CN110487913A - 一种用于超声换能器校准装置的夹具 - Google Patents
一种用于超声换能器校准装置的夹具 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于无损检测技术领域，公开了一种用于超声换能器校准装置的夹具，包括快换机构、夹持机构和配重机构，所述快换机构通过线性导轨连接夹持机构，所述配重机构通过长螺钉和套接在长螺钉上弹簧安装在夹持机构上方；所述快换机构用于快速连接和分离夹持机构；所述夹持机构用于对超声换能器进行固定和支撑配重机构并协同配重机构加载压力；所述配重机构用于向夹持机构夹持的超声换能器加载压力，并且能够调整压力大小使超声换能器与接触面满足良好耦合，完成校准。本发明能使待校准换能器与标准试块良好耦合，顺利完成超声换能器的校准，也能用于超声换能器检测平面构件的情况。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种用于超声换能器校准装置的夹具。
背景技术
超声检测技术凭借灵敏度高、准确性好、安全无害等优点，已成为产品质量控制的有效手段，广泛应用于现代工业生产中。统计资料显示，经过超声检测的产品其性能得到了有效提升，例如对于机械产品而言提高了约5％，而对于国防、宇航、原子能产品则提高了12～18％，火箭系统甚至达到20％左右，世界各国的科学家普遍认为，超声检测技术是机械工业的四大支柱之一，其在现代工业的发展中发挥了不可估量的作用。超声换能器作为超声检测设备的核心部件，处于整个检测系统的最前端，当检测设备和检测工艺确定以后，超声换能器的性能就成为影响检测结果的最主要因素。超声波换能器，又称超声探头，功能是将输入的电功率转换成机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少的一部分功率。
在超声换能器服役期间，工作磨损、保存不善等各种原因都会导致其性能失效或减弱。如果使用者在不知情的情况下应用与实际参数不符的换能器，那么其检测数据的精确性、可靠性和可信度将直接影响检测结论，很容易造成缺陷的漏检或者误检，如果继续使用这些带有内部缺陷的材料或者零件，必然会降低产品寿命，甚至会导致更严重的后果，如设备报废、飞机失事等等。所以为了确保超声波探伤检测结果的可信度，避免因超声换能器时频域特性失准引起超声波探伤灵敏度指标的下降，需要在超声波探伤换能器服役期间对其进行严格的计量校准。
截至目前，行业中超声换能器校准普遍采用传统的人工测量办法，这种检测方法需要用到多种专业测量仪器，要求操作人员要熟悉每种仪器的具体操作并人工处理计算过程，导致操作繁琐、效率低下，而且容易受到操作人员的影响，极易造成数据计算失误或处置不当，影响了校准对换能器的检测评估。因此，传统的手动方法已不能满足日益增加的工作任务。
针对超声换能器的扫查机构的研究已经有所进展，运动机构主要是串联机械臂或带有旋转轴的数控机床。接触式超声换能器用途广泛，是生产检测中大量使用。接触式超声换能器的校准需要采集回波信号，信号的质量与耦合效果有关。因此，接触式超声探伤换能器的自动校准机构需要一种合适的夹具来保证超声换能器与标准试块的耦合性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于超声换能器校准装置的夹具，用以解决现有技术中的超声换能器自动校准时与接触面耦合不良的问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种用于超声换能器校准装置的夹具，包括快换机构、夹持机构和配重机构，所述快换机构通过线性导轨连接夹持机构，所述配重机构通过伸缩部安装在夹持机构上方；
所述快换机构包括与超声换能器校准装置的连接端用于固定快换机构在超声换能器校准装置上，还包括与夹持机构的连接端用于快速更换夹持机构；
所述夹持机构用于对超声换能器进行固定和支撑配重机构并协同配重机构加载压力；
