CN110579536A - 一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置 - Google Patents

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Abstract

一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，包括支撑机构、环形水槽、旋转机构、探头及调整机构，探头及调整机构固定在旋转机构上，旋转机构、环形水槽固定在支撑机构上，环形水槽的侧壁圆柱面与旋转机构的旋转电机输出轴同心，探头及调整机构不少于2个，沿周向均匀布置在旋转机构的外围并安装在旋转机构的转盘上，使探头能够伸入环形水槽，通过探头位置调整机构使探头按预定扫描路径移动，实现对放入环形水槽的待测大型环件进行探伤；本发明提高了注水效率，提高扫描效率，对于环件扫描的运动控制更容易，可实现异型环件不同表面的连续扫描。

Description

一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置
技术领域
本发明属于大锻件质量检测技术领域，具体涉及一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置。
背景技术
大型环类零件(直径一般大于5米)在航空、航天、能源、交通等领域使用广泛，这些领域对环类零件的性能有较高的要求。目前，制造大型环类零件的常用技术有环轧等。大型环类零件包括薄壁环件、异型环件、厚壁盘形件等，其在成形过程中常因为坯料材料的内部缺陷而导致成品零件的内部缺陷。对于异型环件来说，在大变形高速轧制过程中，环件不同部分变形程度不同，易产生锻造裂纹。因此，针对大型环类零件的探伤是一项重要的工作。
作为一项无损检测技术，超声波扫描常用于探测零件内部缺陷与损伤。在对大型零件进行探伤时，可选择使用手持式的探头进行扫描。这种方法检测精度低，效率低，扫描轨迹不确定，结果不易分析。因为易于实现自动化的优势，超声波的全没液(水)浸法探伤在零件探伤工作中较为常用，该方法使用水浸聚焦探头进行超声波检测，探头尺寸小，检测频率高，探头不与零件接触，较容易实现探头运动控制。全没液(水)浸法需要将零件浸入耦合介质(水)中，对于大型环件来说，这种方法需要较大容积的工作水槽。现有的矩形工作水槽尺寸较小，不能满足大型环件的尺寸要求。若在原有工作水槽的基础上增大尺寸以适应大型环件的尺寸要求，这样的工作水槽需要的水量大，水注入时效率低。
超声波扫描选择大型环类零件的检测面时，首先考虑与零件金属流线平行的表面，使超声波的入射方向与缺陷的延伸方向垂直，最容易检测出缺陷。因此，一般从环件的周面和端面选择用纵波对大型环类零件进行检测。目前常见的超声波扫描仪的探头移动路径往往是通过三个相互垂直的直线运动的叠加合成，此时，扫描大型环件周面时，使探头进行圆弧运动的控制较复杂。目前已出现通过移动或转动零件实现探头相对零件按一定路径运动的方法，但针对大型或超大型环件，这种方法显然不现实。
对于大型异型环件来说，其表面形貌较复杂，需要对探头探针的方向进行实时调整以实现探针与环件表面保持垂直，目前已有的超声波扫描仪的探头无法对探头探针方向进行实时调整，难以实现异型环件不同表面的连续扫描。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，提高了注水效率，提高了扫描效率，对于环件扫描的运动控制更容易，可实现异型环件不同表面的连续扫描。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，包括支撑机构、环形水槽、旋转机构、探头及调整机构，探头及调整机构固定在旋转机构上，旋转机构、环形水槽固定在支撑机构上，环形水槽的侧壁圆柱面与旋转机构的旋转电机输出轴同心，探头及调整机构不少于2个，沿周向均匀布置在旋转机构的外围并安装在旋转机构的转盘上，使探头能够伸入环形水槽，通过探头位置调整机构使探头按预定扫描路径移动，实现对放入环形水槽的待测大型环件进行探伤。
