CN109580783A - 一种用于超声波c扫描自动检测系统的卡爪机构 - Google Patents

一种用于超声波c扫描自动检测系统的卡爪机构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构，包括转台、卡盘体、直线导轨，直线导轨内径向布置有滑块以及与滑块连接的卡爪，卡盘体下方设有传动装置，卡爪的收放由卡爪驱动装置驱动，转台的旋转由转台驱动装置驱动，卡爪的内侧具有第一弧面，用以与工件外壁贴合，卡爪的外侧顶部设有凸台，凸台与卡爪的外侧面之间形成有台面，用以放置工件底部，凸台的外侧具有第二弧面，用以与工件内壁贴合。该卡爪机构能同时实现对复杂型面回转体类工件内表面和外表面的夹持，特别是内撑式装夹时，可实现对工件的全覆盖式扫查；同时最大程度抑制卡盘体与工件高速旋转过程中对浸入耦合剂环境的搅动，从而避免对超声回波信号产生影响；精度较高。

Description

一种用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构
技术领域
本发明涉及超声波扫描装置技术领域，特别涉及一种用于超声波C扫描自动检测系 统的卡爪机构。
背景技术
超声波C扫描自动检测技术的数字化、图像化及智能化检测方式可减少人为因素影 响，能直观再现工件内部缺陷的大小、形状，实现缺陷的定性、定位、定量检测，提高 检测结果的可靠性与稳定性。特别对于导弹战斗部构件、发动机壳体等具有复杂型面的 回转体类壳体工件均涉及超声波C扫描自动检测技术的使用。
由于多自由度关节式工业机器人定位精度高，能够运动到固定空间里的任意位置和 姿态，从而有效解决复杂型面回转体声束难以对正的问题，目前已用于该类工件的超声波C扫描自动检测。检测时，在计算机控制下多自由度机械手带动探头沿复杂型面壳体 的母线匀速运动，水槽提供水浸耦合环境并保证机械手在水槽内部拥有足够的摆动空间， 转台用于装夹工件并带动其旋转，超声波信号经过数据采集并实时成像，从而实现复杂 型面工件的螺旋C扫描自动检测。
检测系统对转台机械精度有较高的要求，如果转盘轴向跳动量和径向跳动量达不到 要求，将导致工件装夹误差较大，工件高速旋转过程中表面回波左、右漂移严重，将难以实现对工件的曲面跟踪以及超声波声束的自动对正；对于复杂型面回转体工件的扫描，普通卡盘一般采用外装夹方式，在工件底部的超声波扫描信号易受到卡爪干扰，难以实 现工件的全覆盖式扫查；并且普通卡盘在设计时，常将T型丝杆、T型螺母、位移滑动 平台等设置在卡盘盘面上方，各种不规则突出形体横截面较大，使得转台高速旋转时产 生较大涡流、气泡等问题，严重影响超声波信号。此外，卡盘上的丝杆、螺母及其它易 磨损部件需要长期完全浸没在水中，使其无法获得充分有效的润滑导致磨损加剧，长期 使用时会导致丝杆、螺母座及其他活动部件磨损的不一致性，导致卡爪定位精度丧失； 另外，固定式卡爪必须编号使用，如将卡爪的安装编号弄混，则导致卡爪精度出现极大 的偏差；如后期需要特殊的夹持方式，则需要在原有卡爪的基础上安装，且不得不将卡 盘拆卸下来后，使用其他切削类机床2次加工，带来了反复装卸的麻烦。鉴于此，有必 要提供一种新的用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状提供一种检测快速方便且精度 高的用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构，其特征在于：包括转台、固定设置于所述转台上的卡盘体，所述卡盘体上径向设置有直线导轨，所述直线导轨内布置有 滑块以及与滑块固定连接的卡爪，所述卡盘体下方设有传动装置，所述卡爪的收放由卡 爪驱动装置驱动，所述转台的旋转由转台驱动装置驱动，所述卡爪的内侧具有第一弧面， 用以与工件外壁贴合，所述卡爪的外侧顶部设有凸台，所述凸台与所述卡爪的外侧面之 间形成有台面，用以放置工件底部，所述凸台的外侧具有第二弧面，用以与工件内壁贴 合。
