CN109187766B - 一种角度可调的超声波探头装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角度可调的超声波探头装置。本发明包括探头、平台、探头角度调节机构以及底座，所述探头安装在平台上，所述探头角度调节机构包括至少一个安装在平台与底座之间的角度调节单元，所述角度调节单元包括转动部件以及固定在底座上的伸缩驱动组件，所述转动部件由十字轴式万向节头构成，所述万向节头一端与所述平台固定，所述万向节头另一端与所述伸缩驱动组件的伸缩端固定连接，所述伸缩驱动组件上下伸缩运动带动所述万向节头进行转向运动从而实现探头角度的调节。本发明通过角度调节机构，有效提升了探头的探测范围，实现了对探头倾斜角度的控制，提高了超声波检测的可靠性和降低检测人员的劳动强度。

Description

一种角度可调的超声波探头装置

技术领域

本发明属于超声波无损检测领域，具体涉及一种角度可调的超声波探头装置。

背景技术

超声波无损检测是在不损坏零件或原材料工作状态的前提下，使用超声波对不能被直观检测到的表面和内部质量进行检查的一种检测手段。超声波检测的原理是：如果金属中有气孔、裂纹、分层等缺陷(缺陷中有气体)，超声波传播到金属与缺陷的界面处时，就会全部或部分反射，反射回来的超声波被探头接收，通过仪器内部的电路处理，在仪器的荧光屏上就会显示出不同高度和有一定间距的波形，可以根据波形的变化特征判断缺陷在零件中的深度、位置和形状。超声波检测的优点是检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，并且能对缺陷进行定位和定量。

超声波由超声探头产生及接收，探头对探测效果有决定性的作用。现有的超声波检测装置通常是由检测人员手工进行操作、记录和标记。通常零件被置于待检测平台上，检测人员手持检测标准规定的超声波探头，在涂有耦合剂的零件上往复运动，进行检验标准规定的检测。这种检测方法劳动强度大，检测结果受操作人员的技术水平、疲劳程度、情绪波动等因素影响，检测结果是通过检验人员手工根据仪器指示的指标进行记录，手工对缺陷点进行标记，误差往往比较大。此外，对于零件缺陷部位，需要长时间将探头固定在该部位进行各个角度的测量，不仅增加操作人员的劳动强度，浪费人力，而且长时间手持，位置难免发生变化，不可避免的会影响检测效果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种角度可调的超声波探头装置。该装置可以提高超声波检测的可靠性，降低检测人员的劳动强度。

为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种角度可调的超声波探头装置，包括探头、平台、探头角度调节机构以及底座，所述探头安装在平台上，所述探头角度调节机构包括至少一个安装在平台与底座之间的角度调节单元，所述角度调节单元包括转动部件以及固定在底座上的伸缩驱动组件，所述转动部件由十字轴式万向节头构成，所述万向节头一端与所述平台固定，所述万向节头另一端与所述伸缩驱动组件的伸缩端固定连接，所述伸缩驱动组件上下伸缩运动带动所述万向节头进行转向运动从而实现探头角度的调节。

进一步的技术方案：所述伸缩驱动组件包括壳体、贯穿所述壳体顶部的销轴以及位于所述壳体内且与所述销轴同轴布置的弹簧Ⅰ与弹簧Ⅱ，所述弹簧Ⅰ与弹簧Ⅱ之间设有固定在壳体底部的隔热筒，所述销轴上端构成所述伸缩端，所述销轴下端形成导向罩，所述导向罩下端延伸至弹簧Ⅰ与弹簧Ⅱ之间且与所述隔热筒上端重叠布置；所述弹簧Ⅰ与弹簧Ⅱ由双程记忆材料构成，所述弹簧Ⅰ在通电加热时缩短并带动所述销轴向下运动，所述弹簧Ⅱ在通电加热时伸长并带动所述销轴向上运动，所述销轴侧面设有限制销轴向上运动距离的台肩。

进一步的技术方案：所述探头角度调节机构包括3个或4个或5个角度调节单元。

进一步的技术方案：所述壳体底部为密封压螺，所述密封压螺端面设有供所述弹簧Ⅰ的电连导线穿过的第一通孔以及供所述弹簧Ⅱ的电连导线穿过的第二通孔，所述第一通孔、第二通孔分别通过耐高温密封胶灌封。

进一步的技术方案：所述导向罩内侧由阶梯孔构成，所述阶梯孔中小孔的侧面设有螺纹，所述弹簧Ⅰ通过所述螺纹与导向罩连接，所述阶梯孔中大孔与弹簧Ⅰ外侧面间隙配合，所述弹簧Ⅰ下端与壳体底部固定；所述弹簧Ⅱ两端均为自由状态，所述弹簧Ⅱ上端作用在所述销轴侧面的台肩上，所述弹簧Ⅱ下端作用在所述壳体底部。