所述的支撑机构包括环形水槽支撑板和旋转机构支撑架，旋转机构安装在旋转机构支撑架上，旋转机构支撑架、环形水槽均安装在环形水槽支撑板上。
所述的环形水槽内部高度大于待测大型环件的轴向高度，保证待测大型环件全没液浸。
所述的旋转机构包括旋转电机和转盘，转盘安装在旋转电机的输出轴上，通过控制旋转电机，使转盘带动可伸缩摆臂旋转，实现探头相对于待测大型环件周向位置的调整。
所述的探头及调整机构包括可伸缩摆臂、探头位置调整机构、探头，探头位置调整机构安装在可伸缩摆臂的端部，探头安装在探头位置调整机构的探针方向调整电机的输出轴上。
所述的可伸缩摆臂不少于2节，通过液压系统或电机提供伸缩的动力，可伸缩摆臂实现探头在待测大型环件径向位置的粗调；将待测大型环件放入与取出环形水槽时，可伸缩摆臂处于收缩状态，避免探头及探头位置调整机构与待测大型环件干涉。
所述的探头位置调整机构包括径向调整机构、轴向调整机构、探头方向调整电机，径向调整机构包括径向移动导轨、径向移动电机和径向移动滑块，径向调整机构实现探头相对于待测大型环件径向位置的精确调整，径向移动导轨一端与可伸缩摆臂最外节连接，另一端固定径向移动电机，径向移动电机通过丝杠传动的方式，使径向移动滑块沿径向移动导轨直线运动；轴向调整机构包括轴向移动电机、轴向移动导柱与丝杠、轴向移动滑块，轴向调整机构实现探头相对于待测大型环件轴向位置的调整，轴向移动电机、轴向移动导柱与丝杠均安装在径向移动滑块上，轴向移动电机通过丝杠传动的方式，使轴向移动滑块沿导柱直线运动，探针方向调整电机安装在轴向运动滑块的下端，探针方向调整电机输出轴与探头连接，实现探头探针方向调整，进而实现对待测大型环件内壁、外壁、端面以及异型待测大型环件不同角度的表面扫描作业时探头探针与待测面的位置关系。
本发明的有益效果为：
由于本发明环形水槽的形状为环形，保证全没液浸的同时节省水的使用，提高了注水效率；由于本发明沿待测大型环件周向分布多个探头，可对待测大型环件同时扫描，提高扫描效率；由于本发明探头的运动为周向运动、径向运动、轴向运动，使得探头对于环件扫描的运动控制更容易；由于本发明探头探针方向可进行调整，可实现异型环件不同表面的连续扫描。
附图说明
图1是本发明实施例1装置(对薄壁待测大型环件进行检测)的结构示意图。
图2是图1的A处局部放大图。
图3是图1的B处局部放大剖视图，剖切面过旋转电机输出轴轴心。
图4是本发明实施例1的薄壁待测大型环件的轴截面示意图。
图5是本发明实施例1探伤薄壁待测大型环件时探头与待测大型环件的位置关系图。
图6是本发明实施例2(对异形截面环形件进行检测)的结构示意图。
图7是本发明实施例2的异形截面待测大型环件的轴截面示意图。
图8是本发明实施例2检测异形截面待测大型环件锥面时探头与待测大型环件的位置关系图。
图9是本发明实施例2检测异形截面待测大型环件柱面时探头与待测大型环件的位置关系图。
图10是本发明实施例3(对厚壁盘形待测大型环件进行检测)的结构示意图。
图11是本发明实施例3中检测的厚壁盘形待测大型环件的轴截面示意图。
图12是本发明实施例3中检测厚壁盘形待测大型环件时探头与待测大型环件的位置关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例来对本发明做详细描述。
