CN106226013B - 风电叶片超声无损检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电叶片超声无损检测装置。底盘下底面装有多个用于滚动支撑的万向滚轮，底盘上安装有升降机构，升降机构连接悬臂式托盘，多自由度工作台安装在悬臂式托盘上，扫查执行机构固定在多自由度工作台上，通过多自由度工作台控制扫查执行机构位置的调整和定位，扫查执行机构上固定安装有探头加载臂，通过控制扫查执行机构上的探头加载臂对风电叶片进行超声无损检测。本发明可有效检测风电叶片龙骨碳纤维复合材料粘接质量，及时发现粘接面处可能存在的脱粘、鼓包、气孔等缺陷，确保叶片安装服役前的质量安全。本方法及装置可应用于风力发电、船舶和石油化工等领域。

Description

风电叶片超声无损检测装置
技术领域
本发明涉及一种超声检测装置，具体是涉及一种风电叶片超声无损检测装置。
背景技术
“风电”作为一种环保可再生的新能源形式，近年来发展速度非常迅速，受到国际普遍重视。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿千瓦，到2003年底全国风力装机约5.67亿千瓦；2014年末国家能源局规划海上总装机容量1053万千瓦，然而截止2015年7月底，累计完成的装机容量6.1万千瓦，与拟定完成的总装机容量还相差甚远。这意味着，国内风电的发展将进入快速发展模式。
“风电叶片”是直接将风能转为机械能的中间环节，也是整个能量转换历程的关键原点，在整个风力发电机组中举足轻重。因此，它的健康与否直接关系到了风力发电的实施及转换效率。随着装机容量的增大，叶片的体积往往也会增大，考虑到能量转换效率，其自身重量受到了制约。为此，风电叶片制造选材上使用了大量非金属类有机材料和复合材料，在保证足够强度和刚度的基础上，“效率”和“重量”两大问题找到了解决“平衡点”。然而，选择有机材质和复合材料使用粘接工艺制造曲面状叶片的同时又引入了质量监测的难题，那就是：如何确保叶片生产效率稳步提高又不牺牲出厂质量，其中，位于叶片龙骨部位的碳纤维复合材料粘接质量又往往是监测的重中之重。如何确保在不破坏已有的粘接状态并获得内部粘接信息，是“叶片生产工艺”题中应有之意。
超声无损检测作为一种安全的检测技术，由于其扫描的深度大，具有A、B、C三种基本扫描方式，结合相控阵技术的日益成熟，可以检测到叶片近外表面及以下的缺陷，近年来在风电叶片生产中得到应用拓展的契机。
发明内容
针对背景技术领域中存在的迫切需求，本发明的目的在于提供一种风电叶片超声无损检测装置，用于风电叶片生产线的质量监测。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括扫查执行机构、多自由度工作台、升降机构、悬臂式托盘、水箱组件、底盘和万向滚轮；底盘下底面装有多个用于滚动支撑的万向滚轮，底盘上安装有升降机构，升降机构连接悬臂式托盘，多自由度工作台安装在悬臂式托盘上，扫查执行机构固定在多自由度工作台上，通过多自由度工作台控制扫查执行机构位置的调整和定位，扫查执行机构上固定安装有探头加载臂，通过控制扫查执行机构上的探头加载臂对风电叶片进行超声无损检测。
所述升降机构包括升降减速电机、Z轴电机安装座、电机安装板、Z轴联轴器、两个立柱、梯形丝杆、两根Z轴直线导轨、方形轴承座、升降底座、底座轴承座、Z轴拖链、两个Z轴限位传感器和两个Z轴缓冲块；升降底座置于底盘上，电机安装板位于升降底座上方，升降减速电机通过Z轴电机安装座固定安装在电机安装板上，梯形丝杆上端部通过方形轴承座套装在电机安装板的通孔中，上端部延伸出电机安装板后经Z轴联轴器与升降减速电机连接，梯形丝杆下端通过底座轴承座套装在升降底座的通孔中，Z轴拖链上端安装在电机安装板上，下端向下悬挂并固定连接到所述悬臂式托盘上，所述悬臂式托盘与梯形丝杆连接形成丝杠螺母副；电机安装板和升降底座之间经两侧的立柱支撑固定，其中一侧立柱的前端面固定有竖直平行安装的Z轴直线导轨，所述悬臂式托盘连接到Z轴直线导轨上并沿Z轴直线导轨移动，Z轴直线导轨的底部设有用于防止悬臂式托盘下降碰撞的Z轴缓冲块，Z轴直线导轨底部附近的立柱侧壁装有用于防止悬臂式托盘升降越程的Z轴限位传感器，Z轴直线导轨上嵌装有滑块，滑块与所述悬臂式托盘固定连接。
所述悬臂式托盘包括托盘座、两个托臂、两根托臂直线导轨、两组定位支撑筋、两个缓冲限位块、工作台限位挡臂和第二Z轴拖链安装板；托盘座安装在所述升降机构上，托盘座背面中央固定有梯形螺母，梯形螺母与梯形丝杆连接形成丝杠螺母副，梯形丝杆转动带动托盘座升降从而带动悬臂式托盘升降，两个托臂水平平行地安装在托盘座侧面，两个托臂之间用于定距的定位支撑筋，每个托臂顶面设有托臂直线导轨，托臂直线导轨嵌装有滑块，滑块与所述多自由度工作台固定连接，使得所述多自由度工作台沿托臂直线导轨水平移动；托臂的一端固定在托盘座侧面并设有用于防止多自由度工作台移动碰撞的缓冲限位块，另一端作为自由端并设有用于限位多自由度工作台的工作台限位挡臂，托盘座一侧上部固定有第二Z轴拖链安装板，第二Z轴拖链安装板与所述升降机构连接。
