CN112881531B - 一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，定位法兰盘通过定位孔用以连接超声检测机械臂末端手腕，控制喷头整体携带超声探头跟随机械臂运动扫查；法兰盘和顶丝的配合，用以超声探头的夹紧，保证其声束方向平行于水柱方向；下端设置导流口，判断存储仓内部水流是否满仓，避免仓中存在空气对声束造成干扰。存储仓为整个喷头夹具的核心部件，用来引入水流及喷出耦合水柱。存储仓侧面注水口与水管连接，将水流引入存储仓；存储仓内嵌隔水板控制其内部水流方向，并对水流起到缓冲作用，避免水中产生气泡产生，保证平稳水柱从仓底喷出，提供超声检测喷水式水耦合条件，以保证整个仓体处于密封状态。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于喷水式超声检测手段的水柱喷头夹具，主要用于大型工件超声检测系统的水耦合，属于结构材料检测无损技术领域。
背景技术
大型高端装备如航天航空、海洋工程等装备中最常见的承载结构，在长期服役过程中受冲击载荷和自身缺陷影响常常会产生微小裂纹，裂纹会随着时间的发展逐渐延伸，最终会引起设备失效，造成巨大损失，细小裂纹的检测在高端设备领域显得尤为重要。尽可能地早些发现结构设备中裂纹缺陷，并对其进行修复，将会避免很多重大事故的发生。在大型结构材料健康检测中，如何尽早发现微小裂缝一直是极其重要的问题，通过水耦合系统为超声无损检测手段提供传播介质，可实现装备结构中的裂缝缺陷无损检测。
传统的超声检测技术大多采取水浸式超声检测系统，系统配备水箱用以放置被检测工件，将整个工件淹没在水中，使得超声探头在水下对其进行检测，可保证超声声波信号的稳定激励与接收。但水浸式超声检测系统面临被检测对象多是较小类结构部件，对于大型被检件必须配置足够大的水箱，其成本高、操作繁琐，且大型工件的搬运过程存在较高危险性，很难满足人们的要求。因此，寻求一种成本低、操作简单且安全系数高的超声检测水耦合系统，具有重大理论意义和工程实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，具有成本低、结构简单、操作简单、操作安全系数高等优点，完全可以满足实验分析和工程应用的需要。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，该喷头主要由定位法兰盘1、存储仓2和隔水板3组成，本发明包含了如下部件：法兰定位孔4、仓体定位孔5、探头孔6、导流口7、顶丝8、注水口9、橡胶垫片10、底仓11、底盖12。
喷头夹具设计整体装配示意图如图1所示，其内部结构示意图如图2所示。
定位法兰盘1上配有8个法兰定位孔4，主要用于连接超声检测机械臂末端手腕与实验所用KUKA KR10-1420机械臂末端手腕定位孔一致，控制喷头整体携带超声探头跟随机械臂运动扫查；探头装夹在探头孔6，且通过顶丝8进行进一步夹紧，防止探头装夹不牢固以致脱落；定位法兰盘下端配有导流口7，可外接水管用以判断存储仓2内部水流是否满仓，避免仓中存在空气对超声声束造成干扰；3个仓体定位孔5用以与存储仓2定位装配连接。探头孔6向仓内延伸2mm并对外径进行倒模，可进一步缓冲水压，避免仓内水花的产生，并保证整个仓体水密性。存储仓2为整个喷头的核心构件，设置在定位法兰盘1底部，其侧面配有注水口9，用于连接外部水管，在水泵的压力下对仓体内部进行注水；上端带有导流口与定位法兰盘1下端导流口7同心接触连接，配合检验仓体水流情况。隔水板3嵌在存储仓2内部，用以控制仓体内水流方向，且对水流进行缓冲，避免水中产生气泡进而对超声信号造成干扰。
定位法兰盘1与机械臂末端手腕通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接；
定位法兰盘1与存储仓2通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；
定位法兰盘1与顶丝8通过标准M3长螺栓进行螺纹配合夹紧；
超声探头与探头孔6通过顶丝8进行夹紧连接；
隔水板3与底仓11通过内外螺纹配合连接；
存储仓2与底仓11通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，中间夹有橡胶垫片10；
底仓11出水口与底盖12通过内外螺纹配合连接；
导流口7与外围水管通过直插式连接；
注水口9与外围水管通过直插式连接。
为保证喷头夹具整体的水密性和轻便性，整体结构均由铝合金材料制成，并在所有装配连接处设置密封橡胶垫片、橡胶套管。该喷头设计具有两种隔水板设计：普通隔水板和筛网隔水板。普通隔水板针对水泵压强较小时效果显著，但对于水泵压强较大时，水压过大冲击隔水板容易产生水花或者气泡，故选用筛网隔水板进行水压的缓冲，通过网孔的形式进一步稳定仓体水流状态，保证水柱平稳冲出。两种不同样式的隔水板设计，消除了不同水压状态下水花和气泡带来的信号干扰，并且具有体积轻便、成本低、更换方便等特点。
附图说明
图1喷头夹具整体装配示意图；
图2普通隔水板喷头夹具内部结构示意图；
图3喷头夹具正视图；
图4喷头夹具俯视图；
图5普通隔水板和筛网隔水板示意图；
具体实施方式
下面对喷头夹具具体的实施方式作进一步的说明。
一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，定位法兰盘1、存储仓2和隔水板3为喷头夹具主体装配部分，法兰定位孔4用于连接超声检测机械臂末端手腕；仓体定位孔5与存储仓2之间定位装配连接，中间夹有隔水橡胶垫片；探头孔6用以装夹超声探头，且通过顶丝8夹紧；导流口7开在法兰盘的上端，外接水管用以判断存储仓2内的水流状态；注水口9在水泵压力下对存储仓2内注水；橡胶垫片10用以组装存储仓2，保证水密性；底盖12用以和底仓11的出水口装配连接，控制出水口11的开闭；