作为优选，所述卡爪包括沿所述卡盘体周面均匀布置的三个。
作为优选，所述卡爪的外侧面上开设有第一凹部。
作为优选，所述滑块的上表面开设有第二凹部。
卡爪机构在工作时，卡盘体以及传动装置均位于耦合剂环境中，工件被卡爪夹紧后 跟随卡盘体同步高速旋转，工件浸入耦合剂面50mm以上，高速转动过程中将产生大量的气泡涡流问题，本技术方案中卡爪外侧面的第一凹部以及滑块上表面的第二凹部能大幅度减小卡爪机构整体的水下体积，能够使卡爪机构在水中高速旋转过程中产生的水流引导向水槽远端，以避开超声波声束范围，从而有效减少卡盘体及工件在高速旋转过程 中产生的气泡涡流问题，保证超声波脉冲信号的顺利发出与接收。
进一步地，所述转台下方设有下套接部，所述下套接部内壁套设有中心轴，所述中心轴与所述卡爪驱动装置传动连接，所述卡爪机构的控制轴插设于所述下套接部内壁并与所述中心轴同步旋转。
进一步地，所述卡爪机构的控制轴与中心轴之间通过联轴器固定连接，所述卡爪机 构的控制轴外壁、所述中心轴外壁与所述联轴器的内壁之间设有相适配的周向限位结构。
进一步地，所述卡爪驱动装置包括交流电机、蜗轮蜗杆减速机以及电磁离合器，其中，所述电磁离合器在吸合状态下，所述交流电机和蜗轮蜗杆减速机驱动所述卡爪相向 或相背移动；所述电磁离合器在非工作状态下，所述卡爪驱动装置不工作，所述中心轴 以及卡爪保持相对静止状态。以使工件被夹持时，卡盘体上的元器件不会因高速旋转等 外力因素引发松动，保证旋转过程的可靠性。
进一步地，所述下套接部的外壁套设有主轴，所述主轴由转台驱动装置驱动并带动 所述转台同步旋转，所述转台驱动装置包括直流伺服电机以及与其传动连接的行星减速 机，所述行星减速机与所述主轴之间传动连接。行星减速机体积小、传动效率高、减速范围广、且精度高，能保证精密传动下有效降低转速增大扭矩和降低负载的转动惯量比。
作为优选，所述卡盘体的下方还设有与所述滑块固定连接的倒角部，所述倒角部与 所述卡爪位置相对应。
作为优选，所述滑块的两侧设有定位压块，用以手动调节并固定滑块。该滑块的设置可手动调节卡爪的距离，以补偿由T型丝杆磨损所带来的精度损失等问题，从而保证 卡爪机构与中心轴的同心度；滑块两侧所设置的定位压块，可在手动调节完后通过定位 压块固定滑块，保证滑块手动调节后的定位问题，进而保证反复装夹工件时的重复定位 精度。此外，由于多个滑块均可单独手动调节定位，因此还可实现部分异形工件的装夹 定位，比如等边/不等边多边体工件以及椭圆形工件。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本卡爪机构能同时实现对复杂型面回转体类 工件内表面和外表面的夹持，特别是内撑式装夹时，可有效避免扫查工件底部时由于卡爪裸露而干扰超声回波信号的问题，从而实现对工件的全覆盖式扫查；卡盘体的径向跳 动量可降至0.05mm且方便修正；能最大程度抑制卡盘体与工件高速旋转过程中对浸入 耦合剂环境的搅动，从而避免对超声回波信号产生影响；具备较高的精度。
附图说明
图1为本发明优选实施例卡爪机构的俯视图；
图2为本发明优选实施例卡爪机构的立体图；
图3为本发明优选实施例卡爪机构的另一角度的立体图；
图4为本发明优选实施例超声波C扫描自动检测系统的正面剖视图；
图5为图4的局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