所述的多自由度工作台包括两个X轴卡座、模组安装台板、左右摆动支座、两个左右摆动限位螺钉、前后旋转主轴、两个前后转动限位螺钉、两个主轴轴承座、两个主轴锁紧机构、活动工作台、工作台底座和Z向旋转轴；工作台底座固定安装在所述悬臂式托盘上，工作台底座中心和活动工作台中心通过Z向旋转轴铰接连接，活动工作台上设有水平的前后旋转主轴，前后旋转主轴两端经主轴轴承座铰接安装在活动工作台上；模组安装台板底面中部固定有左右摆动支座，左右摆动支座和前后旋转主轴的中部之间通过销轴铰接，销轴垂直于前后旋转主轴，模组安装台板顶面沿长度方向的两端各固定安装有用于连接所述扫查执行机构的X轴卡座。
所述的前后旋转主轴中部铣有两个凹槽，凹槽底面为平面，凹槽中间开有销轴孔，销轴两端伸出销轴孔铰接到左右摆动支座的孔中。
所述的前后旋转主轴两端部附近的周面上部对称地固定安装有用于限制模组安装台板左右摆动角度的左右摆动限位螺钉；活动工作台的水平面沿长度方向左右对称铣有旋转弧形限位槽和前后旋转限位槽，前后旋转主轴两端部附近的周面下部对称地固定安装有用于限位前后旋转主轴旋转的前后转动限位螺钉，前后转动限位螺钉下端伸到前后旋转限位槽中，使得前后旋转主轴旋转受前后旋转限位槽范围的限制；工作台底座顶面两侧对称固定有水平转动限位螺钉，水平转动限位螺钉伸入到活动工作台的旋转弧形限位槽中，使得工作台底座中心和活动工作台之间的旋转受旋转弧形限位槽范围限制。
所述的扫查执行机构包括主要由滑块和直线导轨构成的X轴直线模组和Y轴直线模组以及Y轴拖链、第一Y轴拖链安装板、第二Y轴拖链安装板、Y轴固定座、X轴拖链、第一X轴拖链安装板、第二X轴拖链安装板、四个相同的限位传感器、两台相同的步进电机、联轴器、两个吸盘安装座、两个吸盘安装杆、两个吸盘连杆和四个真空吸盘装置；X轴直线模组的直线导轨固定安装在所述多自由度工作台并水平布置，X轴直线模组直线导轨两端均延伸设有吸盘安装座，吸盘连杆通过吸盘安装杆竖直固定在吸盘安装座侧面，吸盘连杆上下两端分别安装一真空吸盘装置；Y轴直线模组的直线导轨通过Y轴固定座固定在X轴直线模组的滑块上并竖直布置，所述探头加载臂安装在Y轴直线模组的滑块上，Y轴直线模组的滑块上固定有第二Y轴拖链安装板，Y轴直线模组的直线导轨上端固定有第一Y轴拖链安装板，Y轴拖链的一端连接到第一Y轴拖链安装板，另一端连接到第二Y轴拖链安装板；X轴直线模组直线导轨的一端固定有第一X轴拖链安装板，Y轴直线模组直线导轨的上端固定有第二X轴拖链安装板，X轴拖链的一端连接到第一X轴拖链安装板，另一端连接到第二X轴拖链安装板。
所述的探头加载臂包括耐磨靴、超声波探头、探头座后座、探头顶丝、两个抱杆、转向连杆、牵引座、两个缓冲片、导杆固定座、两根弹簧导杆、两根弹簧、U型滑块、探头座导向杆、五个自润滑轴承、导杆限位挡板、前端盖板、后端盖板、两根滑块导杆、滑块导杆挡板、紧凑型气缸和加载臂安装座；加载臂安装座内端面安装在所述扫查执行机构的Y轴直线模组的滑块上，加载臂安装座外端面前方设有U型滑块和滑块导杆挡板，两根平行的滑块导杆一端固定在加载臂安装座外端面，另一端之间穿过U型滑块固定在滑块导杆挡板，紧凑型气缸缸体固定在两根滑块导杆之间的加载臂安装座外端面，紧凑型气缸的气缸杆与U型滑块固定连接，紧凑型气缸运行带通U型滑块沿滑块导杆方向移动；平行的两根弹簧导杆和探头座导向杆的一端均活动穿过U型滑块与导杆限位挡板固定连接，另一端与导杆固定座固定连接，探头座导向杆位于两根弹簧导杆之间，导杆固定座和U型滑块之间的两根弹簧导杆均套有弹簧；导杆固定座与牵引座固定连接，两个缓冲片分别装在牵引座两侧的矩形槽内，转向连杆中部铰接通过销轴在牵引座竖直的铰接孔，转向连杆水平布置，转向连杆两端分别与一抱杆的一端连接，两个抱杆和耐磨靴有限位地活动铰接；耐磨靴的前端面中间装有超声波探头，超声波探头周围一圈均布设有出水孔，耐磨靴的正上方设有进水口，进水口与水箱组件连接，探头座后座经探头顶丝固定在耐磨靴后端面。
所述水箱组件包括箱体、盖板、液位传感器、水泵和水管；水泵固定在箱体的底部，箱体顶面一侧开有出水口和水泵电源接口，靠近出水口的顶面另一侧设有盖板，水泵与出水口之间通过水管连接，水泵经电线与水泵电源接口连接，使得水泵通过水泵电源接口供电，出水口经水管与所述耐磨靴的进水口连接；箱体侧壁开有溢流口和供水口，溢流口位于供水口上方，箱体底面开有排水口，液位传感器置于箱体内且靠近箱体内壁，液位传感器接口设在箱体顶面。
本发明根据风电叶片的生产工艺和自身异形曲面的特征，设计了一种五自由度的二维超声扫查执行机构。在叶片的不同曲面段，通过调整二维超声扫查执行机构的各个自由度的姿态，使得超声波探头与叶片待检区域完全贴合。贴合后，启动真空发生组件，扫查执行机构两端的真空吸盘装置吸附到叶片表面，通过触摸屏设置超声探头扫描范围和超声仪器的声学检测参数后，启动水泵供水后，待耦合水稳定后启动二维扫查执行机构进入自动区域扫描，超声探头沿叶片表面行进过程中超声仪器实时显示检测结果。当设定的扫描区域完全覆盖后，超声仪器显示整个扫描区域的二维C扫图像，通过分析图像颜色的深浅，确定检测区域内是否存在缺陷。
