CN113567548A - 用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，包括伸缩杆、用于对待扫查的大型曲面构件表面进行涂抹耦合剂的涂抹机构、安设在伸缩杆上用于对大型曲面构件进行超声相控阵扫查的相控阵换能器、用于显示扫查成像及进行参数调整的相控阵检测总成以及用于连接伸缩杆与相控阵换能器的连接件，连接件使伸缩杆与相控阵换能器形成万向转动关系。本发明通过调节伸缩杆的长度，相控阵换能器与伸缩杆形成万向转动关系，在扫查过程中自适用调整换能器位姿，使得其与扫查物体的检测面紧密贴合，保障检测效果，且能适应各种曲率的大型曲面，通用性强；本发明可根据检测面实际情况自适应调整出液量大小，在保障检测效果的同时更加节约耦合剂。

Description

用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置

技术领域

本发明涉及大型曲构件检测技术领域，尤其涉及一种用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置。

背景技术

航空航天、交通运输、兵器等行业迅猛发展，人们对产品性能和外观的要求越来越高，因此圆筒、圆柱等具有规则形状和一些具有自然曲面形状的曲面构件等被广泛运用,如涡轮发动机叶片、飞机螺旋桨、石油储罐等。该类大型曲面构件受加工工艺、工作载荷或工作环境影响，关键部位极易产生微裂纹、气孔、夹杂等各种常见缺陷，降低其服役寿命和安全性。若无法及时检出这些缺陷，极有可能导致巨大经济损失甚至灾难性的后果。因此，针对大型曲面构件进行快速检测，有效检出其疲劳裂纹等损伤缺陷，及时发现事故隐患并采取必要措施，是保障安全生产的重要手段。

超声检测技术是保障大型曲面构件生产质量和安全运行的重要手段。相比于传统超声检测采用单探头，超声相控阵换能器由一定数量有序排列的阵元构成。通过电子技术控制各阵元按照预设的激发时序触发，以实现超声波扫描声束控制，达到任意偏转及聚焦的目的。同时超声相控阵检测技术具有高效率和检测分辨率的特点，能对各种复杂曲面结构件进行实时成像。因此超声相控阵检测技术已在曲面构件检测中起到了举足轻重的作用。

目前国内外开展大型曲面构件的超声检测大部分为检验人员手动操作探头机构对构件进行检测，对大型曲面构件进行检测时存在自动化低、通用性差等弊端。如授权公开号CN111796022A和申请公开号CN111929411A的专利只能对圆柱、平面等规则型面构件检测；申请公开号CN103852524A和申请公开号CN212321511U的扫查需要通过人工干预或者导轨调整，容易造成缺陷的漏检，整体结构复杂，成本贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，包括伸缩杆、用于对待扫查的大型曲面构件表面进行涂抹耦合剂的涂抹机构、安设在伸缩杆上用于对大型曲面构件进行超声相控阵扫查的相控阵换能器、安装在伸缩杆上用于显示扫查成像及进行参数调整的相控阵检测总成以及用于连接伸缩杆与相控阵换能器的连接件，所述连接件使伸缩杆与相控阵换能器形成万向转动关系，所述涂抹机构包括安设于伸缩杆外表面用于储存耦合剂的储液箱、安设于相控阵换能器前端的涂抹刷、用于将储液箱内的耦合剂传至涂抹刷的管件以及用于自动改变耦合剂流量的流量调节组件，所述相控阵换能器安装在流量调节组件底部。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述管件包括第一管件与第二管件，所述第一管件将储液箱与流量调节组件的输入端连通，所述第二管件将流量调节组件输出端与涂抹刷连通，所述涂抹刷为中空结构，所述涂抹刷外表面均匀分布有若干通孔。

所述流量调节组件数量为2个，所述流量调节组件包括中空结构的壳体，所述壳体内安设有内套环，所述内套环将所述壳体内部空腔隔成第一腔体与第二腔体，所述第一腔体与第二腔体连通，所述壳体侧壁设有进液口和出液口，所述进液口的一端与第一腔体连通，所述进液口另一端通过第一管件与储液箱连通，所述出液口的一端与第二腔体连通，所述出液口另一端通过第二管件与涂抹刷连通，所述壳体内安设有用于将第一腔体内的耦合液推至第二腔体内的推杆，所述推杆的一端置于第一腔体内，所述推杆的另一端置于第二腔体内，所述第二腔体内安设有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧的一端连接推杆，所述第一压缩弹簧的另一端与第二腔体内壁连接。

