CN108519441A - 一种可调节式柔性探头装置 - Google Patents

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Abstract

一种可调节式柔性探头装置，包括外壳、探头架和柔性超声探头；所述探头架包括轮架壳体、调节机构、张紧机构、装夹机构、缓冲垫和探头固定板；所述柔性超声探头通过装夹机构安装于探头架的底部；缓冲垫设于轮架壳体与柔性超声探头之间，探头固定板设于轮架壳体与缓冲垫之间；调节机构设于轮架壳体上，并能带动探头固定板上下移动；张紧机构的一端设于轮架壳体上，另一端与柔性超声探头张紧式连接。本发明能够使探头和工件表面有良好的耦合,大大提高可靠性和稳定性，且结构简单，操作简单，安全性高。

Description

一种可调节式柔性探头装置
技术领域
本发明涉及工件探伤检测技术领域，特别是一种可调节式柔性探头装置。
背景技术
曲面工件的超声波检测中,由于工件表面曲率对超声波束的散射和聚焦,如何将超声波束准确可靠地投射到工件内的待检测区域,是检测工作中比较关心的问题。
曲面工件接触法探伤应解决的主要技术问题,是怎样采取有效措施,使探头和工件表面有良好的耦合,提高接合的可靠性和稳定性。传统的修磨探头法或加延迟块法，探伤费用高，型号多，需要配制不同规格的弧面和角度的探头楔块，加工复杂，难以保证精度。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种操作简单，成本低廉，可靠有效，杜绝隐患的可调节式柔性探头装置。
本发明的技术方案是：一种可调节式柔性探头装置，包括外壳、探头架和柔性超声探头；所述探头架包括轮架壳体、调节机构、张紧机构、装夹机构、缓冲垫和探头固定板；所述柔性超声探头通过装夹机构安装于探头架的底部；缓冲垫设于轮架壳体与柔性超声探头之间，探头固定板设于轮架壳体与缓冲垫之间；调节机构设于轮架壳体上，并能带动探头固定板上下移动；张紧机构的一端设于轮架壳体上，另一端与柔性超声探头张紧式连接。
上述方案具有以下优点：（1）通过调节机构带动探头固定板上下移动，使得探头固定板推动缓冲垫顶紧柔性超声探头，进而使柔性超声探头的探测端紧紧贴合被测弧面工件；以及配合张紧机构对柔性超声探头的张紧，从而使得本装置能够适用于任何不同形状和尺寸的弧面工件，适用范围广；且使探头和工件表面有良好的耦合,大大提高接合的可靠性和稳定性。（2）通过缓冲垫的缓冲，能够防止探头架对柔性超声探头造成损坏，且使得柔性超声探头变形时有缓冲余地，即可以实现凹凸变形。
进一步，所述柔性超声探头包括陶瓷压电晶片和柔性背材，所述陶瓷压电晶片设于柔性背材的底部，柔性背材设于缓冲垫的下部，陶瓷压电晶片与缓冲垫位置相对。柔性背材能够随形而变，适用于曲面工件的检测。通过向陶瓷压电晶片施加超声振动，陶瓷压电晶片就能够产生一个电信号，通过柔性背材与陶瓷压电晶片结合，能够准确可靠地检测投射到工件待检测区域的超声波。将陶瓷压电晶片与缓冲垫位置相对，能够使陶瓷压电晶片和工件表面有良好的耦合。
进一步，所述调节机构包括调节定位块、调节丝杆和调节手拧螺母，调节定位块设于轮架壳体上，调节丝杆设于调节定位块与探头固定板之间，并带动探头固定板上下移动；调节丝杆通过调节手拧螺母进行固定。
可以理解的是，本发明的调节机构也可以是其它结构变化，如将调节手拧螺母设于调节定位块与轮架壳体之间，或者设于调节定位块的上部，只要能够实现调节丝杆的固定即可。或者调节机构可以不设置调节定位块，只需调节丝杆和调节手拧螺母即可。本发明对调节机构不作具体限定。
进一步，所述张紧机构包括探头伸缩弹簧和探头滑块，所述探头伸缩弹簧连接于轮架壳体与探头滑块之间，探头滑块连接柔性超声探头，在探头伸缩弹簧作用下带动柔性超声探头进行张紧式移动。