本发明具有的有益效果是：
本发明是具有五自由度的二维超声扫查执行机构，使得面向被检对象的超声波探头能够适应风电叶片各个区段的曲率，确保超声波探头至被检对象的水耦合距离可靠稳定大大减少扫查过程中的缺陷误报率。
同时，本发明的探头加载臂中引入紧凑型气缸，使得探头加载臂在面向被检对象法线法向上获得两级伸缩。引入两级使得耐磨靴的磨损量大大减小，提高耐磨靴的使用寿命。移动式的底盘加之挂载的水箱组件，使得整个设备可随意移动，满足移动式检测的需求。
本发明的X轴直线模组两端延伸端装有真空吸盘装置，检测时吸附在被检对象表面，使得扫查执行机构调整好的姿态被可靠锁定，探头加载臂与被检对象表面获得可靠压紧力。
整个装置可有效监测风电叶片复合材料和龙骨的粘接质量，及时发现粘接面处可能存在的脱粘、鼓包、气孔等缺陷，确保叶片安装服役前的质量安全。
本发明具有多自由度的姿态调整能力，符合风电叶片的结构特点，易于实施。本发明可应用于风电、造船和军工等领域。
附图说明
图1是检测设备三维图。
图2是升降机构图。
图3是悬臂式托盘侧视图。
图4是悬臂式托盘俯视图。
图5是多自由度工作台活动状态立体图一。
图6是多自由度工作台活动状态立体图二。
图7是活动工作台的俯视图。
图8是扫查执行机构的立体图。
图9是扫查执行机构的侧视图。
图10是探头加载臂的侧视图。
图11是探头加载臂的立体图。
图12是水箱结构示意图。
图中：1、多自由度工作台，2、扫查执行机构，3、升降机构，4、悬臂式托盘，5、探头加载臂，6、水箱组件，7、万向滚轮，8、底盘；
2、扫查执行机构：209、吸盘安装座，210、步进电机，211、X轴拖链，212、Y轴拖链，213、第一Y轴拖链安装板，215、Y轴直线模组，216、吸盘连杆，217、真空吸盘装置，218、Y轴固定座，219、第二Y轴拖链安装板，220、X轴直线模组，221、限位传感器，222、联轴器，223、吸盘安装杆，224、第一X轴拖链安装板，225、第二X轴拖链安装板；
5、探头加载臂：526、耐磨靴，527、探头座后座，528、探头顶丝，529、缓冲片，530、自润滑轴承，531、紧凑型气缸，532、加载臂安装座，533、导杆限位挡板，534、后端盖板，535、前端盖板，536、滑块导杆挡板，537、探头座导向杆，538、抱杆，539、超声波探头，540、转向连杆，541、牵引座，542、滑块导杆，543、U型滑块，544、弹簧，545、弹簧导杆，546、导杆固定座；
4、悬臂式托盘：447、第二Z轴拖链安装板，448、托盘座，449、托臂，450、工作台限位挡臂，451、托臂直线导轨，452、定位支撑筋，453、缓冲限位块，454、梯形螺母；
1、多自由度工作台：154、X轴卡座，155、模组安装台板，156、左右摆动支座，157、左右摆动限位螺钉，158、主轴轴承座，159、Z向旋转轴，160、工作台底座，161、活动工作台，162、前后转动限位螺钉，163、主轴锁紧机构，164、前后旋转主轴，165、水平转动限位螺钉；
3、升降机构：365、升降减速电机，366、Z轴联轴器，367、Z轴电机安装座，368、立柱，369、梯形丝杆，370、Z轴缓冲块，371、底座轴承座，372、Z轴限位传感器，373、升降底座，374、Z轴拖链，375、Z轴直线导轨，376、方形轴承座，377、电机安装板；
6、水箱组件：693、箱体，694、盖板，695、出水口，696、水泵电源口，697、液位传感器接口，698、溢流口，699、供水口，6100、液位传感器，6101、排水口，6102、水泵，6103、水管。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括扫查执行机构2、多自由度工作台1、升降机构3、悬臂式托盘4、水箱组件6、底盘8和万向滚轮7；底盘8置于地面，底盘8下底面装有多个用于滚动支撑的万向滚轮7，底盘8上安装有升降机构3，升降机构3连接悬臂式托盘4，悬臂式托盘4通过升降机构3上下移动，多自由度工作台1安装在悬臂式托盘4上，扫查执行机构2固定在多自由度工作台1上，通过多自由度工作台1控制扫查执行机构2位置的调整和定位，扫查执行机构2上固定安装有探头加载臂5，通过控制扫查执行机构2上的探头加载臂5对风电叶片进行超声无损检测。
如图2所示，升降机构3包括升降减速电机365、Z轴电机安装座367、电机安装板377、Z轴联轴器366、两个立柱368、梯形丝杆369、两根Z轴直线导轨375、方形轴承座376、升降底座373、底座轴承座371、Z轴拖链374、两个Z轴限位传感器372和两个Z轴缓冲块370。升降底座373置于底盘8，电机安装板377位于升降底座373上方，升降减速电机365通过Z轴电机安装座367固定安装在电机安装板377上，梯形丝杆369上端部通过方形轴承座376套装在电机安装板377的通孔中，上端部延伸出电机安装板377后经Z轴联轴器366与升降减速电机365连接，梯形丝杆369下端通过底座轴承座371套装在升降底座373的通孔中，Z轴拖链374上端安装在电机安装板377上，下端向下悬挂并固定连接到所述悬臂式托盘4上，Z轴拖链374用于安放电机线缆、气管和水管，所述悬臂式托盘4与梯形丝杆369连接形成丝杠螺母副。