所述配重机构用于向夹持机构夹持的超声换能器加载压力，并且能够调整压力大小使超声换能器与接触面满足良好耦合，完成校准。
进一步的，所述伸缩部包括4组套有弹簧的连接螺钉，且4组分别设置在配重机构和夹持机构之间的四个角上。
进一步的，所述夹持机构包括夹子、阶梯轴、固定螺钉和夹持平台，所述夹子通过阶梯轴固定在夹持平台下方，所述固定螺钉设置在夹子中部，所述夹持平台上表面的四个角分别连接4组套有弹簧的连接螺钉。
进一步的，所述配重机构包括配重块和配重块托架，所述配重块托架上表面设置有定位圆柱台，所述配重块上与定位圆柱台对应位置处设置有通孔，所述配重块安装在配重块托架上，所述配重块托架的四个角设置有通孔，且通孔的直径大于连接螺钉的螺杆且小于连接螺钉的螺钉头。
更进一步的，所述配重块托架上的一侧连接螺钉之间设置有调整螺钉，且该侧的连接螺钉与下方对应的弹簧之间设置有调整片。
更进一步的，所述配重块的四个角和一边的中部设置有螺钉避让槽。
更进一步的，所述配重块托架下表面设置有凸台，且凸台表面为圆弧形。
进一步的，所述良好耦合条件是超声换能器所受压力等于夹持机构和配重块的重量之和。
进一步的，所述快换机构为快换卡盘。
进一步的，与超声换能器待耦合的接触面上设置耦合剂，所述耦合剂选择合成锭子油。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点:
1、能使待校准换能器与标准试块良好耦合，顺利完成超声换能器的校准。该装置也能用于超声换能器检测平面构件的情况。
2、夹子能张开不同的角度，适应直径略有不同的超声换能器。通过更换大小不同的夹子，可使适应更多大小的超声换能器夹持。
3、夹持机构的夹持装置和配重块支架采用长螺钉配套弹簧的结构连接，不仅起到调整超声换能器姿态使其适应平面耦合的功能，而且能逐渐增加载荷有利于排出耦合剂中的气泡。结构可靠、使用简单。
附图说明
图1为超声换能器夹具示意图；
图2为夹持机构和配重块；
图3为夹持机构；
图4为超声换能器夹子；
图5(a)为配重块底视图；
图5((b)为配重块前视图；
图6为累加的配重块结构示意图。
附图中各标号的含义：
1-快换卡盘、2-夹持机构、3-线性导轨、4-连接螺钉、5-弹簧、6-夹子、7-配重块、8-超声换能器；
21-配重块托架、22-换能器夹持平台、23-调整螺钉、24-调整片；
61-阶梯轴、62-固定螺钉。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。
实施例1
如图1所示，在本实施例中公开了一种用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，包括快换机构、夹持机构和配重机构，所述快换机构通过线性导轨3连接夹持机构，所述配重机构通过伸缩部安装在夹持机构上方；
所述快换机构包括与超声换能器校准装置的连接端用于固定快换机构在超声换能器校准装置上，还包括与夹持机构的连接端用于快速更换夹持机构；快换机构是一种可手动快速拆装的拉钉夹头，能够方便超声换能器安装和拆卸，一般安装在自动校准装置运动机构末端，例如三维平移台z轴的下部或串联机械臂的末端；
所述夹持机构用于对超声换能器8进行固定和支撑配重机构并协同配重机构加载压力；
所述配重机构用于向夹持机构夹持的超声换能器8加载压力，并且能够调整压力大小使超声换能器8与接触面满足良好耦合，完成校准。
本发明能使待校准换能器与标准试块接触面良好耦合，顺利完成超声换能器的校准，也能用于超声换能器检测平面构件的情况。夹持机构2与配重机构采用长螺钉配套弹簧的结构连接，不仅起到调整超声换能器姿态使其适应平面耦合的功能，而且能逐渐增加载荷有利于排出耦合剂中的气泡。结构可靠、使用简单。
具体的，如图2所示，所述伸缩部包括4组套有弹簧5的连接螺钉4，且4组分别设置在配重机构和夹持机构之间的四个角上，设置4组能够提供更为稳定的支持，4个弹簧在被压缩的最终位置时的弹力合计约2kg压力，能保证几乎所有接触式超声换能器的良好耦合。