进一步的技术方案：所述弹簧Ⅰ与弹簧Ⅱ由CuZnAl双程记忆合金材料或TiNi双程记忆合金材料构成。

进一步的技术方案：所述隔热筒插接在密封压螺内端面上并通过耐高温密封胶灌封固定。

进一步的技术方案：所述角度调节单元设置多个且上下串联布置，位于上方的角度调节单元的底座构成位于下方的角度调节单元的平台。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明工作原理：当探头需要对待检测物体的某个部位进行检测时，此时角度调节单元中的伸缩驱动组件均处于原始状态，若干个均匀分布的角度调节单元之间相互平衡，与伸缩驱动组件一一对应的转动部件也处于原始状态即平台处于水平状态，本发明装置的探头正对准待检测部位。当需要对待检测部位的另一角度或者其他部位进行检测时，由于角度调节单元中伸缩驱动组件有的实现伸长运动，有的实现缩短运动，相应的与伸缩驱动组件关联的转动部件随之实现转动，最终整个角度调节机构的原始状态被打破，并达到一个新的平衡，此时平台呈现具有一定倾斜角度的最终状态。本发明通过角度调节机构，有效提升了探头的探测范围，实现了对探头倾斜角度的控制，提高了超声波检测的可靠性并降低检测人员的劳动强度。

(2)本发明所述伸缩驱动组件的工作过程为：只需通过控制系统向伸缩驱动组件发电指令，由于伸缩驱动组件内部具有的弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ分别具有加热缩短和加热伸长的特性，则给某一个伸缩驱动组件中的弹簧Ⅰ供电时，弹簧Ⅰ通电受热，开始缩短，弹簧Ⅰ受热变形时产生的抗力远大于弹簧Ⅱ受压时自身产生的抗力，弹簧Ⅰ带动弹簧Ⅱ以及与弹簧Ⅰ固定连接的销轴一起实现缩短运动，该伸缩驱动组件最终实现缩短运动功能；与此同时，给另外的伸缩驱动组件中的弹簧Ⅱ供电时，弹簧Ⅱ通电受热，开始伸长，弹簧Ⅱ受热变形时产生的抗力远大于弹簧Ⅰ受拉自身产生的抗力，弹簧Ⅱ带动弹簧Ⅰ与销轴一起实现伸长运动，该伸缩驱动组件最终实现伸长运动功能。本发明所述伸缩驱动组件相比于传统液压伸缩结构更简单、更轻便，集成在超声波探头装置中便于携带和使用，其使得探头角度调节更为准确。

(3)本发明通过设置伸缩驱动组件和转动部件相互匹配工作，通过控制伸缩驱动组件的伸缩运动，打破整个机构的平衡关系，转动部件将伸缩驱动组件的伸缩运动转换为转动，通过采用输入不同的电压和电流等方式，可以调节伸缩驱动组件内弹簧的伸缩量，从而达到将平台上探头调节到不同的倾斜角度，有效提升了超声波探头装置的角度可控性和兼容性。

(4)本发明的一种角度可调的超声波探头装置，伸缩驱动组件采用双程形状记忆合金弹簧驱动，双程形状记忆合金弹簧具有伸缩功能，并且断电冷却后状态可恢复，可反复多次使用，降低了应用成本。

(5)本发明将角度调节机构进行串联使用，探头角度调节范围更大，角度调节的灵活性更高，具有较好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明初始状态示意图；

图2是本发明探头倾斜工作状态示意图；

图3是本发明伸缩驱动组件原始状态示意图；

图4是是本发明伸缩驱动组件伸长状态示意图；

图5是是本发明伸缩驱动组件缩短状态示意图；

图6是本发明转动部件组装后的结构示意图；

图7是本发明转动部件爆炸图；

图8是本发明探头结构示意图(探头的内部卡板、线缆等元件未示出)。

附图中标记的含义如下：

1—伸缩驱动组件；1-1—销轴；1-2—弹簧Ⅰ；1-3—弹簧Ⅱ；1-4—隔热筒；1-5—壳体；1-6—压螺；2—转动部件；2-1—转动体；2-2—十字轴；2-3—连接轴；2-4—螺母；3—探头；4—平台；5—底座。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

如图1、2所示：本发明包括探头3、平台4、探头角度调节机构以及底座5，所述探头3安装在平台4上，所述探头角度调节机构包括至少一个安装在平台4与底座5之间的角度调节单元(根据实际情况进行设置，如1个、2个、3个、4个等，本发明优选为3个或4个或5个)，所述角度调节单元包括转动部件2以及固定在底座5上的伸缩驱动组件1，所述转动部件2由十字轴式万向节头构成，所述万向节头一端与所述平台4固定，所述万向节头另一端与所述伸缩驱动组件1的伸缩端固定连接，所述伸缩驱动组件1上下伸缩运动带动所述万向节头进行转向运动从而实现探头3角度的调节。