电机安装板377和升降底座373之间经两侧的立柱368支撑固定，立柱68的两端分别固定在电机安装板77和升降底座73之间，其中一侧立柱68的前端面固定有竖直平行安装的Z轴直线导轨375，所述悬臂式托盘4连接到Z轴直线导轨375上并沿Z轴直线导轨375移动，Z轴直线导轨375的底部设有用于防止悬臂式托盘4下降碰撞的Z轴缓冲块370，Z轴直线导轨375底部附近的立柱368侧壁装有用于防止悬臂式托盘4升降越程的Z轴限位传感器372，Z轴直线导轨375上嵌装有滑块，滑块与所述悬臂式托盘4固定连接，使得悬臂式托盘4沿Z轴直线导轨375上下移动；
如图3和图4所示，悬臂式托盘4包括托盘座448、两个托臂449、两根托臂直线导轨451、两组定位支撑筋452、两个缓冲限位块453、工作台限位挡臂450和第二Z轴拖链安装板447；托盘座448安装在所述升降机构3的Z轴直线导轨375的滑块上，托盘座448后部侧面固定有梯形螺母454，梯形螺母454与梯形丝杆369连接形成丝杠螺母副，梯形丝杆369转动带动托盘座448升降从而带动悬臂式托盘4升降，两个托臂449水平平行地安装在托盘座448侧面，两个托臂449之间连接用于固定的定位支撑筋452，每个托臂449顶面设有托臂直线导轨451，托臂直线导轨451嵌装有滑块，滑块与所述多自由度工作台1的工作台底座60固定连接，使得所述多自由度工作台1沿托臂直线导轨451水平移动。
托臂449的一端固定在托盘座448侧面并设有用于防止多自由度工作台1移动碰撞的缓冲限位块453，另一端作为自由端并设有用于限位多自由度工作台1的工作台限位挡臂450，托盘座448一侧上部固定有第二Z轴拖链安装板447，第二Z轴拖链安装板447与所述升降机构3的Z轴拖链374连接。
如图5和图6所示，多自由度工作台1包括两个X轴卡座154、模组安装台板155、左右摆动支座156、两个左右摆动限位螺钉157、前后旋转主轴164、两个前后转动限位螺钉162、两个主轴轴承座158、两个主轴锁紧机构163、活动工作台161、工作台底座160和Z向旋转轴159。
工作台底座160固定安装在所述悬臂式托盘4的托臂直线导轨451的滑块上，工作台底座160中心和活动工作台161中心通过Z向旋转轴159铰接连接，活动工作台161上设有水平的前后旋转主轴164，前后旋转主轴164两端经主轴轴承座158铰接安装在活动工作台161上，前后旋转主轴164两端伸出主轴轴承座158的轴承后通过主轴锁紧机构163周向锁紧。
模组安装台板155底面中部固定有左右摆动支座156，左右摆动支座156和前后旋转主轴164的中部之间通过销轴铰接，销轴垂直于前后旋转主轴164，模组安装台板155顶面沿长度方向的两端各固定安装有用于连接所述扫查执行机构2的X轴卡座154。
如图5所示，前后旋转主轴164中部铣有两个凹槽，凹槽底面为平面，凹槽中间开有销轴孔，销轴套装在销轴孔中，销轴两端伸出销轴孔铰接到左右摆动支座156的孔中。前后旋转主轴164两端部附近的周面上部对称地固定安装有用于限制模组安装台板155左右摆动角度的左右摆动限位螺钉157。
如图7所示，活动工作台61的水平面沿长度方向左右对称铣有旋转弧形限位槽和前后旋转限位槽，前后旋转主轴164两端部附近的周面下部对称地固定安装有用于限位前后旋转主轴164旋转的前后转动限位螺钉162，前后转动限位螺钉162下端伸到前后旋转限位槽中，使得前后旋转主轴164旋转受前后旋转限位槽范围的限制；工作台底座160顶面两侧对称固定有水平转动限位螺钉165，水平转动限位螺钉165伸入到活动工作台161的旋转弧形限位槽中，使得工作台底座160中心和活动工作台161之间的旋转受旋转弧形限位槽范围限制。
多自由度工作台1、悬臂式托盘4和升降机构3形成具有五个自由度的平台，五个自由度指的是水平面内转动±18°、竖直面内左右摆动±18°、前后翻转±18°、前后水平移动和Z轴方向的升降。
如图8和图9所示，扫查执行机构2包括主要由滑块和直线导轨构成的X轴直线模组20和Y轴直线模组215以及Y轴拖链212、第一Y轴拖链安装板213、第二Y轴拖链安装板219、Y轴固定座218、X轴拖链211、第一X轴拖链安装板224、第二X轴拖链安装板225、四个相同的限位传感器221、两台相同的步进电机210、联轴器222、两个吸盘安装座209、两个吸盘安装杆223、两个吸盘连杆216和四个真空吸盘装置217。