参阅图1至图4所示，本优选实施例提供一种应用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构，包括转台3、固定设置于转台3上的卡盘体71，该卡盘体71上径向设置有直 线导轨，该直线导轨内布置有滑块72以及对滑块72固定连接的卡爪73，本优选实施例 中的卡爪73设为沿卡盘体71周面均匀布置的三个，可以理解的是，卡爪73的位置及个 数可根据实际需要进行调整，此处仅为列举并不予以限制。
卡爪73的内侧具有第一弧面H，用以与工件外壁贴合，体现为对待检测工件的外夹， 夹持时只需将工件放置于卡盘体71的正中然后调整卡爪73的位置即可，第一弧面H可以使卡爪与工件的型面更好的贴合，更适合于结构规则的回转体；卡爪73的外侧顶部设 有凸台731，该凸台731与卡爪73的外侧面之间形成有台面732，用以放置工件底部， 凸台的外侧具有第二弧面M，用以与工件内壁贴合，内撑式夹持工件时，将工件置于卡 爪73的台面732上，卡爪73从内向外移动对工件进行卡固，可实现圆筒圆锥等回转体 类工件的内撑式装夹。
滑块72的两侧设有定位压块，用以手动调节并固定滑块72，该滑块72的设置可手动调节卡爪73的位置，以补偿由T型丝杆磨损所带来的精度损失等问题，从而保证卡爪 机构与转台3在旋转时的同心度，且滑块72两端所设置的定位压块，可在手动调节完后 通过定位压块加以固定，保证滑块72在手动调节后的定位问题，进而保证反复装夹工件 时的重复定位精度。此外，由于多个滑块72均可单独手动调节定位，因此还可实现部分 异形工件的装夹定位，比如等边/不等边多边体工件以及椭圆形工件。
进一步地，卡爪73的外侧面上开设有第一凹部733，滑块72的上表面开设有第二凹部734，卡盘体71的下方还设有与滑块72固定连接的倒角部75，该倒角部75与卡爪73 位置相对应。进一步，该卡爪机构的传动装置设于卡盘体71下方，卡爪73的收放由卡 爪驱动装置6驱动，转台3的旋转由转台驱动装置4驱动。
卡爪机构在工作时，卡盘体71以及其传动装置均位于耦合剂环境中，工件被卡爪73 夹紧后跟随卡盘体71同步高速旋转，工件浸入耦合剂面50mm以上，高速转动过程中将产生大量的气泡涡流问题，本技术方案中卡爪73外侧面的第一凹部733以及滑块72上 表面的第二凹部734能大幅度减小卡爪机构整体的水下体积，能够使卡爪机构在水中高 速旋转过程中产生的水流引导向水槽远端，以避开超声波声束范围，从而有效减少卡盘 体71及工件在高速旋转过程中产生的气泡涡流问题，保证超声波脉冲信号的顺利发出与 接收。同理，卡盘体71下方的倒角部75以及传动装置均是为了减小卡盘体71在高速旋 转过程中产生的气泡涡流问题。
本优选实施例的卡爪73以及滑块72均为低高度、小横截面的流线型设计，以使卡盘体71的高速旋转过程中仅产生较小的水体搅动，从而最大程度避免转台3和工件在高 速旋转过程中对超声波信号的影响。
本卡爪机构所应用的超声波C扫描自动检测系统如图4和图5所示，包括第一基座1、设于所述第一基座1上的工业机器人(仅部分示出)、水槽2、用于支撑水槽2的第 二基座21以及设于所述水槽2底部内侧的转台3，卡爪机构通过螺栓固定设置于转台3 上，转台3下方设有下套接部31，该下套接部31内壁套设有中心轴35，该中心轴35
上述卡爪驱动装置6包括交流电机、蜗轮蜗杆减速机以及电磁离合器，其中，电磁离合器在吸合状态下，交流电机和蜗轮蜗杆减速机驱动卡爪73相向或相背移动；电磁离 合器在非工作状态下，卡爪驱动装置6不工作，中心轴35以及卡爪73于相对静止状态。 以使工件被夹持时，卡盘体71上的元器件不会因高速旋转等外力因素引发松动，保证旋 转过程的可靠性。