可以理解的是，本发明的调节机构也可以是其它结构变化，如将探头伸缩弹簧由伸缩杆替代，通过调节伸缩杆的伸缩长度实现柔性超声探头的张紧。本发明对调节机构不作具体限定。
进一步，所述装夹机构包括探头后端装夹部和探头前端装夹部，探头前端装夹部连接于轮架壳体的前端底部，探头前端装夹部连接于张紧机构的底部；柔性超声探头的一端设于张紧机构与探头后端装夹部之间，另一端设于轮架壳体与探头前端装夹部之间。优选地，柔性背材的连接端与变形端不在同一水平高度，便于柔性背材有一定的形变空间。
进一步，所述轮架壳体的至少一侧安装有编码器。编码器能够随时记录相应柔性探头装置的轨迹数据，方便精确定位缺陷位置，传输后台分析图像演示输出，供后续分析维护提供重要依据，如不合格点可以准确补焊、补漏、校正，有效可靠，确保安全。
进一步，所述轮架壳体的至少一侧设有轮组，编码器的轮体与轮组连接，使得轮组能够带动编码器的轮体旋转。
进一步，所述陶瓷压电晶片与柔性电路板（FPC）电连接，所述柔性电路板的一端安装于柔性探头壳体内。柔性电路板一方面用于对陶瓷压电晶片发送的信号进行分析处理，并发送给控制中心；另一方面，能够随形而变，实现柔性超声探头的张紧式连接。
进一步，所述柔性探头壳体的末端延伸出电缆，电缆连接端设有电缆护套。电缆包括电源线，通过连接外部电源，为陶瓷压电晶片与柔性电路板供电。另外，还可以在柔性探头壳体内设置充电电池，提高便携性。此外，柔性探头壳体内还可设置无线通信模块，无需线缆就可与控制中心进行无线通信。
进一步，所述探头伸缩弹簧通过探头滑行轴套与探头滑块连接。探头滑行轴套可防止探头伸缩弹簧与探头滑块之间产生磨损。
本发明的有益效果：
（1）柔性超声探头可以单独无损检测平面或曲面工件，也可以装夹在探头架上，通过探头架上下调节探头高度，即可无损检测汽车面板等弧度曲面工件；且拆卸只需简单拧松装夹螺丝，即可轻松拆下，简单快捷，适用范围广；
（2）编码器能够即时扫查记录轨迹数据，方便精确定位缺陷位置，不合格点可以准确补焊、补漏、校正，有效可靠，确保安全；
（3）无需更换、安装或定做弧面匹配楔块，大大简化结构，降低成本；
（4）具有操作简单、快速有效、安全可靠、提升品质、一次到位等优点。
附图说明
图1是本发明实施例柔性探头装置的手握扫查示意图；
图2是本发明实施例柔性探头装置的立体外观示意图；
图3是本发明实施例柔性探头装置的组件示意图；
图4是本发明实施例探头架的结构示意图；
图5是本发明实施例柔性探头装置的结构示意图；
图6是本发明实施例不同种类的陶瓷压电晶片的示意图；
图7是本发明实施例探头架的调节操作示意图；
图8是本发明实施例外挂编码器的结构示意图；
图9是本发明实施例柔性探头装置实例扫查凸弧面示意图；
图10是本发明实施例柔性探头装置实例扫查凹弧面示意图。
附图标记:
1、外壳；2、探头架；3、柔性超声探头；4、编码器；
2-1、轮架壳体；2-2、探头滑块；2-3、探头后端装夹部；2-4、探头前端装夹部；2-5、调节定位块；2-6、调节丝杆；2-7、调节手拧螺母；2-8、探头固定板；2-9、缓冲垫；2-10、轮组；2-11、探头伸缩弹簧；2-12、探头滑行轴套；
3-1、柔性探头上壳；3-2、柔性探头下壳；3-3、陶瓷压电晶片；3-4、柔性背材；3-5、柔性FPC；3-6、电缆护套；3-7、电缆。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2和图3所示：一种可调节式柔性探头装置，包括外壳1、探头架2和柔性超声探头3。
具体地，外壳1呈弧形状，满足人体工学设计，一方面用于保护整个柔性超声探头和探头架组件，另一方面提供舒适手感，方便使用者手抓扫查检测。外壳1的两侧设有方便使用者手抓的凹槽。如图1所示，使用者可手握外壳进行移动，对工件弧面扫查检测。