X轴直线模组220的直线导轨固定安装在所述多自由度工作台1并水平布置，X轴直线模组220被所述多自由度工作台1的两个X轴卡座154卡合；X轴直线模组220直线导轨两端均延伸设有吸盘安装座209，吸盘连杆216通过吸盘安装杆223竖直固定在吸盘安装座209侧面，吸盘连杆216上下两端分别安装一真空吸盘装置217，吸盘的开口方向朝向正前方的风电叶片吸附对象。
Y轴直线模组215的直线导轨通过Y轴固定座218固定在X轴直线模组220的滑块上并竖直布置，所述探头加载臂5安装在Y轴直线模组215的滑块上，Y轴直线模组215的滑块上固定有第二Y轴拖链安装板219，Y轴直线模组215的直线导轨上端固定有第一Y轴拖链安装板213，Y轴拖链212的一端连接到第一Y轴拖链安装板213，另一端连接到第二Y轴拖链安装板219。
X轴直线模组220直线导轨的一端固定有第一X轴拖链安装板224，Y轴直线模组215直线导轨的上端固定有第二X轴拖链安装板225，X轴拖链211的一端连接到第一X轴拖链安装板224，另一端连接到第二X轴拖链安装板225。Y轴拖链212和X轴拖链211用于安装步进电机210和限位传感器221线缆以及气管和水管。
X轴直线模组220和Y轴直线模组215的两端均设有用于滑块移动检测的限位传感器221。Y轴直线模组215或者X轴直线模组220直线导轨的任一端安装有一台步进电机210，步进电机通过带传动机构连接X轴直线模组220的滑块，步进电机运行带动滑块沿直线导轨移动。吸盘安装杆223的两端有一段螺纹，吸盘安装杆223一端穿过吸盘连杆216中间孔固定后，另一端固定在吸盘安装座9上，四个真空吸盘装置217尾端经气管连接气源，气管穿过吸盘安装杆223进入X轴拖链211后连接气源。
如图10和图11所示，探头加载臂5包括耐磨靴526、超声波探头539、探头座后座527、探头顶丝528、两个抱杆538、转向连杆540、牵引座541、两个缓冲片529、导杆固定座546、两根弹簧导杆545、两根弹簧544、U型滑块543、探头座导向杆537、五个自润滑轴承530、导杆限位挡板533、前端盖板535、后端盖板534、两根滑块导杆542、滑块导杆挡板536、紧凑型气缸531和加载臂安装座532。
加载臂安装座532内端面安装在所述扫查执行机构2的Y轴直线模组215的滑块上，加载臂安装座532外端面前方设有U型滑块543和滑块导杆挡板536，两根平行的滑块导杆542一端固定在加载臂安装座532外端面，另一端之间穿过U型滑块543固定在滑块导杆挡板536，紧凑型气缸531缸体固定在两根滑块导杆542之间的加载臂安装座532外端面，紧凑型气缸531的气缸杆与U型滑块543固定连接，紧凑型气缸531运行带动U型滑块543沿滑块导杆542方向移动；滑块导杆542经自润滑轴承530套在U型滑块543的通孔中。
平行的两根弹簧导杆545和探头座导向杆537的一端均活动穿过U型滑块543与导杆限位挡板533固定连接，另一端与导杆固定座546固定连接，探头座导向杆537位于两根弹簧导杆545之间，导杆固定座546和U型滑块543之间的两根弹簧导杆545均套有弹簧544。
导杆固定座546与牵引座541固定连接，两个缓冲片529分别装在牵引座541两侧的矩形槽内，缓冲片529用于限制转向连杆540水平面内摆角，转向连杆540中部铰接通过销轴在牵引座541竖直的铰接孔，转向连杆540水平布置，转向连杆540两端分别与一抱杆538的一端连接，两个抱杆538和耐磨靴526有限位地活动铰接。
耐磨靴526的前端面中间是圆形超声波探头出口，内装有超声波探头539，超声波探头539周围一圈均布设有出水孔，耐磨靴526的正上方设有进水口，进水口与水箱组件6连接，探头座后座527经探头顶丝528固定在耐磨靴526后端面。
U型滑块543前后两个端面分别装有前端盖板535和后端盖板534，前端盖板535和导杆固定座546端面之间的弹簧导杆545套有弹簧544。两个抱杆538另一端开有限位圆弧槽和通孔，通孔安装转动销钉使得抱杆538和耐磨靴526铰接，限位圆弧槽安装限位销钉，限位销钉固定在耐磨靴526上，使得抱杆538和耐磨靴526之间旋转限位。
对于探头加载臂在面向被检对象法线法向上获得两级伸缩具体来说，本发明的紧凑型气缸伸缩为第一级，检测开始前紧凑型气缸收缩，耐磨靴仅轻微压在被检对象上，超声波探头进入被检区域后迅速伸出使得超声波探头贴近被检对象表面，检测结束后紧凑型气缸重新收缩，耐磨靴恢复轻压表面状态；第二级为探头加载臂上的弹簧，这级用于耐磨靴检测过程中始终贴合被检对象表面。
如图12所示，水箱组件6包括箱体693、盖板694、液位传感器6100、水泵6102和水管6103；水泵6102固定在箱体693的底部，箱体693顶面一侧开有出水口695和水泵电源接口696，靠近出水口695的顶面另一侧设有盖板694，水泵6102与出水口695之间通过水管6103连接，水泵6102经电线与水泵电源接口696连接，使得水泵6102通过水泵电源接口696供电，出水口695经水管与所述耐磨靴526的进水口连接；箱体693侧壁开有溢流口698和供水口699，溢流口698位于供水口699上方，箱体693底面开有排水口6101，液位传感器6100置于箱体693内且靠近箱体内壁，液位传感器接口697设在箱体693顶面。