实施例1：本实施例的待测大型环件15为大型薄壁件，轴截面为矩形，如图4所示。
参照图1、图2和图3，一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，包括支撑机构、环形水槽16、旋转机构、探头及调整机构，探头及调整机构固定在旋转机构上，旋转机构、环形水槽16固定在支撑机构上，环形水槽16的侧壁圆柱面与旋转机构的旋转电机18输出轴同心，环形水槽16的底面为环形，其内部高度大于待测大型环件15的轴向高度，保证待测大型环件15全没液浸；探头及调整机构个数为2个，对称布置在旋转机构的外围并安装在旋转机构的转盘13上，使探头9伸入环形水槽16，通过探头位置调整机构使探头9按预定扫描路径移动，以实现对放入环形水槽16的待测大型环件进行探伤。
所述的支撑机构包括环形水槽支撑板17和旋转机构支撑架14，旋转机构安装在旋转机构支撑架14上，旋转机构支撑架14、环形水槽16均放置在环形水槽支撑板17上。
参照图3，所述的旋转机构包括旋转电机18和转盘13，转盘13安装在旋转电机18的输出轴上，通过控制旋转电机18，使转盘13带动可伸缩摆臂旋转，实现探头9相对于待测大型环件15周向位置的调整。
所述的探头及调整机构包括可伸缩摆臂、探头位置调整机构、探头9，探头位置调整机构安装在可伸缩摆臂的端部，探头9安装在探头位置调整机构的探针方向调整电机10的输出轴上。
所述的可伸缩摆臂节数为2，包括摆臂外节11、摆臂内节12，通过液压系统或电机带动摆臂外节11相对于摆臂内节12做伸缩运动，可伸缩摆臂能够实现探头9在待测大型环件15径向位置的粗调；将待测大型环件15放入与取出环形水槽16时，可伸缩摆臂处于收缩状态，避免探头9及其位置调整机构与待测大型环件15干涉。
参照图2，所述的探头位置调整机构包括径向调整机构、轴向调整机构、探头方向调整电机8，径向调整机构包括径向移动导轨7、径向移动电机6、径向移动滑块2，径向调整机构实现探头9相对于待测大型环件15径向位置的精确调整，径向移动导轨7与待测大型环件15径向尺寸相适应，一端与摆臂外节11连接，另一端固定径向移动电机6，径向移动电机6通过丝杠传动的方式，使径向移动滑块2沿径向移动导轨7直线运动；轴向调整机构包括轴向移动电机1、轴向移动导柱3与丝杠4、轴向移动滑块5，轴向调整机构实现探头9相对于待测大型环件15轴向位置的调整，轴向移动导柱3与丝杠4与待测大型环件15轴向尺寸相适应，轴向移动电机1、轴向移动导柱3与丝杠4均安装在径向移动滑块2上，轴向移动电机1通过丝杠传动的方式，使轴向移动滑块5沿轴向移动导柱3直线运动；探针方向调整电机10安装在轴向运动滑块5的下端，探针方向调整电机10输出轴与探头9连接，实现探针8的方向调整，使探针8与待测大型环件15的待检测面垂直，如图5所示。
本实施例通过对待测大型环件15的内周面进行扫描，完成对整个待测大型环件15的探伤作业，工作过程如下：
1、控制可伸缩摆臂，使其处于收缩状态，保证径向移动电机6的外端到旋转电机18输出轴轴心的径向距离小于待测大型环件15的最小内径；
2、使用吊装结构将待测大型环件15从上方放置到环形水槽16中，并为水槽注水；
3、控制可伸缩摆臂以及径向移动电机6，使探头9位于待测大型环件15内侧位置；
4、控制探针方向调整电机10，使探针8的方向沿待测大型环件15径向向外；
5、配合控制旋转电机18、轴向运动电机1、径向移动电机6，使探针8位于待测大型环件15的初始扫描位置，并与待测大型环件15内壁有相应的工作间隙；
6、配合控制旋转电机18、轴向运动电机1、径向移动电机6，使探针8在待测大型环件15内周面沿S形轨迹进行扫描，直至2个探头的轨迹覆盖待测大型环件15内圆柱面，扫描结束；图5为检测薄壁环件时探头9与待测大型环件15的位置关系图；
