底座（19）、横向滑动架（20）、竖直滑动架（21）、楔块夹持架（22）、驱动电机（23）、滑动机构（24）、传动机构（25）、导向机构（26）和压缩弹簧（27）；固定底座（19）安装在吸附式移动平台（1）的支撑架（6）上；滑动机构（24）安装在横向滑动架（20）与固定底座（19）之间，使横向滑动架（20）可以与固定底座（19）相对滑动；驱动电机（23）安装在横向滑动架（20）上，传动机构（25）连接驱动电机（23）输出轴和固定底座（19），通过驱动电机（23）和传动机构（25）的作用实现横向滑动架（20）和固定底座（19）的相对横向滑动；导向机构（26）连接横向滑动架（20）和竖直滑动架（21），使两者可以相对上下滑动；楔块保持架（22）通过铰接结构与竖直滑动架（21）连接，并可与其相对转动；压缩弹簧（27）安装在横向滑动架（20）和竖直滑动架（21）之间；楔块夹持架（22）夹持楔块，通过压缩弹簧（27）的作用使相控阵检测楔块（5）压紧焊接转子（4）表面，通过竖直滑动架（21）与楔块夹持架（22）之间的转动自由度使楔块与焊接转子表面相互贴合，通过驱动电机的驱动使楔块实现横向不同位置的检测。

进一步的，所述滑动机构（24）为滑轨滑块或导柱导套。

本发明所述的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其特点在于：

所述的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其作用为装夹相控阵超声波无损检测楔块和探头，并依靠夹具末端的旋转自由度和弹簧弹力使楔块自动适应焊接转子表面角度，并与其紧密贴合；

所述的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，可通过驱动电机和传动机构实现楔块的横向移动，使楔块对焊接转子表面不同位置进行检测。

所述的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，可在定位系统作用下实现与焊接转子之间的轴向定位，从而使楔块可以准确地对准焊缝。

附图说明

图1 本发明设计的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具正视图。

其中，1是吸附式移动平台，2是定位系统，3是可驱动夹具，4是焊接转子，5是相控阵检测楔块

图2 本发明设计的焊接转子相控阵超声波无损检测夹具俯视图。

其中，1是吸附式移动平台，2是定位系统，3是可驱动夹具，4是焊接转子

图3 本发明设计的吸附式移动平台。

其中，6是支撑架，7是滚动轮，8是滑块，9是磁铁，10是旋转编码器

图4 本发明设计的定位系统。

其中，11是固定支撑杆，12是弹性支撑杆，13是轴套，14是直线轴承，15是固定环，16是滚珠，17是压缩弹簧，18是手柄

图5 本发明设计的可驱动夹具正视图。

其中，19是固定底座，20是横向滑动架，21是竖直滑动架，22是楔块夹持架，23是驱动电机，24是滑动机构，25是传动机构，26是导向机构，27是压缩弹簧

图6 本发明设计的可驱动夹具侧视图。

其中，19是固定底座，20是横向滑动架，21是竖直滑动架，22是楔块夹持架，23是驱动电机，24是滑动机构，25是传动机构，26是导向机构，27是压缩弹簧。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明。

如图1、图2所示，焊接转子相控阵超声波无损检测夹具由吸附式移动平台1、定位系统2和可驱动夹具3组成。所述的吸附式移动平台1吸附在焊接转子4表面，并可沿焊接转子4圆周方向自由滑动；所述的定位系统2固定在吸附式移动平台1上，并与焊接转子4两侧壁面接触，实现轴向定位；所述的可驱动夹具3固定在吸附式移动平台1上，并夹持相控阵检测楔块5，使其与焊接转子4表面接触进行检测。

如图3所示，吸附式移动平台1由支撑架6、滚动轮7、滑块8、磁铁9和旋转编码器10组成。滚动轮7与滑块8分别固定在支撑架6底部，工作时与焊接转子4表面接触，从而使吸附式移动平台1可沿焊接转子4圆周方向运动；磁铁9固定在支撑架6底部并与焊接转子4保持一定的距离，从而使吸附式移动平台1吸附在焊接转子4表面；旋转编码器10与滚动轮7连接，检测滚动轮7的旋转圈数，从而得出吸附式移动平台1与焊接转子4的相对运动。

如图4所示，所述的定位系统2由固定支撑杆11、弹性支撑杆12、轴套13、直线轴承14、固定环15、滚珠16、压缩弹簧17和手柄18组成。两个轴套13、两个固定环15和两个直线轴承14分别固定在吸附式移动平台1的支撑架6上，每个轴套13和每个固定环15组对并同轴安装在支撑架6的两端，两个直线轴承14分别与两个轴套13平行并安装在支撑架6的两端；固定支撑杆11安装在轴套13和固定环15上，固定支撑杆11可沿轴套13轴向滑动，以调节定位距离；固定环15可在任意位置锁紧固定支撑杆11以阻止其滑动，锁紧方式包括抱紧、螺丝顶紧等；滚珠16安装在固定支撑杆11与弹性支撑杆12的末端，工作中与焊接转子4的壁面接触并相对其滚动；压缩弹簧17安装在直线轴承14与弹性支撑杆12之间，以使弹性支撑杆12末端的滚珠16顶紧壁面，从而实现轴向定位。