扫查执行机构2上的两个步进电机210运行带动探头加载臂5沿被检对象表面移动，设置探头加载臂5扫描轨迹和区域范围，X轴直线模组220和Y轴直线模组215两端安装的限位传感器221可防止探头加载臂5越程。
扫查执行机构2运行时，步进电机210的脉冲反馈信号输入提供扫描坐标信息。
升降减速电机365驱动梯形丝杆369带动扫查执行机构2升降，升降机构3两端安装的Z轴限位传感器372可防止升降越程。
超声波探头539在扫查过程中必须启动水泵6102供水，自动检测启动前必须确保超声波探头539周围的出水孔出水流畅，水位由液位传感器6100实时监测。
本发明装置对于被测风电叶片的超声无损检测分为以下几步实现：
第一步，检测前的准备。超声波检测需要使用水作为耦合剂。检测开始前，需要准备耦合用水。将外部供水口与水箱6的供水口699相连，并通入洁净的检测耦合水，至溢流口698有水溢出停止通水。
第二步，姿态调整定位。在中控台上，检检测模式切换到手动模式。移动设备主体，到达叶片检测区，启动扫查执行机构2使得探头加载臂5回零，启动升降机构3调整扫查执行机构2的高度，使得超声波探头539的扫查轨迹在叶片高度方向上能够覆盖复合材料和龙骨的粘接区，拧松主轴锁紧机构163，通过移动设备主体，在水平面内左右转动、高度方向左右摆动、前后翻转扫查执行机构2，使得耐磨靴526姿态完全贴合待检区域，拧紧主轴锁紧机构163，保持好扫查执行机构2当前的姿态，启动真空吸盘装置217直至完全吸附叶片表面，启动水泵6102，超声波探头539周围喷出水后，启动X轴直线模组220，左右移动探头加载臂5，观察叶片表面波信号波动幅度以确保耦合稳定，若波动较大需要微调扫查执行机构的姿态，否则扫查执行机构2的调整结束。
第三步，自动扫查。在手动模式下，通过控制X轴直线模组220和Y轴直线模组215移动探头加载臂5至待检区域，启动紧凑型气缸531推出耐磨靴526，使得耐磨靴526压紧待检区表面，弹簧544进一步压缩，超声波探头539表面与待检区表面距离达到检测要求距离，此时开启水泵6102供水并启动超声仪器A扫，调整通道增益，使得超声波探头539采集的表面回波幅值达到屏幕的80％左右，信噪比保证灵敏度余量50dB以上，设置被检对象材质声速，移动检测闸门A和B，根据检测区域的检测深度，设定检测闸门的宽度，设置并启用深度幅值补偿(DAC)功能，超声检测参数设定结束，启用超声仪器的扇形扫描、B扫描和C扫描。在中控台上设定X轴直线模组220和Y轴直线模组215两个方向的扫描区域的大小和步进量后，切换到自动扫查模式并启动检测，扫查执行机构2开始按设定的区域进行自动扫查，扫描结束后，生成检测结果，在检测结果中，若存在粘接可疑区，移动探头至可疑区所在位置，定点扫查该区域，若检测结果与上次扫描结果相同，则认定此粘接区不合格，否则认为此处合格。
第四步，检测结束工作。在中控台上将检测模式切换至手动模式，启动控制X轴直线模组220和Y轴直线模组215，探头加载臂5回零，关闭水泵6102，真空吸盘装置217脱离叶片，该待检测区域检测完毕。若未完成整个叶片检测，则移动设备主体到下一区段，并根据新区段叶片的曲率特征，重新调整扫查执行机构2的姿态，若曲率变化不大，那么可沿用上次的姿态。姿态调整完毕后，启动真空吸盘装置217，重复上述第三步自动扫查，直至整个叶片检测完毕后。叶片全部检测结束，探头加载臂5回零，升降机构3回零，关闭控制系统，切断中控台电源。

Claims (8)

1.一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：包括扫查执行机构(2)、多自由度工作台(1)、升降机构(3)、悬臂式托盘(4)、水箱组件(6)、底盘(8)和万向滚轮(7)；底盘(8)下底面装有多个用于滚动支撑的万向滚轮(7)，底盘(8)上安装有升降机构(3)，升降机构(3)连接悬臂式托盘(4)，多自由度工作台(1)安装在悬臂式托盘(4)上，扫查执行机构(2)固定在多自由度工作台(1)上，通过多自由度工作台(1)控制扫查执行机构(2)位置的调整和定位，扫查执行机构(2)上固定安装有探头加载臂(5)，通过控制扫查执行机构(2)上的探头加载臂(5)对风电叶片进行超声无损检测；
所述悬臂式托盘(4)包括托盘座(448)、两个托臂(449)、两根托臂直线导轨(451)、两组定位支撑筋(452)、两个缓冲限位块(453)、工作台限位挡臂(450)和第二Z轴拖链安装板(447)；
托盘座(448)安装在所述升降机构(3)上，托盘座(448)背面中央固定有梯形螺母(454)，梯形螺母(454)与梯形丝杆(369)连接形成丝杠螺母副，梯形丝杆(369)转动带动托盘座(448)升降从而带动悬臂式托盘(4)升降，两个托臂(449)水平平行地安装在托盘座(448)两侧，两个托臂(449)之间装有用于定距的定位支撑筋(452)，每个托臂(449)顶面设有托臂直线导轨(451)，托臂直线导轨(451)嵌装有滑块，滑块与所述多自由度工作台(1)固定连接，使得所述多自由度工作台(1)沿托臂直线导轨(451)水平移动；