定位法兰盘1位于机械臂末端手腕下方，通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接；存储仓2位于定位法兰盘1的下方，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；隔水板3位于底仓11内部，通过内外螺纹进行配合连接；底仓11位于隔水板2下方，中间配有橡胶垫片10，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；底盖12位于底仓11下方，通过内外螺纹进行配合连接；顶丝8位于定位法兰盘1侧面，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接。定位法兰盘1与机械臂末端手腕通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接。定位法兰盘1与存储仓2通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，存储仓2下部的锥面锥角为90°。定位法兰盘1与顶丝8通过标准M3长螺栓进行螺纹配合夹紧，隔水板3锥面锥角为50°。超声探头与探头孔6通过顶丝8进行夹紧连接，顶丝8端部配有橡胶块。隔水板3与底仓11通过内外螺纹配合连接。存储仓2与底仓11通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，中间夹有橡胶垫片10，底仓11配有标准外螺纹。底仓11出水口与底盖12通过内外螺纹配合连接，底盖12配有标准内螺纹。导流口7与外围水管通过直插式连接。注水口9与外围水管通过直插式连接。
首先将隔水板3内嵌于存储仓2底部并包装好，与定位法兰盘1通过3个M3仓体定位孔5进行螺栓连接，中间配有橡胶垫片保证水密性；然后通过法兰定位孔4与KUKA机械臂末端手腕定位孔进行配合连接，将外围套有橡胶套管的超声检测探头置于探头孔6，并通过顶丝8对其进一步夹紧，以防探头在工作状态时脱落；随后对仓体进行注水，通过注水口9连接外围水管，由水泵提供水压对其注水，在注水前应将底盖11安装在仓体下端，当注水小段时间直至仓体上部导流口7溢出，此时打开底盖11，保证整个仓体处于满水状态，避免内部存在空气对超声检测造成信号干扰。
本发明设计的喷头夹具结构简单、安装灵活、成本较低、可靠性高，可以满足喷水式超声检测手段的检测需求。
Claims (7)
1.一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：定位法兰盘（1）、存储仓（2）和隔水板（3）为喷头夹具主体装配部分，定位法兰盘（1）一端的法兰定位孔（4）用于连接超声检测机械臂末端手腕；定位法兰盘（1）另一端的仓体定位孔（5）与存储仓（2）之间定位装配连接，中间夹有隔水橡胶垫片；探头孔（6）用以装夹超声探头，且通过顶丝（8）夹紧；导流口（7）开在法兰盘的上端，外接水管用以判断存储仓（2）内的水流状态；存储仓（2）侧面配有注水口（9），注水口（9）在水泵压力下对存储仓（2）内注水；橡胶垫片（10）用以组装存储仓（2），保证水密性；底盖（12）用以和底仓（11）出水口装配连接，控制出水口的开闭；
定位法兰盘（1）位于机械臂末端手腕下方，通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接；存储仓（2）位于定位法兰盘（1）的下方，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；
隔水板（3）位于存储仓（2）及底仓（11）内部，通过内外螺纹进行配合连接；存储仓（2）与底仓（11）通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，中间夹有橡胶垫片（10），底仓（11）配有标准外螺纹；底盖（12）位于底仓（11）下方，通过内外螺纹进行配合连接；顶丝（8）位于定位法兰盘（1）侧面，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；定位法兰盘（1）与顶丝（8）通过标准M3长螺栓进行螺纹配合夹紧，隔水板（3）锥面锥角为50°；隔水板（3）与底仓（11）通过内外螺纹配合连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：定位法兰盘（1）与机械臂末端手腕通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：定位法兰盘（1）与存储仓（2）通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，底仓（11）下部的锥面锥角为90°。
4.根据权利要求1所述的一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：超声探头与探头孔（6）通过顶丝（8）进行夹紧连接，顶丝（8）端部配有橡胶块。
5.根据权利要求1所述的一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：底仓（11）出水口与底盖（12）通过内外螺纹配合连接，底盖（12）配有标准内螺纹。
6.根据权利要求1所述的一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：导流口（7）与外围水管通过直插式连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，其特征在于：注水口（9）与外围水管通过直插式连接。
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