具体的，如图4所示，所述夹持机构2包括夹子6、阶梯轴61、固定螺钉62和夹持平台22，所述夹子6通过阶梯轴61固定在夹持平台22下方，所述固定螺钉62设置在夹子6中部，所述夹持平台22上表面的四个角分别连接4组套有弹簧5的连接螺钉4。所述阶梯轴61的末端带有螺纹，旋入合适的孔位可使超声换能器8圆柱端面的中心与配重块托架21的接触点在同一垂线上。
具体的，所述配重机构包括配重块7和配重块托架21，所述配重块托架21上表面设置有定位圆柱台，所述配重块7上与定位圆柱台对应位置处设置有通孔，所述配重块7安装在配重块托架21上，所述配重块托架21的四个角设置有通孔，且通孔的直径大于连接螺钉4的螺杆且小于连接螺钉4的螺钉头。
优选的，如图5a、图5b所示，所述配重块7的四个角设置有螺钉避让槽，用于当配重机构下压时，弹簧5压缩，连接螺钉4穿过通孔进入螺钉避让槽。
优选的，所述线性导轨安装时应使夹持机构2与要耦合的平面有1°～5°的夹角。一方面，以使超声换能器8与待耦合平面接触时有合适的夹角，避免二者压紧后中间留有气泡。另一方面，在弹簧5逐渐压缩的时，超声换能器相对待耦合平面有一定位移，能减少二者中间过多的耦合剂，提高耦合性能。
优选的，所述配重块托架21下表面设置有凸台，且凸台表面为圆弧形，为提高换能器夹持平台22的适应性。当待耦合平面与超声换能器存在夹角时，换能器夹持平台22会产生相对于配重块托架21的偏转，弧形的接触面有利于适应偏转。
优选的，如图6所示，配重块7上可以固定多块累加配重块以调整超声换能器所受压力大小，经测试，超声换能器耦合所需的压力与其底面面积有关，面积越大需要的压力越大。
优选的，所述良好耦合的条件为配重块7与夹持机构2质量合计为2kg。
优选的，所述快换机构为快换卡盘1。
具体的，与超声换能器8待耦合的接触面上设置耦合剂，优选的，所述耦合剂选择合成锭子油，合成锭子油，粘度比耦合膏低，声阻抗比水高，有利于提高耦合速度和效果、防止生锈。
优选的，夹持装置与超声换能器接触的部分粘贴有柔性材料，不仅能增加夹持装置与带有滚花的超声换能器侧壁的摩擦力，还能防止夹具和超声换能器的损伤。
本实施例的具体工作过程为：
(a)根据超声换能器8的大小选择合适大小的夹子6并将其通过阶梯轴61安装到换能器夹持平台22上；
(b)将超声换能器8放入夹子6，旋紧固定螺钉62；
(c)将夹持机构通过快换卡盘1安装到自动测试装置运动机构的末端上，超声换能器8固定在夹持机构2下方，线性导轨3在上极限位置处并且弹簧5处于最长状态；
(d)将配重块7放置到配重块托架21，配重块托架21平台中心的圆柱台插入配重块7的通孔，超声换能器安装完毕。
(e)在待耦合平面上倒上足量的耦合剂；
(f)移动超声换能器8到待耦合平面上方，尽量使超声换能器底部和待耦合平面平行，超声换能器夹具向下运动，超声换能器8与待耦合平面接触，下层的换能器夹持平台22能在一定范围内移动和转动，在超声换能器8的底面与待耦合平面不平行时提供一定的自适应能力。
(g)超声换能器夹具继续向下运动，弹簧5被压缩，超声换能器8受到的压力持续增大，耦合剂受压逐渐排出空气，直到配重块托架21底部的凸台与换能器夹持平台22接触，即线性导轨3离开上极限位置时，超声换能器夹具停止向下移动。
此时，超声换能器8所受压力达到最大，约为夹持机构2和配重块7的重量之和。此时，超声换能器8与待耦合平面紧密贴合，耦合效果最好。
实施例2
如图3所示，在本实施例中公开了一种超声换能器自动校准装置，在实施例1的基础上公开了如下技术特征：
具体的，所述配重块托架21上的一侧连接螺钉4之间设置有调整螺钉23，且该侧的连接螺钉4与下方对应的弹簧5之间设置有调整片24。
优选的，所述配重块7的四个角和一边的中部设置有螺钉避让槽。