托臂(449)的一端固定在托盘座(448)侧面并设有用于防止多自由度工作台(1)移动碰撞的缓冲限位块(453)，另一端作为自由端并设有用于限位多自由度工作台(1)的工作台限位挡臂(450)，托盘座(448)一侧上部固定有第二Z轴拖链安装板(447)，第二Z轴拖链安装板(447)与所述升降机构(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述升降机构(3)包括升降减速电机(365)、Z轴电机安装座(367)、电机安装板(377)、Z轴联轴器(366)、两个立柱(368)、梯形丝杆(369)、两根Z轴直线导轨(375)、方形轴承座(376)、升降底座(373)、底座轴承座(371)、Z轴拖链(374)、两个Z轴限位传感器(372)和两个Z轴缓冲块(370)；
升降底座(373)置于底盘(8)上，电机安装板(377)位于升降底座(373)上方，升降减速电机(365)通过Z轴电机安装座(367)固定安装在电机安装板(377)上，梯形丝杆(369)上端部通过方形轴承座(376)套装在电机安装板(377)的通孔中，上端部延伸出电机安装板(377)后经Z轴联轴器(366)与升降减速电机(365)连接，梯形丝杆(369)下端通过底座轴承座(371)套装在升降底座(373)的通孔中，Z轴拖链(374)上端安装在电机安装板(377)上，下端向下悬挂并固定连接到所述悬臂式托盘(4)上，所述悬臂式托盘(4)与梯形丝杆(369)连接形成丝杠螺母副；
电机安装板(377)和升降底座(373)之间经两侧的立柱(368)支撑固定，其中一侧立柱(68)的前端面固定有竖直平行安装的Z轴直线导轨(375)，所述悬臂式托盘(4)连接到Z轴直线导轨(375)上并沿Z轴直线导轨(375)移动，Z轴直线导轨(375)的底部设有用于防止悬臂式托盘(4)下降碰撞的Z轴缓冲块(370)，Z轴直线导轨(375)底部附近的立柱(368)侧壁装有用于防止悬臂式托盘(4)升降越程的Z轴限位传感器(372)，Z轴直线导轨(375)上嵌装有滑块，滑块与所述悬臂式托盘(4)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述的多自由度工作台(1)包括两个X轴卡座(154)、模组安装台板(155)、左右摆动支座(156)、两个左右摆动限位螺钉(157)、前后旋转主轴(164)、两个前后转动限位螺钉(162)、两个主轴轴承座(158)、两个主轴锁紧机构(163)、活动工作台(161)、工作台底座(160)和Z向旋转轴(159)；
工作台底座(160)固定安装在所述悬臂式托盘(4)上，工作台底座(160)中心和活动工作台(161)中心通过Z向旋转轴(159)铰接连接，活动工作台(161)上设有水平的前后旋转主轴(164)，前后旋转主轴(164)两端经主轴轴承座(158)铰接安装在活动工作台(161)上；
模组安装台板(155)底面中部固定有左右摆动支座(156)，左右摆动支座(156)和前后旋转主轴(164)的中部之间通过销轴铰接，销轴垂直于前后旋转主轴(164)，模组安装台板(155)顶面沿长度方向的两端各固定安装有用于连接所述扫查执行机构(2)的X轴卡座(154)。
4.根据权利要求3所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述的前后旋转主轴(164)中部铣有两个凹槽，凹槽底面为平面，凹槽中间开有销轴孔，销轴两端伸出销轴孔铰接到左右摆动支座(156)的孔中。
5.根据权利要求3所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述的前后旋转主轴(164)两端部附近的周面上部对称地固定安装有用于限制模组安装台板(155)左右摆动角度的左右摆动限位螺钉(157)；
活动工作台(61)的水平面沿长度方向左右对称铣有旋转弧形限位槽和前后旋转限位槽，前后旋转主轴(164)两端部附近的周面下部对称地固定安装有用于限位前后旋转主轴(164)旋转的前后转动限位螺钉(162)，前后转动限位螺钉(162)下端伸到前后旋转限位槽中，使得前后旋转主轴(164)旋转受前后旋转限位槽范围的限制；
工作台底座(160)顶面两侧对称固定有水平转动限位螺钉(165)，水平转动限位螺钉(165)伸入到活动工作台(161)的旋转弧形限位槽中，使得工作台底座(160)中心和活动工作台(161)之间的旋转受旋转弧形限位槽范围限制。