7、对扫描结果进行显示与分析。
实施例2：本实施例的待测大型环件15为异形截面环类零件，轴截面如图7所示；
参照图6，一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，包括支撑机构、环形水槽16、旋转机构、探头及调整机构，探头及调整机构固定在旋转机构上，旋转机构、环形水槽16固定在支撑机构上，环形水槽16的侧壁圆柱面与旋转机构的旋转电机18输出轴同心，环形水槽16的底面为环形，其内部高度大于待测大型环件15的轴向高度，保证待测大型环件15全没液浸，探头及调整机构个数为4个，对称布置在旋转机构的外围并安装在旋转机构的转盘13上，使探头9伸入环形水槽16，通过探头位置调整机构使探头9按预定扫描路径移动，以实现对放入环形水槽16的待测大型环件15进行探伤。
所述的支撑机构包括环形水槽支撑板17和旋转机构支撑架14，旋转机构安装在旋转机构支撑架14上，旋转机构支撑架14、环形水槽16均放置在环形水槽支撑板17上。
参照图3，所述的旋转机构包括旋转电机18和转盘13，转盘13安装在旋转电机18的输出轴上，通过控制旋转电机18，可使转盘13带动可伸缩摆臂旋转，实现探头9相对于待测大型环件15周向位置的调整。
所述的探头及调整机构包括可伸缩摆臂、探头位置调整机构、探头9，探头位置调整机构安装在可伸缩摆臂的端部，探头9安装在探头位置调整机构的探针方向调整电机10的输出轴上。
所述的可伸缩摆臂节数为2，包括摆臂外节11、摆臂内节12，通过液压系统或电机带动摆臂外节11相对摆臂内节12伸缩；可伸缩摆臂实现探头9在待测大型环件15径向位置的粗调；将待测大型环件15放入与取出环形水槽16时，可伸缩摆臂处于收缩状态，避免探头9及其位置精确调整机构与待测大型环件15干涉。
参照图2，所述的探头位置调整机构包括径向调整机构、轴向调整机构、探头方向调整电机8，径向调整机构包括径向移动导轨7、径向移动电机6、径向移动滑块2，径向精确整机构可实现探头9相对于待测大型环件15径向位置的精确调整，径向移动导轨7与待测大型环件15径向尺寸相适应，一端与摆臂外节11连接，另一端固定径向移动电机6，径向移动电机6通过丝杠传动的方式，使径向移动滑块2沿径向移动导轨7直线运动；轴向调整机构包括轴向移动电机1、轴向移动导柱3与丝杠4、轴向移动滑块5，轴向调整机构可实现探头9相对于待测大型环件15轴向位置的调整，轴向移动导柱3与丝杠4与待测大型环件15轴向尺寸相适应，轴向移动电机1、轴向移动导柱3与丝杠4均安装在径向移动滑块2上，轴向移动电机1通过丝杠传动的方式，使轴向移动滑块5沿导柱3直线运动；探针方向调整电机10安装在轴向运动滑块5的下端，探针方向调整电机10输出轴与探头9连接，可以实现探针8的方向调整，使探针8与待测大型环件15的待检测面垂直，如图8和图9所示。
本实施例通过对待测大型环件15的外表面(包括一个圆柱面和一个圆台侧面)进行扫描，完成对整个待测大型环件15的探伤作业，工作过程如下：
1、控制可伸缩摆臂，使其处于收缩状态，保证径向移动电机6到旋转电机18输出轴轴心的径向距离小于待测大型环件15的最小内径；
2、使用吊装结构将待测大型环件15从上方放置到环形水槽16中，并为环形水槽16注水；
3、控制可伸缩摆臂以及径向移动电机6，使探头9位于环形水槽16外侧位置；
4、控制探针方向调整电机10，使探针8的方向与待测大型环件15外表面垂直；
5、配合控制旋转电机18、轴向运动电机1、径向移动电机6，使探针8位于待测大型环件15的初始扫描位置，并与待测大型环件15外表面有工作间隙；