因为夹子6和超声换能器8以及超声换能器连接线构成的整体是不对称的进而导致与待耦合平面接触时受力不均影响耦合效果，具体表现在超声换能器及配套线缆会导致超声换能器倾斜，为使超声换能器8受力尽可能均匀，需将调整螺钉23旋转到合适的位置，安装时将超声换能器8固定在夹子6中，在各个方向观察配重块托架21和换能器夹持平台22，调节调整螺钉使二者基本平行，然后改变调整片24的位置用于设置一侧弹簧的初始长度，进而改变弹簧5的初始弹力，使得系统达到平衡。
Claims (10)
1.一种用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，包括快换机构、夹持机构和配重机构，所述快换机构通过线性导轨(3)连接夹持机构，所述配重机构通过伸缩部安装在夹持机构上方；
所述快换机构包括与超声换能器校准装置的连接端用于固定快换机构在超声换能器校准装置上，还包括与夹持机构的连接端用于快速更换夹持机构；
所述夹持机构用于对超声换能器(8)进行固定和支撑配重机构并协同配重机构加载压力；
所述配重机构用于向夹持机构夹持的超声换能器(8)加载压力，并且能够调整压力大小使超声换能器(8)与接触面满足良好耦合，完成校准。
2.如权利要求1所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述伸缩部包括4组套有弹簧(5)的连接螺钉(4)，且4组分别设置在配重机构和夹持机构之间的四个角上。
3.如权利要求2所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述夹持机构(2)包括夹子(6)、阶梯轴(61)、固定螺钉(62)和夹持平台(22)，所述夹子(6)通过阶梯轴(61)固定在夹持平台(22)下方，所述固定螺钉(62)设置在夹子(6)中部，所述夹持平台(22)上表面的四个角分别连接4组套有弹簧(5)的连接螺钉(4)。
4.如权利要求3所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述配重机构包括配重块(7)和配重块托架(21)，所述配重块托架(21)上表面设置有定位圆柱台，所述配重块(7)上与定位圆柱台对应位置处设置有通孔，所述配重块(7)安装在配重块托架(21)上，所述配重块托架(21)的四个角设置有通孔，且通孔的直径大于连接螺钉(4)的螺杆且小于连接螺钉(4)的螺钉头。
5.如权利要求4所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述配重块托架(21)上的一侧连接螺钉(4)之间设置有调整螺钉(23)，且该侧的连接螺钉(4)与下方对应的弹簧(5)之间设置有调整片(24)。
6.如权利要求5所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述配重块(7)的四个角和一边的中部设置有螺钉避让槽。
7.如权利要求4所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述配重块托架(21)下表面设置有凸台，且凸台表面为圆弧形。
8.如权利要求4所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述良好耦合条件是超声换能器(8)所受压力等于夹持机构(2)和配重块(7)的重量之和。
9.如权利要求1所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，所述快换机构为快换卡盘(1)。
10.如权利要求1所述的用于超声换能器校准装置的夹具，其特征在于，与超声换能器(8)待耦合的接触面上设置耦合剂，所述耦合剂选择合成锭子油。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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