如图3、4、5所示：所述伸缩驱动组件1包括壳体1-5、贯穿所述壳体1-5顶部的销轴1-1以及位于所述壳体1-5内且与所述销轴1-1同轴布置的弹簧Ⅰ1-2与弹簧Ⅱ1-3，所述弹簧Ⅰ1-2与弹簧Ⅱ1-3之间设有固定在壳体1-5底部的隔热筒1-4，所述销轴1-1上端构成所述伸缩端，所述销轴1-1下端形成导向罩，所述导向罩下端延伸至弹簧Ⅰ1-2与弹簧Ⅱ1-3之间且与所述隔热筒1-4上端重叠布置；

所述导向罩内侧由阶梯孔构成，所述阶梯孔中小孔的侧面设有螺纹，所述弹簧Ⅰ1-2通过所述螺纹与导向罩连接，所述阶梯孔中大孔与弹簧Ⅰ1-2外侧面间隙配合，所述弹簧Ⅰ1-2下端与壳体底部固定；所述弹簧Ⅱ1-3两端均为自由状态，所述弹簧Ⅱ1-3上端作用在所述销轴侧面的台肩上，所述弹簧Ⅱ1-3下端作用在所述壳体底部。

所述弹簧Ⅰ1-2与弹簧Ⅱ1-3由双程记忆材料构成，所述弹簧Ⅰ1-2在通电加热时缩短并带动所述销轴1-1向下运动，所述弹簧Ⅱ1-3在通电加热时伸长并带动所述销轴1-1向上运动，所述销轴1-1侧面的台肩用于限制销轴1-1向上运动的距离。

所述壳体1-5底部为密封压螺1-6，所述密封压螺1-6端面设有供所述弹簧Ⅰ的电连导线穿过的第一通孔以及供所述弹簧Ⅱ的电连导线穿过的第二通孔，所述第一通孔、第二通孔分别通过耐高温密封胶灌封。

所述弹簧Ⅰ1-2与弹簧Ⅱ1-3由CuZnAl双程记忆合金材料或TiNi双程记忆合金材料构成。

所述隔热筒1-4由隔热性较好的微晶玻璃陶瓷构成，所述隔热筒1-4插接在密封压螺1-6内端面上并通过耐高温密封胶灌封固定。

本发明所述伸缩驱动组件1的工作过程如下：

正常情况下，伸缩驱动组件1处于如图3所示的原始状态；

当给伸缩驱动组件1中的弹簧Ⅰ1-2供电时，弹簧Ⅰ1-2通电受热，开始缩短，弹簧Ⅰ1-2受热变形时产生的抗力远大于弹簧Ⅱ1-3受压时自身产生的抗力，弹簧Ⅰ1-2带动弹簧Ⅱ1-3以及与弹簧Ⅰ1-2固定连接的销轴1-1一起实现缩短运动，该伸缩驱动组件最终实现缩短运动功能，伸缩驱动组件1运动到位后的状态如图5所示；

当给伸缩驱动组件1的弹簧Ⅱ1-3供电时，弹簧Ⅱ1-3通电受热，开始伸长，弹簧Ⅱ1-3受热变形时产生的抗力远大于弹簧Ⅰ1-2受拉自身产生的抗力，弹簧Ⅱ1-3带动弹簧Ⅰ1-2与销轴1-1一起实现伸长运动，该伸缩驱动组件1最终实现伸长运动功能，伸缩驱动组件1运动到位后的状态如图4所示；

当伸缩驱动组件1内的弹簧Ⅰ1-2或弹簧Ⅱ1-3的通电加热激励撤去后，弹簧Ⅰ1-2或弹簧Ⅱ1-3冷却后会恢复到原始状态，这样处于伸缩状态的伸缩驱动组件1具有恢复到原始的如图3所示的状态的功能。

如图6、7所示：所述转动部件2包括两个转动体2-1、一个十字轴2-2、两个连接轴2-3及四个螺母2-4构成，转动部件2具有向任意角度转动的功能。所述转动体2-1一端为阶梯状圆柱体，所述转动部件2通过两个转动体2-1上的阶梯状圆柱体，分别连接伸缩驱动组件1的伸缩端和平台4，转动体2-1的另一端为“U”型槽，“U”型槽的两侧具有通孔，所述十字轴2-2为两段阶梯状圆柱体一体构成，两段阶梯状圆柱体相互垂直，大圆柱一端具有螺纹孔，小圆柱一端具有螺纹，两个连接轴2-3的小端分别固定安装于十字轴2-2的两个大圆柱端的螺纹孔内，连接有连接轴2-3的十字轴2-2分别通过转动体2-1的“U”型槽两侧的通孔进行连接，并通过螺母2-4进行固定，两个转动体2-1可分别绕十字轴2-2进行任意方向的相对旋转。