如图4所示：探头架2包括轮架壳体2-1、探头滑块2-2、探头后端装夹部2-3、探头前端装夹部2-4、调节定位块2-5、调节丝杆2-6、调节手拧螺母2-7、探头固定板2-8、缓冲垫2-9、轮组2-10、探头伸缩弹簧2-11以及探头滑行轴套2-12。
如图5所示：上述各部件的连接关系为：轮架壳体2-1通过探头伸缩弹簧2-11与探头滑块2-2连接，且探头伸缩弹簧2-11通过探头滑行轴套2-12与探头滑块2-2连接，探头滑行轴套2-12可防止探头伸缩弹簧2-11与探头滑块2-2之间产生磨损。探头滑块2-2的底部连接探头后端装夹部2-3，且二者之间设有通孔。轮架壳体2-1的前端底部连接探头前端装夹部2-4，且二者之间也设有通孔。柔性超声探头3通过探头后端装夹部2-3与探头前端装夹部2-4装配到探头架2的底端。上述的通孔用于使柔性超声探头3穿过，使柔性超声探头3的一端设于探头滑块2-2与探头后端装夹部2-3之间，另一端设于轮架壳体2-1与探头前端装夹部2-4之间。轮架壳体2-1与柔性超声探头3之间设有缓冲垫2-9。轮架壳体2-1与缓冲垫2-9之间设有探头固定板2-8。轮架壳体2-1与探头固定板2-8之间固定连接。轮架壳体2-1上设有调节定位块2-5，调节定位块2-5与探头固定板2-8之间设有调节丝杆2-6，调节丝杆2-6通过调节手拧螺母2-7进行调节和固定，通过旋转调节手拧螺母2-7，可使得调节丝杆2-6带动探头固定板2-8上下移动。轮架壳体2-1的两侧分别安装有轮组2-10。
如图8所示：轮组2-10上可选择性配挂编码器4，编码器4的轮体压住轮组2-10，当轮组2-10扫查旋转时，编码器的轮体随行旋转，便于记录扫查数据，并将数据传送至后台（如上位机）进行图像演示。本实施例的编码器能够及时扫查记录轨迹数据，方便精确定位缺陷位置，不合格点可以准确补焊、补漏、校正，有效可靠，确保安全。
本实施例中，柔性超声探头3包括柔性探头上壳3-1、柔性探头下壳3-2、陶瓷压电晶片3-3、柔性背材3-4、柔性FPC 3-5、电缆护套3-6和电缆3-7。
上述各部件的连接关系为：陶瓷压电晶片3-3灌封柔性背材3-4内成型，通过柔性FPC 3-5与电缆3-7连接组成超声探头芯部，再装入柔性探头上壳3-1和柔性探头下壳3-2后组成柔性超声探头，电缆护套3-6有效保护电缆连接端。柔性探头上壳3-1、柔性探头下壳3-2设于探头滑块2-2与探头后端装夹部2-3之间。
如图6所示：陶瓷压电晶片可以是单晶晶片、双晶晶片、线阵晶片或面阵晶片。其中，线阵晶片的晶片数量N≥3，即至少三个晶片作为一个阵元。面阵晶片为矩阵结构，每行的数量不少于两个，每列的数量也不少于两个。
本实施例的工作原理为：柔性超声探头3通过探头后端装夹部2-3与探头前端装夹部2-4装配到探头架底端，适时调整柔性背材3-4的位置，使陶瓷压电晶片3-3与缓冲垫2-9对中。旋转调节手拧螺母2-7，调节丝杆2-6带动探头固定板2-8向下推动缓冲垫2-9顶紧柔性背材3-4，同时探头伸缩弹簧2-11张紧柔性探头上壳3-1和柔性探头下壳3-2，使柔性背材处于张紧待测状态。其中，探头架的调节、张紧方向示意可参照图7所示。
如图9和图10所示，装上外壳1，手握外壳1可以随形进行工件弧面扫查。陶瓷压电晶片3-3依靠柔性背材3-4的随形变形和缓冲垫2-9的即时随形伸缩及探头伸缩弹簧2-11的即时张紧，从而能够紧紧贴合被测弧面工件，有效可靠地实现超声无损检测扫查连续工作。编码器4随时记录相应轨迹数据，传输后台分析图像演示输出，供后续分析维护提供重要依据。
其中，柔性超声探头可以单独无损检测平面、曲面工件，也可以装夹在探头架上，通过探头架上下调节探头高度无损检测汽车面板等弧度曲面工件。拆卸只需简单拧松装夹螺丝，即可轻松拆下，简单快捷，且平面、曲面均可轻松精确检测。另外，无需更换、安装或定做弧面匹配楔块，大大节约成本，简化结构。