下套接部31的外壁套设有主轴32，该主轴32由转台驱动装置4驱动并带动转台3同步旋转，转台驱动装置4包括直流伺服电机以及与其传动连接的行星减速机，行星减 速机与主轴32之间传动连接。行星减速机体积小、传动效率高、减速范围广、且精度高， 能保证精密传动下有效降低转速增大扭矩和降低负载的转动惯量比。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本卡爪机构能同时实现对复杂型面回转体类 工件内表面和外表面的夹持，特别是内撑式装夹时，可实现对工件的全覆盖式扫查；卡盘体71的径向跳动量可降至0.05mm且方便修正；能最大程度抑制卡盘体71与工件高 速旋转过程中对浸入耦合剂环境的搅动，从而避免对超声回波信号产生影响；具备较高 的精度。
需要说明的是，本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来 说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于超声波C扫描自动检测系统的卡爪机构，其特征在于：包括转台(3)、固定设置于所述转台(3)上的卡盘体(71)，所述卡盘体(71)上径向设置有直线导轨，所述直线导轨内布置有滑块(72)以及与滑块(72)固定连接的卡爪(73)，所述卡盘体(71)下方设有传动装置，所述卡爪(73)的收放由卡爪驱动装置(6)驱动，所述转台(3)的旋转由转台驱动装置(4)驱动，所述卡爪(73)的内侧具有第一弧面(H)，用以与工件外壁贴合，所述卡爪(73)的外侧顶部设有凸台(731)，所述凸台(731)与所述卡爪(73)的外侧面之间形成有台面(732)，用以放置工件底部，所述凸台(731)的外侧具有第二弧面(M)，用以与工件内壁贴合。
2.根据权利要求1所述的卡爪机构，其特征在于：所述卡爪(73)包括沿所述卡盘体(71)周面均匀布置的三个。
3.根据权利要求1所述的卡爪机构，其特征在于：所述卡爪(73)的外侧面上开设有第一凹部(733)。
4.根据权利要求1所述的卡爪机构，其特征在于：所述滑块(72)的上表面开设有第二凹部(734)。
5.根据权利要求1所述的卡爪机构，其特征在于：所述转台(3)下方设有下套接部(31)，所述下套接部(31)内壁套设有中心轴(35)，所述中心轴(35)与所述卡爪驱动装置(6)传动连接，所述卡爪机构的控制轴(74)插设于所述下套接部(31)内壁并与所述中心轴(35)同步旋转。
6.根据权利要求5所述的卡爪机构，其特征在于：所述卡爪机构的控制轴(74)与中心轴(35)之间通过联轴器(36)固定连接，所述卡爪机构的控制轴(74)外壁、所述中心轴(35)外壁与所述联轴器(36)的内壁之间设有相适配的周向限位结构。
7.根据权利要求5或6所述的卡爪机构，其特征在于：所述卡爪驱动装置(6)包括交流电机、蜗轮蜗杆减速机以及电磁离合器，其中，所述电磁离合器在吸合状态下，所述交流电机和蜗轮蜗杆减速机驱动所述卡爪相向或相背移动；所述电磁离合器在非工作状态下，所述卡爪驱动装置(6)不工作，所述中心轴(35)以及卡爪(73)处于相对静止状态。
8.根据权利要求5述的卡爪机构，其特征在于：所述下套接部(31)的外壁套设有主轴(32)，所述主轴(32)由转台驱动装置(4)驱动并带动所述转台(3)同步旋转，所述转台驱动装置(4)包括直流伺服电机以及与其传动连接的行星减速机，所述行星减速机与所述主轴之间传动连接。
9.根据权利要求1所述的卡爪机构，其特征在于：所述卡盘体(71)的下方还设有与所述滑块(72)固定连接的倒角部(75)，所述倒角部(75)与所述卡爪(73)位置相对应。
10.根据权利要求1所述的卡爪机构，其特征在于：所述滑块(72)的两侧设有定位压块，用以手动调节并固定所述滑块(72)。
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