CN107014908B - 一种柔性超声相控阵换能器支架 - Google Patents

一种柔性超声相控阵换能器支架 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种柔性超声相控阵换能器支架，旨在解决柔性超声相控阵换能器在车轴检测过程中因过分伸缩而损坏的问题，该支架包括支撑座总成(1)、弹簧缓冲安全保护装置(2)及柔性换能器小支架总成(3)，该支架结构简单、易于安装、成本低，可以实现单换能器探头不同轴径的探测，当轴径变化较大或探测过程中产生冲击时，通过弹簧的变形来减少对换能器的冲击，从而有效避免柔性换能器因过分伸缩而损坏，检测效率高。

Description

一种柔性超声相控阵换能器支架
技术领域
本发明涉及一种超声无损检测领域的检测设备，更具体的说，它是一种柔性超声相控阵换能器支架。
背景技术
与传统的超声检测技术相比，超声相控技术有很多突出的优点，被广泛应用在了超声无损检测领域。目前，超声相控阵成像检测的阵列换能器一般都是刚性的，探测不同轴径时需要加工相应弧度的楔块来匹配，有人提出采用多个楔块形成组合探头的方式，但仍旧改变不了需要多个探头的事实，而且在探测过程中需要控制多个楔块的伸缩进给，增加了作业量，降低了工作效率。
柔性超声相控阵换能器可以根据被测物体的形状自适应调整其外形，适应于不同轴径的探测。由于柔性超声相控阵换能器弧度可变，在探测不同直径的轴段时，其弧度随轴径的变化而改变，对于一个长度固定的柔性换能器，其弯曲的弧度越大，换能器越容易因过分伸缩而损坏，因此设计一种可适应柔性超声相控阵换能器弧度变化的支架具有重要意义。针对以上问题，本发明提出一种柔性超声相控阵换能器支架，其可以保证在探测不同轴径时换能器能够紧密贴合待测车轴表面而不松垮，并且可以有效避免柔性换能器因过分拉扯而损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种柔性超声相控阵换能器支架，该支架具有随换能器弧度变化而微调的能力，在探测轴径较大、弧度较小的车轴时，保证换能器能够紧密贴合待测车轴表面而不松垮；在探测轴径较小、弧度较大的车轴时，换能器不因过分拉扯而损坏。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
本发明所提供的一种柔性超声相控阵换能器支架包括支撑座总成1、弹簧缓冲安全保护装置2、柔性换能器小支架总成3；支撑座总成1通过底部支座4的4个联接孔固定安装在无损探伤台的托板上，用于支撑整个换能器支架；弹簧缓冲安全保护装置2通过支撑销6固定安装在支撑座总成1的立柱5上，用于在探测不同轴径的车轴时，轴径变化较大或探测过程中产生冲击时，通过弹簧的变形来减少对换能器的冲击，从而保护换能器；柔性换能器小支架总成3安装于前压板11的T型槽内，小支架14能够沿T型导轨上下移动；所述的支撑座总成1包括支座4、立柱5、支撑销6及锁紧螺母7；支座4上加工有4个联接孔，用于与无损探伤台的托板固定联接；立柱5焊接在支座4上，并焊有加强筋，以提高立柱5的支撑刚度；支撑销6焊接在立柱5上，通过轴肩限定后压板8的位置，并通过锁紧螺母7锁紧；所述的弹簧缓冲安全保护装置2包括后压板8、一对预紧弹簧9、一对支杆10、前压板11、弹簧销12、联接螺母13；后压板8中间部位加工一个圆形通孔，用于与立柱5固定联接，后压板8上下两端分别加工一个联接孔，联接孔左侧加工内六角沉孔，右侧加工弹簧座，支杆10的六角头焊接于沉孔内；预紧弹簧9为不锈钢压缩弹簧，其一端压装于后压板8上下两端联接孔的弹簧座内，另一端压装于前压板11上下两端联接孔加工的弹簧座内，并套在支杆10上；支杆10为一个一端加工六角头，一端加工螺纹的销轴，支杆10的六角头焊接于后压板8上下两端联接孔的沉孔内，另一端由联接螺母13锁紧；前压板11背面焊有加强筋，以提高其刚度，上下两端分别加工一个联接孔，联接孔朝向后压板8一侧加工弹簧座，联接孔与支杆10间隙配合，前压板11能够沿支杆10相对移动；前压板11正面中间位置加工一个T型槽，T型槽的尺寸根据小支架14底座尺寸而定，小支架14能够在T型槽内上下滑动；小支架上固装有弹簧销(12)，弹簧销中间铣有弹簧定位槽，用于小支架回位弹簧(15)的联接与定位；所述的柔性换能器小支架总成3包括一对小支架14、一对小支架回位弹簧15以及一个柔性超声相控阵换能器16；小支架14为一个底座为T型的支架，小支架14中间位置两侧分别加工圆形通孔，用于安装弹簧销12；小支架回位弹簧15安装在弹簧销12上；一对小支架14安装于前压板11的T型槽内，柔性超声相控阵换能器16固定于两个小支架14上，随着小支架14的上下移动改变其弧度。
本发明的有益效果是：
在探测不同轴径的车轴时，柔性换能器自适应地调整探头的外形，柔性换能器小支架14在小支架回位弹簧15的作用下沿导轨移动，随柔性换能器的伸缩而自适应调节。该支架可以实现不同轴径的探伤，检测效率高，并且可以避免柔性换能器因过分伸缩而损坏。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明：