所述伸缩杆包括上支杆与下支杆，所述上支杆与下支杆通过一调节其两者总长度的长度调节件可拆卸连接，所述相控阵检测总成安装于上支杆上，所述连接件可拆卸连接于下支杆底部，所述储液箱安装于下支杆外表面。

所述上支杆与下支杆均为中空结构杆。

所述长度调节件包括安装槽、内套筒、外套筒以及第二压缩弹簧，所述安装槽开设于上支杆底部，所述内套筒套设于下支杆上端且与下支杆一体成型，所述内套筒套设于安装槽内部与安装槽滑动连接，所述安装槽内安设有隔板，所述隔板与下支杆之安设有第二压缩弹簧，所述外套筒套装于上支杆下端且与上支杆螺合连接，所述外套筒内底面与内套筒底部相抵接。

所述连接件包括上连接座、连接块和下连接座，所述上连接座上端与下支杆底部螺合连接，所述连接块的一端与上连接座之间形成与扫查前进方向成一定角度的铰接关系，所述连接块的另一端与下连接座之间形成扫查前进方向上的铰接关系，所述下连接座底部根据相控阵换能器对称铰接有前支架与后支架，所述前支架、后支架与下连接座的铰接处安设有扭转弹簧，所述前支架上转动安装涂抹刷，所述后支架上安设有定向轮。

所述上连接座包括连接杆，所述连接杆内开设有凹槽，所述凹槽内安装有铰接块，所述连接块的一端开设有转动槽，所述铰接块穿设于转动槽内，所述铰接块与转动槽之间形成与扫查前进方向成90°角的铰接关系，所述下连接座包括安装板与安设于安装板上的耳板，所述连接块插设于耳板之间且与耳板形成扫查前进方向上的铰接关系，所述前支架、后支架铰接于安装板底面。

所述上支杆上端安设有用于手持的手柄。

相控阵检测总成包括电源、液面检测模块、相控阵信号采集/发射模块、运动故障监测、信号处理模块、数据储存器及数据接口。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明通过调节伸缩杆的长度，通过连接件使得相控阵换能器与伸缩杆形成万向转动关系，在扫查过程中自适用调整换能器位姿，使得其与扫查物体的检测面紧密贴合，保障检测效果，且能适应各种曲率的大型曲面，通用性强。

2、本发明采取人工扫查方式，扫查方便，设备结构简单牢靠，性价比高。

3、本发明设置流量调节组件，可根据检测面实际情况自适应调整出液量大小，在保障检测效果的同时更加节约耦合剂。

4、本发明设置有相控阵检测总成，在扫查过程中能实时成像，发现缺陷时系统报警，采集的数据可储存和导出，便于进行离线分析，配备的运动故障监测、液面检测模块能使本装置在工作过程中得到更好的保护，整个系统人性化、智能化，可操作性强。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的长度调节件结构示意图；