如图8所示：所述探头3包括座本体及探测部，内部设有卡板、线缆等元件(图中未示出)；座本体为方槽状，嵌入平台4相应的卡槽内固定，当然，座本体的主体结构也不仅局限于设置成上述方槽状结构，其也可根据与平台4固定的截面形状不同而优选设置为别的形状，如方块形、椭圆形等，且其与平台4的固定形式也不局限于套嵌连接，其亦可通过螺纹或者卡扣的形式而与平台4匹配连接，这并非本专利所研究的重点，故而在此不做赘述。探头3置于平台4上，用于对目标物体进行超声探测。

所述角度调节单元设置多个且上下串联布置，位于上方的角度调节单元的底座5构成位于下方的角度调节单元的平台4。串联后的角度调节机构的角度调节范围更大，角度调节的灵活性就越高。

Claims (7)

1.一种角度可调的超声波探头装置，其特征在于：包括探头(3)、平台(4)、探头角度调节机构以及底座(5)，所述探头(3)安装在平台(4)上，所述探头角度调节机构包括至少一个安装在平台(4)与底座(5)之间的角度调节单元，所述角度调节单元包括转动部件(2)以及固定在底座(5)上的伸缩驱动组件(1)，所述转动部件(2)由十字轴式万向节头构成，所述万向节头一端与所述平台(4)固定，所述万向节头另一端与所述伸缩驱动组件(1)的伸缩端固定连接，所述伸缩驱动组件(1)上下伸缩运动带动所述万向节头进行转向运动从而实现探头(3)角度的调节；

所述伸缩驱动组件(1)包括壳体(1-5)、贯穿所述壳体(1-5)顶部的销轴(1-1)以及位于所述壳体(1-5)内且与所述销轴(1-1)同轴布置的弹簧Ⅰ(1-2)与弹簧Ⅱ(1-3)，所述弹簧Ⅰ(1-2)与弹簧Ⅱ(1-3)之间设有固定在壳体(1-5)底部的隔热筒(1-4)，所述销轴(1-1)上端构成所述伸缩端，所述销轴(1-1)下端形成导向罩，所述导向罩下端延伸至弹簧Ⅰ(1-2)与弹簧Ⅱ(1-3)之间且与所述隔热筒(1-4)上端重叠布置；所述弹簧Ⅰ(1-2)与弹簧Ⅱ(1-3)由双程记忆材料构成，所述弹簧Ⅰ(1-2)在通电加热时缩短并带动所述销轴(1-1)向下运动，所述弹簧Ⅱ(1-3)在通电加热时伸长并带动所述销轴(1-1)向上运动，所述销轴(1-1)侧面设有限制销轴(1-1)向上运动距离的台肩。

2.如权利要求1所述的角度可调的超声波探头装置，其特征在于：所述探头角度调节机构包括3个或4个或5个角度调节单元。

3.如权利要求1所述的角度可调的超声波探头装置，其特征在于：所述壳体(1-5)底部为密封压螺(1-6)，所述密封压螺(1-6)端面设有供所述弹簧Ⅰ(1-2)的电连导线穿过的第一通孔以及供所述弹簧Ⅱ(1-3)的电连导线穿过的第二通孔，所述第一通孔、第二通孔分别通过耐高温密封胶灌封。

4.如权利要求1所述的角度可调的超声波探头装置，其特征在于：所述导向罩内侧由阶梯孔构成，所述阶梯孔中小孔的侧面设有螺纹，所述弹簧Ⅰ(1-2)通过所述螺纹与导向罩连接，所述阶梯孔中大孔与弹簧Ⅰ(1-2)外侧面间隙配合，所述弹簧Ⅰ(1-2)下端与壳体底部固定；所述弹簧Ⅱ(1-3)两端均为自由状态，所述弹簧Ⅱ(1-3)上端作用在所述销轴侧面的台肩上，所述弹簧Ⅱ(1-3)下端作用在所述壳体底部。

5.如权利要求1所述的角度可调的超声波探头装置，其特征在于：所述弹簧Ⅰ(1-2)与弹簧Ⅱ(1-3)由CuZnAl双程记忆合金材料或TiNi双程记忆合金材料构成。

6.如权利要求3所述的角度可调的超声波探头装置，其特征在于：所述隔热筒(1-4)插接在密封压螺(1-6)内端面上并通过耐高温密封胶灌封固定。

7.如权利要求1～6任一项所述的角度可调的超声波探头装置，其特征在于：所述角度调节单元设置多个且上下串联布置，位于上方的角度调节单元的底座(5)构成位于下方的角度调节单元的平台(4)。

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