CN111208210A - 一种具有自动添加耦合剂的手持tofd扫查架及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架及设计方法，包括自适应超声探头支架结构、可调整T型机身结构、带编码功能的行走结构、手持结构；所述方法包括：为载装超声探头的楔块设计耦合剂输送通道，对楔块进行开孔，其中超声探头安装孔与楔块的上表面垂直，耦合剂输送通道与楔块的下表面垂直；根据楔块与扫描区域表面的接触情况，设计楔块耦合剂输送通道的开孔位置与输送通道直径；根据检测规程，设计扫查架合理的工作移动速度；根据楔块与探测表面的接触面积、扫查架的工作移动速度，设计耦合剂输送泵的流量性能要求。本发明通过扫查架的稳定运行，控制耦合剂的涂抹质量，均匀的耦合层介质改善了超声探头的耦合性能。
Description
技术领域
本发明涉及超声探伤工具技术领域，尤其涉及一种可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架及设计方法。
背景技术
超声波衍射时差法(TOFD，Time Of Flight Diffraction)是一种依靠从待检试件内部的“端角”和“端点”处得到的衍射能量来检测缺陷的方法，扫查架是TOFD检测过程中必不可少的器具，其能够携带超声探头在被检测材料的表面移动，实现对被检测物体的超声扫查。
目前普通扫查架一般需要操作人员事先在被检测对接接头扫查区进行耦合剂的手工涂抹，才能进行下一步的扫查作业。
由于手工涂抹耦合剂无法确保涂层厚度的均匀性，导致扫查器的探头与被检表面不能有效接触或耦合剂涂层含有空气而造成缺陷的检出率低、可靠性不高，进而引发检测TOFD图谱容易中断、重复扫查、图谱不合格、资源成本浪费等一系列问题，因此亟需一种可自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架及其相关设计方法。
现有专利提及的关于提高TOFD扫查架工作性能的方法，如CN104359984B提供了一种手动多通道TOFD扫查架，通过在扫查架上加装转向角度仪，用于判断扫查架行进方向是否与预定轨迹发生偏移，虽然可在水平面上减少扫查架的运动偏移，但无法减少与工件接触的竖直方向上的运动波动，且无法摆脱手工涂抹耦合剂的操作；如CN207343113U提供了一种TOFD扫查架喷淋装置，通过改进喷淋装置，使其可自由移动，减少工作人员喷淋耦合剂的工作量，但其要求工作人员在进行作业的同时得准备扫查架和喷淋装置两套设备。
1)、“一种手动多通道TOFD扫查架”，专利号CN104359984B。该发明提供了一种手动多通道TOFD扫查架，属于机械技术领域。它解决了现有的TOFD扫查架操作不便且扫查数据不够精确的问题。本多通道TOFD扫查架，包括总编码器、滚轮、推行手柄和若干对探头组合件，探头组合件与总编码器电连接，扫查架还包括竖梁和若干个横梁，滚轮和探头组合件设置在横梁上，推行手柄和总编码器连接在竖梁上方，扫查架上还设置有报警器和转向角度仪，所述转向角度仪设置在竖梁上且与总编码器电连接，报警器与总编码器电连接。它通过转向角度仪检测扫查架行进方向是否与预定轨迹发生偏移，且能够发出报警通知扫查人员对扫查方向进行调整，保证扫查得到的缺陷数据的准确性。该方法提供了一种手动多通道TOFD扫查架,可通过转向角度仪控制扫查架的运动误差。
2)、“一种TOFD扫查架喷淋装置”，专利号CN207343113U。该实用新型提供一种TOFD扫查架喷淋装置，包括透明硅胶软管一、弹簧、固定圆环、T型转换接头、扁嘴喷嘴、透明硅胶软管二、电动缸、双向丝杆、夹持板、万向轮以及轴承，透明硅胶软管一右端安装有透明硅胶软管二，透明硅胶软管二下端设置有T型转换接头，T型转换接头外端连接有扁嘴喷嘴，透明硅胶软管二上安装有固定圆环，透明硅胶软管一通过弹簧与固定圆环相连接，该设计提高了喷淋效果，电动缸下端安装有轴承，轴承设置在双向丝杆上，轴承外侧设置有夹持板，夹持板下端连接有万向轮，该设计便于移动，也可进行夹持，本实用新型使用方便，便于操作，可延长喷淋长度，便于夹持以及移动。该方法提供了一种外置耦合剂喷淋装置，可减少工作人员的工作量，但其亦要求工作人员得同时携带两套设备才能进行作业。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架及设计方法，将自动添加耦合剂的功能集成到TOFD扫查架中，减少操作者工作量的同时，提高耦合剂的涂抹质量。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架，包括：包括自适应超声探头支架结构(1)、可调整T型机身结构(2)、带编码功能的行走结构(3)、手持结构(4)；所述自适应超声探头支架结构(1)、带编码功能的行走结构(3)与手持结构(4)分别与可调整T型机身结构(2)连接。