图3是本发明的连接件结构示意图；

图4是本发明的流量调节组件截面示意图；

图5是本发明的相控阵检测总成控制流程图。

图中各标号表示：1、伸缩杆；11、上支杆；111、手柄；12、下支杆；13、长度调节件；131、安装槽；132、内套筒；133、外套筒；134、第二压缩弹簧；2、涂抹机构；21、储液箱；22、涂抹刷；23、管件；231、第一管件；232、第二管件；24、流量调节组件；241、壳体；242、内套环；243、进液口；244、出液口；245、推杆；246、第一压缩弹簧；3、相控阵换能器；4、相控阵检测总成；5、连接件；51、上连接座；511、连接杆；512、铰接块；52、连接块；53、下连接座；531、安装板；532、耳板；54、前支架；55、后支架；56、扭转弹簧；57、定向轮。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1至图4所示，本实施例的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，包括伸缩杆1、用于对待扫查的大型曲面构件表面进行涂抹耦合剂的涂抹机构2、安设在伸缩杆1上用于对大型曲面构件进行超声相控阵扫查的相控阵换能器3、安装在伸缩杆1上用于显示扫查成像及进行参数调整的相控阵检测总成4以及用于连接伸缩杆1与相控阵换能器3的连接件5，连接件5使伸缩杆1与相控阵换能器3形成万向转动关系，涂抹机构2包括安设于伸缩杆1外表面用于储存耦合剂的储液箱21、安设于相控阵换能器3前端的涂抹刷22、用于将储液箱21内的耦合剂传至涂抹刷22的管件23以及用于自动改变耦合剂流量的流量调节组件24，相控阵换能器3安装在流量调节组件24底部。本装置为手持结构，在扫查前通过涂抹机构2对待扫查曲面进行均匀涂抹耦合剂，耦合剂在其自身重力下流动，不需另加电泵，大大节约成本，也减轻了本装置的重量，使本装置更轻便，流量调节组件24能根据所扫查曲面的曲率自动对流入涂抹刷22的耦合剂流量进行调节，达到节省耦合剂的目的，相控阵换能器3与涂有耦合剂的曲面贴合，用于对大型曲面构件进行扫查，同时可在相控阵检测总成4的操作显示面板观测缺陷实时成像结果及进行检测参数调整，相控阵换能器3采用多阵元超声相控阵换能器3，能提高检测灵敏度并增加扫查面积，检测同时能通过信号处理模块在显示器或计算机上进行实时成像，达到实时检测的目的，连接件5使伸缩杆1与相控阵换能器3形成万向转动关系，在扫查过程中自适用调整换能器位姿，使得其与扫查物体的检测面紧密贴合，保障检测效果，且能适应各种曲率的大型曲面，通用性强。

本实施例中，管件23包括第一管件231与第二管件232，第一管件231将储液箱21与流量调节组件24的输入端连通，第二管件232将流量调节组件24输出端与涂抹刷22连通，涂抹刷22为中空结构，涂抹刷22外表面均匀分布有若干通孔。储液箱21内的耦合剂在自身重力下往下流动，通动第一管件231流至流量调节组件24中，流量调节组件24可以对流至涂抹刷22上的耦合剂流量进行调节，涂抹刷22外表面均匀分布有若干通孔，从而实现耦合剂在构件接触面的连续均匀铺设。

本实施例中，流量调节组件24数量为2个，流量调节组件24包括中空结构的壳体241，壳体241内安设有内套环242，内套环242将壳体241内部空腔隔成第一腔体与第二腔体，第一腔体与第二腔体连通，壳体241侧壁设有进液口243和出液口244，进液口243的一端与第一腔体连通，进液口243另一端通过第一管件231与储液箱21连通，出液口244的一端与第二腔体连通，出液口244另一端通过第二管件232与涂抹刷22连通，壳体241内安设有用于将第一腔体内的耦合液推至第二腔体内的推杆245，推杆245的一端置于第一腔体内，推杆245的另一端置于第二腔体内，第二腔体内安设有第一压缩弹簧246，第一压缩弹簧246的一端连接推杆245，第一压缩弹簧246的另一端与第二腔体内壁连接。在待机情况下，第一压缩弹簧246保持一定压缩量，推杆245为哑铃状，两端为凸台状，推杆245置于第二腔体内的一端开设有凹槽，第一压缩弹簧246连接在凹槽内，推杆245置于第二腔体内的凸台侧面与出液口244抵接，此时无耦合液流出，当相控阵换能器3扫查不同曲率型面的构件时，第一压缩弹簧246将根据接触面情况自适用调整压缩量，同时使推杆245往复运动。当接触面弯曲量越大，运行阻力增大，第一压缩弹簧246压缩量增大，当推杆245向第一压缩弹簧246一侧移动时，推杆245的凸台侧面与出液口244接触面减少，直至完全脱离出液口244，由于重力和第一腔体、第二腔体内的压强变化使得进液口243的耦合液流入第一腔体和第二腔体，随后推杆245向远离第一压缩弹簧246一侧移动，推杆245挤压第二腔体内的耦合液，使耦合液从出液口244挤出，若接触面越平整，第一压缩弹簧246摆动越小，则出液口244内流量减少，由此能自动改变耦合剂流量，在保证良好检测效果的情况下更加节约耦合剂用量。

本实施例中，伸缩杆1包括上支杆11与下支杆12，上支杆11与下支杆12通过一调节其两者总长度的长度调节件13可拆卸连接，相控阵检测总成4安装于上支杆11上，连接件5可拆卸连接于下支杆12底部，储液箱21安装于下支杆12外表面。