如图5、6所示，可驱动夹具3由固定底座19、横向滑动架20、竖直滑动架21、楔块夹持架22、驱动电机23、滑动机构24、传动机构25、导向机构26和压缩弹簧27组成。固定底座19安装在吸附式移动平台1的支撑架6上，连接方式为螺栓连接；横向滑动架20通过滑动机构24与固定底座19连接，从而可相对其横向滑动，其中滑动机构24的滑轨与固定底座19固定，滑块与横向滑动架24固定；驱动电机23安装在横向滑动架20上，传动机构25为齿轮齿条机构，其中齿轮安装在驱动电机23的输出轴上，齿条安装在固定底座19上，通过驱动电机23和传动机构25的作用实现横向滑动架20和固定底座19的相对横向滑动；导向机构26为导柱导套机构，其中导套与横向滑动架20固定，导柱与竖直滑动架21固定，使横向滑动架20和竖直滑动架21可以相对上下滑动；楔块保持架22通过铰接结构与竖直滑动架21连接，并可与其相对转动，铰接结构具体为圆柱销轴结构；压缩弹簧27安装在横向滑动架20和竖直滑动架21之间；楔块夹持架22夹持相控阵楔块5，通过压缩弹簧27的作用使相控阵楔块5压紧焊接转子4表面，通过竖直滑动架21与楔块夹持架20之间的转动自由度使相控阵楔块5与焊接转子4表面相互贴合，通过驱动电机23的驱动使相控阵楔块5实现横向不同位置的检测。

对于具体实施方式的理解的描述仅仅是为帮助理解本发明，而不是用来限制本发明的。本领域技术人员均可以利用本发明的思想进行一些改动和变化，只要其技术手段没有脱离本发明的思想和要点，仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其特征在于：所述夹具包括吸附式移动平台（1）、定位系统（2）及可驱动夹具（3）；所述的吸附式移动平台（1）吸附在焊接转子（4）表面，并可沿焊接转子（4）圆周方向自由滑动；所述的定位系统（2）固定在吸附式移动平台（1）上，并与焊接转子（4）两边侧壁面接触，实现轴向定位；所述的可驱动夹具（3）固定在吸附式移动平台（1）上，并夹持相控阵检测楔块（5），使其与焊接转子（4）表面接触进行检测。

2.根据权利要求1所述的一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其特征在于：所述吸附式移动平台（1）包括支撑架（6）、滚动轮（7）、滑块（8）、磁铁（9）及旋转编码器（10）；滚动轮（7）与滑块（8）分别固定在支撑架（6）底部，工作时与焊接转子（4）表面接触，使吸附式移动平台（1）可沿焊接转子（4）圆周方向运动；磁铁（9）固定在支撑架（6）底部并与焊接转子（4）保持一定的距离，使吸附式移动平台（1）吸附在焊接转子（4）表面；旋转编码器（10）与滚动轮（7）连接，检测滚动轮（7）的旋转圈数。

3.根据权利要求1所述的一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其特征在于：所述定位系统（2）包括固定支撑杆（11）、弹性支撑杆（12）、轴套（13）、直线轴承（14）、固定环（15）、滚珠（16）、压缩弹簧（17）及手柄（18）；轴套（13）、固定环（15）及直线轴承（14）固定在吸附式移动平台（1）的支撑架（6）上，轴套（13）和固定环（15）同轴安装，直线轴承（14）与轴套（13）平行安装；固定支撑杆（11）安装在轴套（13）和固定环（15）内，固定支撑杆（11）可沿轴套（13）轴向滑动，以调节定位距离；固定环（15）可在任意位置锁紧固定支撑杆（11）以阻止其滑动，锁紧方式包括抱紧、螺丝顶紧等；滚珠（16）安装在固定支撑杆（11）与弹性支撑杆（12）的末端，工作中与焊接转子（4）的两边侧壁接触并相对其滚动；压缩弹簧（17）安装在直线轴承（14）与弹性支撑杆（12）之间，以使弹性支撑杆（12）末端的滚珠（16）顶紧两边侧壁，从而实现轴向定位。

4.根据权利要求1所述的一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其特征在于：所述可驱动夹具（3）包括固定底座（19）、横向滑动架（20）、竖直滑动架（21）、楔块夹持架（22）、驱动电机（23）、滑动机构（24）、传动机构（25）、导向机构（26）和压缩弹簧（27）；固定底座（19）安装在吸附式移动平台（1）的支撑架（6）上；滑动机构（24）安装在横向滑动架（20）与固定底座（19）之间，使横向滑动架（20）可以与固定底座（19）相对滑动；驱动电机（23）安装在横向滑动架（20）上，传动机构（25）连接驱动电机（23）输出轴和固定底座（19），通过驱动电机（23）和传动机构（25）的作用实现横向滑动架（20）和固定底座（19）的相对横向滑动；导向机构（26）连接横向滑动架（20）和竖直滑动架（21），使两者可以相对上下滑动；楔块保持架（22）通过铰接结构与竖直滑动架（21）连接，并可与其相对转动；压缩弹簧（27）安装在横向滑动架（20）和竖直滑动架（21）之间；楔块夹持架（22）夹持楔块，通过压缩弹簧（27）的作用使相控阵检测楔块（5）压紧焊接转子（4）表面，通过竖直滑动架（21）与楔块夹持架（22）之间的转动自由度使相控阵检测楔块（5）与焊接转子（4）表面相互贴合，通过驱动电机（23）的驱动使相控阵检测楔块（5）实现横向不同位置的检测。

5.根据权利要求4所述的一种焊接转子相控阵超声波无损检测夹具，其特征在于：所述滑动机构（24）为滑轨滑块或导柱导套。