一种可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架的设计方法，包括：
A为载装超声探头的楔块设计耦合剂输送通道，对楔块进行开孔，其中超声探头安装孔与楔块的上表面垂直，耦合剂输送通道与楔块的下表面垂直；
B根据楔块与扫描区域表面的接触情况，设计楔块耦合剂输送通道的开孔位置与输送通道直径；
C根据检测规程，设计扫查架合理的工作移动速度；
D根据楔块与探测表面的接触面积、扫查架的工作移动速度，设计耦合剂输送泵的流量性能要求。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
操作人员在移动扫查架的时候，通过管道连接控制耦合剂通过楔块注液管连接口进入楔块，并最终从检测表面贴合处的小孔喷在超声探头下的检测区域，形成一层均匀的耦合层介质。实现了耦合剂的自动涂抹，提高工作效率，节约成本，通过扫查架的稳定运行，控制耦合剂的涂抹质量，均匀的耦合层介质改善了超声探头的耦合性能，使其在多种厚度接头区域的检测有更好的表现。
附图说明
图1是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架的整体结构示意图；
图2是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架自适应超声探头支架结构的结构示意图；
图3是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架可注液楔块的结构示意图；
图4是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架的设计方法工作流程图；
图5是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架的设计方法程序框架图
图6是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架可注液楔块的侧视图；
图7是可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架可注液楔块的下视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，如可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架的整体结构，包括：包括自适应超声探头支架结构1、可调整T型机身结构2、带编码功能的行走结构3、手持结构4；所述自适应超声探头支架结构1、带编码功能的行走结构3与手持结构4分别与可调整T型机身结构2连接。
如图2所示，上述自适应超声探头支架结构1由可移动限位盒101、复位弹簧102、楔块连接架103与可注液楔块105组成；上述可注液楔块105通过螺栓104与楔块连接架103连接，且可注液楔块105通过绕螺栓长度方向所在的轴线进行角度调整；上述楔块连接架103与可移动限位盒101间隙配合，并沿着可移动限位盒101进行竖直运动，且通过复位弹簧102进行复位调整。
如图3所示，上述可注液楔块上部设置有第一注液管连接口、第二注液管连接口和一超声探头；底部与检测表面贴合，且在贴合处设有第一液体出口109与第二液体出口110；所述第一液体出口109和第二液体出口110分别与所述第一注液管连接口和第二注液管连接口相互联通。
上述自适应超声探头支架结构1通过T型螺母与可调整T型机身结构2连接在一起且可沿着铝型材进行水平位置的变换；所述带编码功能的行走结构3通过T型螺栓与可调整T型机身结构2连接在一起；所述手持结构4通过T型螺栓与可调整T型机身结构2连接。
如图4和图5所示，本实施例还提供了一种可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架的设计方法，包括：
步骤10为载装超声探头的楔块设计耦合剂输送通道，对楔块进行开孔，其中超声探头安装孔与楔块的上表面垂直，耦合剂输送通道与楔块的下表面垂直(如图6所示)；
步骤20根据楔块与扫描区域表面的接触情况，设计楔块耦合剂输送通道的开孔位置与输送通道直径；
如图7所示，为可自动添加耦合剂手持TOFD扫查架可注液楔块的下视图，分析楔块与扫描区域表面的接触情况，设计两输送通道中心在楔块下表面的投影位于螺栓长度方向所在的轴线在楔块下表面的投影轴线II上，根据耦合剂输送通道直径ds、楔块下表面长度Lw、超声探头安装孔的半径Rs，设计输送通道中心在楔块下表面的投影离轴线I的距离Ls的计算方法：
根据楔块下表面宽度为Lw，设计耦合剂输送通道直径ds的计算方法；