本实施例中，上支杆11与下支杆12均为中空结构杆。上支杆11与下支杆12为中空结构大大减小了整个扫查装置的重量，使用更灵活方便。

本实施例中，长度调节件13包括安装槽131、内套筒132、外套筒133以及第二压缩弹簧134，安装槽131开设于上支杆11底部，内套筒132套设于下支杆12上端且与下支杆12一体成型，内套筒132套设于安装槽131内部与安装槽131滑动连接，安装槽131内安设有隔板，隔板与下支杆12之安设有第二压缩弹簧134，外套筒133套装于上支杆11下端且与上支杆11螺合连接，外套筒133内底面与内套筒132底部相抵接。第二压缩弹簧134始终保持一定的压缩量，在对大型曲面扫查时能使相控阵换能器3表面与检测面接触均匀，且能减少部分振动冲击以保护相控阵换能器3不受损坏。同时，可通过旋转外套筒133来调整扫查装置整体长度来适应对不同长度的需求，也可用于拆卸分离上支杆11与下支杆12，以便于对上支杆11与下支杆12上的配件维护保养及更换。

本实施例中，连接件5包括上连接座51、连接块52和下连接座53，上连接座51上端与下支杆12底部螺合连接，连接块52的一端与上连接座51之间形成与扫查前进方向成一定角度的铰接关系，连接块52的另一端与下连接座53之间形成扫查前进方向上的铰接关系，下连接座53底部根据相控阵换能器3对称铰接有前支架54与后支架55，前支架54、后支架55与下连接座53的铰接处安设有扭转弹簧56，前支架54上转动安装涂抹刷22，后支架55上安设有定向轮57。连接块52的一端与上连接座51之间形成与扫查前进方向成一定角度的铰接关系，连接块52的另一端与下连接座53之间形成扫查前进方向上的铰接关系，可实现相控阵换能器3在这两个叠加方向自由度调节，以便实现对大型变曲率曲面构件及狭窄空间的扫查操作。通过扭转弹簧56的扭转能够根据待测构件表面形状和操作按压力度等调整前、后支架55实时位姿，以保障相控阵换能器3能与构件表面接触良好。后支架55上安装有两个定向轮57，与待测构件表面接触滚动以起支撑和导向作用。

本实施例中，上连接座51包括连接杆511，连接杆511内开设有凹槽，凹槽内安装有铰接块512，连接块52的一端开设有转动槽，铰接块512穿设于转动槽内，铰接块512与转动槽之间形成与扫查前进方向成90°角的铰接关系，下连接座53包括安装板531与安设于安装板531上的耳板532，连接块52插设于耳板532之间且与耳板532形成扫查前进方向上的铰接关系，前支架54、后支架55铰接于安装板531底面。

本实施例中，上支杆11上端安设有用于手持的手柄111。手柄111与相控阵检测总成4安装在上支杆11的两侧，通过握住手柄111进行手持操作。

如图5所示，本实施例中，相控阵检测总成4包括电源、液面检测模块、相控阵信号采集/发射模块、运动故障监测、信号处理模块、数据储存器及数据接口。电源用来给相控阵检测总成4供电；液面检测模块能实时监测储液箱21中耦合剂液位，当液位降低设定阈值时，信号将传输至信号处理模块并报警；运动故障监测安装于前支架54或后支架55底部侧面，当遇到阻力过大或者组件抱死时，系统停止工作并报警。扫查工作开始之前，可通过数据接口及仪器界面设定或者修改检测参数；扫查工作开始之后，相控阵信号采集/发射模块实时采集相控阵换能器3检测数据，并通过信号处理模块实时成像，当发现缺陷时系统报警。同时，采集的数据可储存至数据储存器，数据储存器中的数据可通过数据接口传输到计算机中，实现超声检测数据的离线分析。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：包括伸缩杆(1)、用于对待扫查的大型曲面构件表面进行涂抹耦合剂的涂抹机构(2)、安设在伸缩杆(1)上用于对大型曲面构件进行超声相控阵扫查的相控阵换能器(3)、安装在伸缩杆(1)上用于显示扫查成像及进行参数调整的相控阵检测总成(4)以及用于连接伸缩杆(1)与相控阵换能器(3)的连接件(5)，所述连接件(5)使伸缩杆(1)与相控阵换能器(3)形成万向转动关系，所述涂抹机构(2)包括安设于伸缩杆(1)外表面用于储存耦合剂的储液箱(21)、安设于相控阵换能器(3)前端的涂抹刷(22)、用于将储液箱(21)内的耦合剂传至涂抹刷(22)的管件(23)以及用于自动改变耦合剂流量的流量调节组件(24)，所述相控阵换能器(3)安装在流量调节组件(24)底部。