6、配合控制旋转电机18、轴向运动电机1、径向移动电机6、以及探针方向调整电机10，使探针8在待测大型环件15外表面沿S形轨迹进行扫描，直至4个探头9的轨迹覆盖待测大型环件15外表面，扫描结束，图8和图9为检测异形截面待测大型环件15时探头9与待测大型环件15的位置关系图；
7、对扫描结果进行显示与分析。
实施例3：本实施例待测大型环件15为厚壁盘形件，轴截面如图11所示。
参照图10，一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，包括支撑机构、环形水槽16、旋转机构、探头及调整机构，探头及调整机构固定在旋转机构上，旋转机构、环形水槽16固定在支撑机构上，环形水槽16的侧壁圆柱面与旋转机构的旋转电机18输出轴同心，环形水槽16的底面为环形，其内部高度大于待测大型环件15的轴向高度，保证待测大型环件15全没液浸；探头及调整机构个数为4个，对称布置在旋转机构的外围并安装在旋转机构的转盘13上，使探头9伸入环形水槽16，通过探头位置调整机构使探头9按预定扫描路径移动，以实现对放入环形水槽的待测大型环件15进行探伤。
所述的支撑机构包括环形水槽支撑板17和旋转机构支撑架14，旋转机构安装在旋转机构支撑架14上，旋转机构支撑架14、环形水槽16均放置在环形水槽支撑板17上。
参照图3，所述的旋转机构包括旋转电机18和转盘13，转盘13安装在旋转电机18的输出轴上，通过控制旋转电机18，可使转盘13带动可伸缩摆臂旋转，实现探头9相对于待测大型环件15周向位置的调整。
所述的探头及调整机构包括可伸缩摆臂、探头位置调整机构、探头9，探头位置精确整机构安装在所述伸缩摆臂的端部，探头9安装在所述头位置调整机构的探针方向调整电机10的输出轴上。
可伸缩摆臂节数为3，包括摆臂外节11、摆臂中节19、摆臂内节12，可通过液压系统或电机带动摆臂外节11、摆臂中节19相对摆臂内节12伸缩，可伸缩摆臂可以实现探头9在待测大型环件15径向位置的粗调；将待测大型环件15放入与取出环形水槽16时，可伸缩摆臂处于收缩状态，避免探头9及其位置精确调整机构与待测大型环件15干涉。
参照图2，所述的探头位置调整机构包括径向调整机构、轴向调整机构、探头方向调整电机8，径向调整机构包括径向移动导轨7、径向移动电机6、径向移动滑块2，径向调整机构可实现探头9相对于待测大型环件15径向位置的精确调整，径向移动导轨7与待测大型环件15径向尺寸相适应，一端与摆臂外节11连接，另一端固定径向移动电机6，径向移动电机6通过丝杠传动的方式，使径向移动滑块2沿径向移动导轨7直线运动；轴向调整机构包括轴向移动电机1、轴向移动导柱3与丝杠4、轴向移动滑块5，轴向调整机构可实对探头9相对于待测大型环件15轴向位置的调整，轴向移动导柱3与丝杠4与待测大型环件15轴向尺寸相适应，轴向移动电机1、轴向移动导柱3与丝杠4均安装在径向移动滑块2上，轴向移动电机1通过丝杠传动的方式，使轴向移动滑块5沿导柱3直线运动；探针方向调整电机10安装在轴向运动滑块5的下端，探针方向调整电机10输出轴与探头9相连接，可以实现探针8的方向调整，使探针8与待测大型环件15的待检测面垂直，如图12所示。
本实施例通过对环形的待测大型环件15端面进行扫描，完成对整个待测大型环件15的探伤作业，工作过程如下：
1、控制可伸缩摆臂，使其处于收缩状态，保证径向移动电机6到旋转电机18输出轴轴心的径向距离小于待测大型环件15的最小内径；
2、为环形水槽16注水，并使用吊装结构将待测大型环件15从上方放置到环形水槽16中；
3、控制可伸缩摆臂以及径向移动电机6，使探头9位于待测大型环件15端面上方；
4、控制探针方向调整电机10，使探针8的方向与待测大型环件15端面垂直；。
5、配合控制旋转电机18、轴向运动电机1、径向移动电机6，使探针8位于待测大型环件15的初始扫描位置，并与待测大型环件15内壁有工作间隙；