其中α应满足5≤α≤7，当Ls取大值时，α取小值，当Ls取小值时，α取大值。
步骤30根据检测规程，设计扫查架合理的工作移动速度；
扫查架合理的工作移动速度Vw一般应不超过150mm/s，若采用自动检测并带提醒的功能时，扫查架的移动速度应通过对比试验进行确定。
步骤40根据楔块与探测表面的接触面积、扫查架的工作移动速度，设计耦合剂输送泵的流量性能要求，具体包括：
设扫查作业时间为t，楔块与探测表面的接触面积为Sk，扫查架的工作移动速度为Vw(t)，则耦合剂输送泵的流量性能F为
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架，其特征在于，包括自适应超声探头支架结构(1)、可调整T型机身结构(2)、带编码功能的行走结构(3)、手持结构(4)；所述自适应超声探头支架结构(1)、带编码功能的行走结构(3)与手持结构(4)分别与可调整T型机身结构(2)连接。
2.如权利要求1所述的具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架，其特征在于，所述自适应超声探头支架结构(1)由可移动限位盒(101)、复位弹簧(102)、楔块连接架(103)与可注液楔块(105)组成；
所述可注液楔块(105)通过螺栓(104)与楔块连接架(103)连接，且可注液楔块(105)通过绕螺栓长度方向所在的轴线进行角度调整；
所述楔块连接架(103)与可移动限位盒(101)间隙配合，并沿着可移动限位盒(101)进行竖直运动，且通过复位弹簧(102)进行复位调整。
3.如权利要求2所述的具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架，其特征在于，所述可注液楔块(105)上部设置有第一注液管连接口(106)、第注二液管连接口(108)和一超声探头(107)；底部与检测表面贴合，且在贴合处设有第一液体出口(109)与第二液体出口(110)；
所述第一液体出口(109)和第二液体出口(110)分别与所述第一注液管连接口(106)和第二注液管连接口(108)相互联通。
4.如权利要求1所述的具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架，其特征在于，所述自适应超声探头支架结构(1)通过T型螺母与可调整T型机身结构(2)连接在一起且可沿着铝型材进行水平位置的变换；
所述带编码功能的行走结构(3)通过T型螺栓与可调整T型机身结构(2)连接在一起；
所述手持结构(4)通过T型螺栓与可调整T型机身结构(2)连接。
5.一种具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
A为载装超声探头的楔块设计耦合剂输送通道，对楔块进行开孔，其中超声探头安装孔与楔块的上表面垂直，耦合剂输送通道与楔块的下表面垂直；
B根据楔块与扫描区域表面的接触情况，设计楔块耦合剂输送通道的开孔位置与输送通道直径；
C根据检测规程，设计扫查架合理的工作移动速度；
D根据楔块与探测表面的接触面积、扫查架的工作移动速度，设计耦合剂输送泵的流量性能要求。
6.如权利要求5所述的具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架的设计方法，其特征在于，所述步骤B中设计楔块耦合剂输送通道的开孔位置与输送通道直径的具体方法包括：
将楔块耦合剂第一输送通道和第二输送通道在楔块下表面的投影形状设置为圆形，且圆心位于螺栓长度方向所在的轴线在楔块下表面的投影轴线II上，第一输送通道和第二输送通道在下表面的投影关于下表面上的轴线I对称，且离轴线I的距离Ls与耦合剂输送通道直径ds、楔块下表面长度Lw、超声探头安装孔的半径Rs的关系为：
楔块下表面宽度为Lw，耦合剂输送通道直径ds的计算方法为：
其中α应满足5≤α≤7，当Ls取大值时，α取小值，当Ls取小值时，α取大值。
7.如权利要求5所述的具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架的设计方法，其特征在于，所述步骤C包括扫查架合理的工作移动速度Vw一般应不超过150mm/s，若采用自动检测并带提醒的功能时，扫查架的移动速度应通过对比试验进行确定。
8.如权利要求5所述的具有自动添加耦合剂的手持TOFD扫查架的设计方法，其特征在于，步骤D中设计耦合剂输送泵的流量性能要求具体包括：
设扫查作业时间为t，楔块与探测表面的接触面积为Sk，扫查架的工作移动速度为Vw(t)，则耦合剂输送泵的流量性能F为：
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