综上所述，本探头装置集成超声与柔性于一体，专业解决复杂多变、有弧度的曲面焊点焊缝超声无损检测。柔软的探头在有弧度的曲面可以随着弧面无缝贴合；探头架可以上下调节探头高度使超声波检测时达到最佳耦合，进行精确的焊点焊缝检测；外挂编码器即时记录传输扫查数据，准确发现安全隐患，查漏补缺。本发明具有操作简单，实时监测，快速有效，杜绝隐患，提升品质等优点，能够为安全运行提供可靠保障。
以上所述的具体实施案例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施案例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可调节式柔性探头装置，其特征在于，包括外壳、探头架和柔性超声探头；所述探头架包括轮架壳体、调节机构、张紧机构、装夹机构、缓冲垫和探头固定板；所述柔性超声探头通过装夹机构安装于探头架的底部；缓冲垫设于轮架壳体与柔性超声探头之间，探头固定板设于轮架壳体与缓冲垫之间；调节机构设于轮架壳体上，并能带动探头固定板上下移动；张紧机构的一端设于轮架壳体上，另一端与柔性超声探头张紧式连接。
2.根据权利要求1所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述柔性超声探头包括陶瓷压电晶片和柔性背材，所述陶瓷压电晶片设于柔性背材的底部，柔性背材设于缓冲垫的下部，陶瓷压电晶片与缓冲垫位置相对。
3.根据权利要求1所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述调节机构包括调节定位块、调节丝杆和调节手拧螺母，调节定位块设于轮架壳体上，调节丝杆设于调节定位块与探头固定板之间，并带动探头固定板上下移动；调节丝杆通过调节手拧螺母进行固定。
4.根据权利要求1或2或3所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述张紧机构包括探头伸缩弹簧和探头滑块，所述探头伸缩弹簧连接于轮架壳体与探头滑块之间，探头滑块连接柔性超声探头，在探头伸缩弹簧作用下带动柔性超声探头进行张紧式移动。
5.根据权利要求1或2或3所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述装夹机构包括探头后端装夹部和探头前端装夹部，探头前端装夹部连接于轮架壳体的前端底部，探头前端装夹部连接于张紧机构的底部；柔性超声探头的一端设于张紧机构与探头后端装夹部之间，另一端设于轮架壳体与探头前端装夹部之间。
6.根据权利要求1或2或3所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述轮架壳体的至少一侧安装有编码器。
7.根据权利要求6所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述轮架壳体的至少一侧设有轮组，编码器的轮体与轮组连接，使得轮组能够带动编码器的轮体旋转。
8.根据权利要求2所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述陶瓷压电晶片与柔性电路板电连接，所述柔性电路板的一端安装于柔性探头壳体内。
9.根据权利要求8所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述柔性探头壳体的末端延伸出电缆，电缆连接端设有电缆护套。
10.根据权利要求4所述的可调节式柔性探头装置，其特征在于，所述探头伸缩弹簧通过探头滑行轴套与探头滑块连接。
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