6.根据权利要求1所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述的扫查执行机构(2)包括由滑块和直线导轨构成的X轴直线模组(20)和Y轴直线模组(215)以及Y轴拖链(212)、第一Y轴拖链安装板(213)、第二Y轴拖链安装板(219)、Y轴固定座(218)、X轴拖链(211)、第一X轴拖链安装板(224)、第二X轴拖链安装板(225)、四个相同的限位传感器(221)、两台相同的步进电机(210)、联轴器(222)、两个吸盘安装座(209)、两个吸盘安装杆(223)、两个吸盘连杆(216)和四个真空吸盘装置(217)；
X轴直线模组(220)的直线导轨固定安装在所述多自由度工作台(1)并水平布置，X轴直线模组(220)直线导轨两端均延伸设有吸盘安装座(209)，吸盘连杆(216)通过吸盘安装杆(223)竖直固定在吸盘安装座(209)侧面，吸盘连杆(216)上下两端分别安装一真空吸盘装置(217)；
Y轴直线模组(215)的直线导轨通过Y轴固定座(218)固定在X轴直线模组(220)的滑块上并竖直布置，所述探头加载臂(5)安装在Y轴直线模组(215)的滑块上，Y轴直线模组(215)的滑块上固定有第二Y轴拖链安装板(219)，Y轴直线模组(215)的直线导轨上端固定有第一Y轴拖链安装板(213)，Y轴拖链(212)的一端连接到第一Y轴拖链安装板(213)，另一端连接到第二Y轴拖链安装板(219)；
X轴直线模组(220)直线导轨的一端固定有第一X轴拖链安装板(224)，Y轴直线模组(215)直线导轨的上端固定有第二X轴拖链安装板(225)，X轴拖链(211)的一端连接到第一X轴拖链安装板(224)，另一端连接到第二X轴拖链安装板(225)。
7.根据权利要求6所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述的探头加载臂(5)包括耐磨靴(526)、超声波探头(539)、探头座后座(527)、探头顶丝(528)、两个抱杆(538)、转向连杆(540)、牵引座(541)、两个缓冲片(529)、导杆固定座(546)、两根弹簧导杆(545)、两根弹簧(544)、U型滑块(543)、探头座导向杆(537)、五个自润滑轴承(530)、导杆限位挡板(533)、前端盖板(535)、后端盖板(534)、两根滑块导杆(542)、滑块导杆挡板(536)、紧凑型气缸(531)和加载臂安装座(532)；
加载臂安装座(532)内端面安装在所述Y轴直线模组(215)的滑块上，加载臂安装座(532)外端面前方设有U型滑块(543)和滑块导杆挡板(536)，两根平行的滑块导杆(542)一端固定在加载臂安装座(532)外端面，另一端之间穿过U型滑块(543)固定在滑块导杆挡板(536)，紧凑型气缸(531)缸体固定在两根滑块导杆(542)之间的加载臂安装座(532)外端面，紧凑型气缸(531)的气缸杆与U型滑块(543)固定连接，紧凑型气缸(531)运行带动U型滑块(543)沿滑块导杆(542)方向移动；
平行的两根弹簧导杆(545)和探头座导向杆(537)的一端均活动穿过U型滑块(543)与导杆限位挡板(533)固定连接，另一端与导杆固定座(546)固定连接，探头座导向杆(537)位于两根弹簧导杆(545)之间，导杆固定座(546)和U型滑块(543)之间的两根弹簧导杆(545)均套有弹簧(544)；
导杆固定座(546)与牵引座(541)固定连接，两个缓冲片(529)分别装在牵引座(541)两侧的矩形槽内，转向连杆(540)中部铰接通过销轴在牵引座(541)竖直的铰接孔，转向连杆(540)水平布置，转向连杆(540)两端分别与一抱杆(538)的一端连接，两个抱杆(538)和耐磨靴(526)有限位地活动铰接；
耐磨靴(526)的前端面中间装有超声波探头(539)，超声波探头(539)周围一圈均布设有出水孔，耐磨靴(526)的正上方设有进水口，进水口与水箱组件(6)连接，探头座后座(527)经探头顶丝(528)固定在耐磨靴(526)后端面。
8.根据权利要求7所述的一种风电叶片超声无损检测装置，其特征在于：所述水箱组件(6)包括箱体(693)、盖板(694)、液位传感器(6100)、水泵(6102)和水管(6103)；水泵(6102)固定在箱体(693)的底部，箱体(693)顶面一侧开有出水口(695)和水泵电源接口(696)，靠近出水口(695)的顶面另一侧设有盖板(694)，水泵(6102)与出水口(695)之间通过水管(6103)连接，水泵(6102)经电线与水泵电源接口(696)连接，使得水泵(6102)通过水泵电源接口(696)供电，出水口(695)经水管与所述耐磨靴(526)的进水口连接；箱体(693)侧壁开有溢流口(698)和供水口(699)，溢流口(698)位于供水口(699)上方，箱体(693)底面开有排水口(6101)，液位传感器(6100)置于箱体(693)内且靠近箱体内壁，液位传感器接口(697)设在箱体(693)顶面。
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