2.根据权利要求1所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述管件(23)包括第一管件(231)与第二管件(232)，所述第一管件(231)将储液箱(21)与流量调节组件(24)的输入端连通，所述第二管件(232)将流量调节组件(24)输出端与涂抹刷(22)连通，所述涂抹刷(22)为中空结构，所述涂抹刷(22)外表面均匀分布有若干通孔。

3.根据权利要求2所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述流量调节组件(24)数量为2个，所述流量调节组件(24)包括中空结构的壳体(241)，所述壳体(241)内安设有内套环(242)，所述内套环(242)将所述壳体(241)内部空腔隔成第一腔体与第二腔体，所述第一腔体与第二腔体连通，所述壳体(241)侧壁设有进液口(243)和出液口(244)，所述进液口(243)的一端与第一腔体连通，所述进液口(243)另一端通过第一管件(231)与储液箱(21)连通，所述出液口(244)的一端与第二腔体连通，所述出液口(244)另一端通过第二管件(232)与涂抹刷(22)连通，所述壳体(241)内安设有用于将第一腔体内的耦合液推至第二腔体内的推杆(245)，所述推杆(245)的一端置于第一腔体内，所述推杆(245)的另一端置于第二腔体内，所述第二腔体内安设有第一压缩弹簧(246)，所述第一压缩弹簧(246)的一端连接推杆(245)，所述第一压缩弹簧(246)的另一端与第二腔体内壁连接。

4.根据权利要求1所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述伸缩杆(1)包括上支杆(11)与下支杆(12)，所述上支杆(11)与下支杆(12)通过一调节其两者总长度的长度调节件(13)可拆卸连接，所述相控阵检测总成(4)安装于上支杆(11)上，所述连接件(5)可拆卸连接于下支杆(12)底部，所述储液箱(21)安装于下支杆(12)外表面。

5.根据权利要求4所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述上支杆(11)与下支杆(12)均为中空结构杆。

6.根据权利要求5所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述长度调节件(13)包括安装槽(131)、内套筒(132)、外套筒(133)以及第二压缩弹簧(134)，所述安装槽(131)开设于上支杆(11)底部，所述内套筒(132)套设于下支杆(12)上端且与下支杆(12)一体成型，所述内套筒(132)套设于安装槽(131)内部与安装槽(131)滑动连接，所述安装槽(131)内安设有隔板，所述隔板与下支杆(12)之安设有第二压缩弹簧(134)，所述外套筒(133)套装于上支杆(11)下端且与上支杆(11)螺合连接，所述外套筒(133)内底面与内套筒(132)底部相抵接。

7.根据权利要求4所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述连接件(5)包括上连接座(51)、连接块(52)和下连接座(53)，所述上连接座(51)上端与下支杆(12)底部螺合连接，所述连接块(52)的一端与上连接座(51)之间形成与扫查前进方向成一定角度的铰接关系，所述连接块(52)的另一端与下连接座(53)之间形成扫查前进方向上的铰接关系，所述下连接座(53)底部根据相控阵换能器(3)对称铰接有前支架(54)与后支架(55)，所述前支架(54)、后支架(55)与下连接座(53)的铰接处安设有扭转弹簧(56)，所述前支架(54)上转动安装涂抹刷(22)，所述后支架(55)上安设有定向轮(57)。

8.根据权利要求7所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述上连接座(51)包括连接杆(511)，所述连接杆(511)内开设有凹槽，所述凹槽内安装有铰接块(512)，所述连接块(52)的一端开设有转动槽，所述铰接块(512)穿设于转动槽内，所述铰接块(512)与转动槽之间形成与扫查前进方向成90°角的铰接关系，所述下连接座(53)包括安装板(531)与安设于安装板(531)上的耳板(532)，所述连接块(52)插设于耳板(532)之间且与耳板(532)形成扫查前进方向上的铰接关系，所述前支架(54)、后支架(55)铰接于安装板(531)底面。

9.根据权利要求2所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述上支杆(11)上端安设有用于手持的手柄(111)。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的用于大型曲面构件的手动超声相控阵扫查装置，其特征在于：相控阵检测总成(4)包括电源、液面检测模块、相控阵信号采集/发射模块、运动故障监测、信号处理模块、数据储存器及数据接口。

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