图1是本发明柔性超声相控阵换能器支架结构轴侧图；
图2是本发明柔性超声相控阵换能器支架中支撑座总成结构爆炸图；
图3是本发明柔性超声相控阵换能器支架中弹簧缓冲安全保护装置结构爆炸图；
图4是本发明柔性超声相控阵换能器支架中柔性换能器小支架总成结构爆炸图；
图5a和图5b是本发明柔性超声相控阵换能器支架中柔性换能器阵元晶片与软基安装示意图；
图6是探测过程中初始状态示意图；
图7是探测过程中支架径向进给车轴，探头贴合车轴表面示意图；
图8是探测过程中轴径变化时，前压板在预紧弹簧作用下向左移动示意图；
图9是探测结束，小支架复位示意图；
图中，1.支撑座总成，2.弹簧缓冲安全保护装置，3.柔性换能器小支架总成，4.支座，5.立柱，6.支撑销，7.锁紧螺母，8.后压板，9.预紧弹簧，10.支杆，11.前压板，12.弹簧销，13.联接螺母，14.小支架，15.小支架回位弹簧，16.柔性超声相控阵换能器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述:
参阅图1本发明采用的具体技术方案如下：一种柔性超声相控阵换能器支架，包括支撑座总成1、弹簧缓冲安全保护装置2、柔性换能器小支架总成3。支撑座总成1通过底部支座4的4个联接孔固定安装在无损探伤台的托板上，用于支撑整个换能器支架；弹簧缓冲安全保护装置2通过支撑销6固定安装在支撑座总成1的立柱5上，用于在探测不同轴径的车轴时，轴径变化较大或探测过程中产生冲击时，通过弹簧的变形来减少对换能器的冲击，从而保护换能器；柔性换能器小支架总成3安装于前压板11的T型槽内，小支架14能够沿T型导轨上下移动。
参阅图2，所述的支撑座总成1包括支座4、立柱5、支撑销6及锁紧螺母7。支座4上加工有4个联接孔，用于与无损探伤台的托板固定联接；立柱5焊接在支座4上，并焊有加强筋，以提高立柱5的支撑刚度；支撑销6焊接在立柱5上，通过轴肩限定后压板8的位置，并通过锁紧螺母7锁紧。
参阅图3，所述的弹簧缓冲安全保护装置2包括后压板8、一对预紧弹簧9、一对支杆10、前压板11、弹簧销12、联接螺母13。后压板8中间部位加工一个圆形通孔，用于与立柱5固定联接；后压板8上下两端分别加工一个联接孔，联接孔左侧加工内六角沉孔，右侧加工弹簧座，支杆10的六角头焊接于沉孔内；预紧弹簧9为不锈钢压缩弹簧，其一端压装于后压板8上下两端联接孔的弹簧座内，另一端压装于前压板11上下两端联接孔加工的弹簧座内，并套在支杆10上；支杆10为一个一端加工六角头，一端加工螺纹的销轴，支杆10的六角头焊接于后压板8上下两端联接孔的沉孔内，另一端由联接螺母13锁紧；前压板11背面焊有加强筋，以提高其刚度，上下两端分别加工一个联接孔，联接孔朝向后压板8一侧加工弹簧座，联接孔与支杆10间隙配合，前压板11能够沿支杆10相对移动；前压板11正面中间位置加工一个T型槽，T型槽的尺寸根据小支架14底座尺寸而定，小支架14能够在T型槽内上下滑动；小支架上固装有弹簧销(12)，弹簧销中间铣有弹簧定位槽，用于小支架回位弹簧(15)的联接与定位。
参阅图4，所述的柔性换能器小支架总成3包括一对小支架14、一对小支架回位弹簧15以及一个柔性超声相控阵换能器16。小支架14为一个底座为T型的支架，小支架14中间位置两侧分别加工圆形通孔，用于安装弹簧销12；小支架回位弹簧15安装在弹簧销12上；一对小支架14安装于前压板11的T型槽内，柔性超声相控阵换能器16固定于两个小支架14上，随着小支架14的上下移动改变其弧度。
参阅图5a和图5b，所述柔性超声相控阵换能器采用32阵元，将阵元晶片置于软基上，可以检测的轴径范围为90～178mm。
在探伤过程中，换能器支架的作用过程如下：
(1)参阅图6，当换能器尚未接触待测车轴时，柔性换能器处于自然放松状态，弧度很小，接近平面，此时柔性换能器上小支架在上小支架回位弹簧拉伸作用下保持平衡，下小支架落在T型槽底端，下小支架回位弹簧处于拉伸状态，前、后压板间的预紧弹簧不产生预紧力。
(2)参阅图7，当支架径向缓慢进给车轴，换能器从接触车轴到贴合车轴表面的过程中，由于换能器的柔性特征，将形成与待测车轴相同的弧度，两个小支架的垂直距离将随其弧度的增大而减小，迫使一组小支架克服弹簧的作用力向内靠拢，小支架回位弹簧进一步被拉伸，直到换能器完全贴合车轴表面。此时由于换能器缓慢靠近车轴，没有冲击作用，前压板在预紧弹簧伸张力的作用下无相对运动。换能器支架总成轴向进给，进行车轴的探伤检测。
(3)参阅图8，在车轴探伤检测过程中，由于轴径的突然变化或因检测过程中的振动冲击产生较大冲击力时，弹簧缓冲安全保护装置中的预紧弹簧被压缩，前压板带着小支架及柔性换能器总成沿支杆方向远离车轴，以减小对换能器的冲击，保护换能器，直至平稳后继续探伤检测。
(4)参阅图9，在车轴探伤检测完成后，支架及换能器沿径向和轴向退回起始位置，上下小支架也在小支架回位弹簧的作用下回到原来的平衡位置，柔性换能器恢复自然弧度状态，等待下一次检测。