6、配合控制旋转电机18、轴向运动电机1、径向移动电机6，使探针8在待测大型环件15内壁一定距离沿S形轨迹进行扫描，直至4个探头9的轨迹覆盖待测大型环件15端面，扫描结束，图12为检测厚壁盘形件时探头9与待测大型环件15的位置关系图；
7、对扫描结果进行显示与分析。

Claims (7)

1.一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：包括支撑机构、环形水槽、旋转机构、探头及调整机构，探头及调整机构固定在旋转机构上，旋转机构、环形水槽固定在支撑机构上，环形水槽的侧壁圆柱面与旋转机构的旋转电机输出轴同心，探头及调整机构不少于2个，沿周向均匀布置在旋转机构的外围并安装在旋转机构的转盘上，使探头能够伸入环形水槽，通过探头位置调整机构使探头按预定扫描路径移动，实现对放入环形水槽的待测大型环件进行探伤。
2.根据权利要求1所述的一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：所述的支撑机构包括环形水槽支撑板和旋转机构支撑架，旋转机构安装在旋转机构支撑架上，旋转机构支撑架、环形水槽均安装在环形水槽支撑板上。
3.根据权利要求1所述的一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：所述的环形水槽内部高度大于待测大型环件的轴向高度，保证待测大型环件全没液浸。
4.根据权利要求1所述的一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：所述的旋转机构包括旋转电机和转盘，转盘安装在旋转电机的输出轴上，通过控制旋转电机，使转盘带动可伸缩摆臂旋转，实现探头相对于待测大型环件周向位置的调整。
5.根据权利要求1所述的一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：所述的探头及调整机构包括可伸缩摆臂、探头位置调整机构、探头，探头位置调整机构安装在可伸缩摆臂的端部，探头安装在探头位置调整机构的探针方向调整电机的输出轴上。
6.根据权利要求5所述的一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：所述的可伸缩摆臂不少于2节，通过液压系统或电机提供伸缩的动力，可伸缩摆臂实现探头在待测大型环件径向位置的粗调；将待测大型环件放入与取出环形水槽时，可伸缩摆臂处于收缩状态，避免探头及探头位置调整机构与待测大型环件干涉。
7.根据权利要求1所述的一种适用于大型环件的多探头超声波探伤装置，其特征在于：所述的探头位置调整机构包括径向调整机构、轴向调整机构、探头方向调整电机，径向调整机构包括径向移动导轨、径向移动电机和径向移动滑块，径向调整机构实现探头相对于待测大型环件径向位置的精确调整，径向移动导轨一端与可伸缩摆臂最外节连接，另一端固定径向移动电机，径向移动电机通过丝杠传动的方式，使径向移动滑块沿径向移动导轨直线运动；轴向调整机构包括轴向移动电机、轴向移动导柱与丝杠、轴向移动滑块，轴向调整机构实现探头相对于待测大型环件轴向位置的调整，轴向移动电机、轴向移动导柱与丝杠均安装在径向移动滑块上，轴向移动电机通过丝杠传动的方式，使轴向移动滑块沿导柱直线运动，探针方向调整电机安装在轴向运动滑块的下端，探针方向调整电机输出轴与探头连接，实现探头探针方向调整，进而实现对待测大型环件内壁、外壁、端面以及异型待测大型环件不同角度的表面扫描作业时探头探针与待测面的位置关系。
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