Claims (1)

1.一种柔性超声相控阵换能器支架，其特征在于所述的柔性超声相控阵换能器支架包括支撑座总成(1)、弹簧缓冲安全保护装置(2)、柔性换能器小支架总成(3)；支撑座总成(1)通过底部支座(4)的4个联接孔固定安装在无损探伤台的托板上，用于支撑整个换能器支架；弹簧缓冲安全保护装置(2)通过支撑销(6)固定安装在支撑座总成(1)的立柱(5)上，用于在探测不同轴径的车轴时，轴径变化较大或探测过程中产生冲击时，通过弹簧的变形来减少对换能器的冲击，从而保护换能器；柔性换能器小支架总成(3)安装于前压板(11)的T型槽内，小支架(14)能够沿T型导轨上下移动；所述的支撑座总成(1)包括支座(4)、立柱(5)、支撑销(6)及锁紧螺母(7)；支座(4)上加工有4个联接孔，用于与无损探伤台的托板固定联接；立柱(5)焊接在支座(4)上，并焊有加强筋，以提高立柱(5)的支撑刚度；支撑销(6)焊接在立柱(5)上，通过轴肩限定后压板(8)的位置，并通过锁紧螺母(7)锁紧；所述的弹簧缓冲安全保护装置(2)包括后压板(8)、一对预紧弹簧(9)、一对支杆(10)、前压板(11)、弹簧销(12)、联接螺母(13)；后压板(8)中间部位加工一个圆形通孔，用于与立柱(5)固定联接，后压板(8)上下两端分别加工一个联接孔，联接孔左侧加工内六角沉孔，右侧加工弹簧座，支杆(10)的六角头焊接于沉孔内；预紧弹簧(9)为不锈钢压缩弹簧，其一端压装于后压板(8)上下两端联接孔的弹簧座内，另一端压装于前压板(11)上下两端联接孔加工的弹簧座内，并套在支杆(10)上；支杆(10)为一个一端加工六角头，一端加工螺纹的销轴，支杆(10)的六角头焊接于后压板(8)上下两端联接孔的沉孔内，另一端由联接螺母(13)锁紧；前压板(11)背面焊有加强筋，以提高其刚度，上下两端分别加工一个联接孔，联接孔朝向后压板(8)一侧加工弹簧座，联接孔与支杆(10)间隙配合，前压板(11)能够沿支杆(10)相对移动；前压板(11)正面中间位置加工一个T型槽，T型槽的尺寸根据小支架(14)底座尺寸而定，小支架(14)能够在T型槽内上下滑动；小支架上固装有弹簧销(12)，弹簧销中间铣有弹簧定位槽，用于小支架回位弹簧(15)的联接与定位；所述的柔性换能器小支架总成(3)包括一对小支架(14)、一对小支架回位弹簧(15)以及一个柔性超声相控阵换能器(16)；小支架(14)为一个底座为T型的支架，小支架(14)中间位置两侧分别加工圆形通孔，用于安装弹簧销(12)；小支架回位弹簧(15)安装在弹簧销(12)上；一对小支架(14)安装于前压板(11)的T型槽内，柔性超声相控阵换能器(16)固定于两个小支架(14)上，随着小支架(14)的上下移动改变其弧度。
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