CN113848254A - 大型曲面自适应超声相控阵扫查装置 - Google Patents
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Abstract
一种大型大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，包括机架以及装设于机架上的耦合剂储存箱、中央处理器与测距传感器，所述机架底部装设有转向机构，所述转向机构上装设有能够进行滚动移动和翻转移动的驱动机构，所述机架底部还装设有与耦合剂储存箱相连并且能够根据构件表面形状进行流量调节的自适应调节机构，所述自适应调节机构上铰装有与构件接触并且能够与构件表面始终保持贴合的涂抹机构，所述机架底部还装设有对构件进行检测的换能器机构。
Description
技术领域
本发明涉及超声检测装置技术领域，尤其涉及一种大型曲面自适应超声相控阵扫查装置。
背景技术
随着我国制造业的飞速发展，大型曲面部件在风电、兵工、交通运输等领域得到广泛运用。然而在加工制造过程中，受客观因素的影响，这些部件难以避免出现孔隙、夹杂和裂纹等缺陷，此类缺陷的存在严重影响部件的结构力学性能和安全可靠性。超声无损检测技术作为国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术，具有被测对象范围广，检测灵敏度高等特点。超声相控阵通过控制多阵元的激发顺序，使其声束方向和聚焦深度灵活可控，可方便实现复杂结构件的全覆盖扫描并进行实时成像,是检测大型曲面构件内部缺陷的有效方法。
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对构件进行检测，检测方法的局限决定了人工检测效率低下，并且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CN109799192A公开了一种风电叶片自动超声无损检测扫查装置，该装置仅能实现在风电叶片等曲面部件表面单方向的自动扫查，难以实现整个部件自动化检测；授权公开号CN203745431U公开了一种用于超声检测的自动扫查装置，该装置需通过激光系统捕捉焊缝路径以实现自动扫查，对大型曲面部件的不同缺陷适用性差。此外，现有超声自动扫查装置绝大部分的扫查方式均难以用于变曲率曲面，且现有超声自动扫查装置在边界判断、界面耦合等关键技术仍存在很多问题亟需解决。
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，提供一种自动化程度高、检测效果好以及检测效率高的大型曲面自适应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：
一种大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，包括机架以及装设于机架上的耦合剂储存箱、中央处理器与测距传感器，所述机架底部装设有转向机构，所述转向机构上装设有能够进行滚动移动和翻转移动的驱动机构，所述机架底部还装设有与耦合剂储存箱相连并且能够根据构件表面形状进行流量调节的自适应调节机构，所述自适应调节机构上铰装有与构件接触并且能够与构件表面始终保持贴合的涂抹机构，所述机架底部还装设有对构件进行检测的换能器机构。
所述转向机构包括装设于机架底部的转向电机以及转向固定杆，所述转向电机上固装有第一转向齿轮，所述第一转向齿轮上均匀啮合有两个第二转向齿轮，所述第二转向齿轮通过转向固定杆与机架相连，所述转向固定杆上套装有转向臂并与第二转向齿轮固定连接。
所述转向臂设置为F型结构。
所述驱动机构包括装设于转向臂上的驱动电机，所述转向臂上两块平行板之间布置有第一驱动齿轮与驱动电机相连，所述转向臂上两块平行板端部穿设有第一驱动轴，所述第一驱动轴上穿设有第一从动齿轮并与第一驱动齿轮啮合，所述第一驱动轴端部还穿设有环形支架，所述第一驱动轴于环形支架与转向臂之间套装有第二从动齿轮，所述环形支架上均匀布置有若干第二驱动轴，所述第二驱动轴上装设有第三从动齿轮，所述第二驱动轴于环形支架之间装设有驱动轮。
所述自适应调节机构包括装设于机架底部的调节杆，所述调节杆内滑装有活塞杆，所述调节杆与活塞杆之间装设有调节弹簧，所述调节杆上成型有调节器，所述活塞杆于调节器内铰装有通过活塞杆运动调节耦合剂流量的调节组件。
所述调节器上开设有进液口与出液口，所述调节器内部通过调节组件成型有有液腔与无液腔，所述调节器上还装设有压紧螺母。
所述调节组件包括装设于调节器内的凸轮并与活塞杆铰接，所述凸轮于进液口与出液口之间开设有运输孔，所述凸轮上成型有防止有液腔内部液体泄漏的软质挡板。
所述涂抹机构包括铰装于活塞杆底部的涂抹底座，所述涂抹底座上装设于能够在构件表面滚动的刷筒，所述涂抹底座上还装设有向刷筒运输耦合剂的运输管，所述运输管与出液口连接。
所述刷筒表面包裹有软质材料层，所述软质材料层上开设有通孔。
所述换能器机构包括装设于机架底部的固定支架，所述固定支架上铰装有上活动支架，所述固定支架与上活动支架之间穿设有固定销，所述固定销上穿设有扭转弹簧，所述上活动支架上还装设有弹簧，所述上活动支架通过弹簧与下活动支架相连，所述下活动支架上铰装有换能器底座，所述换能器底座上固装有相控阵换能器。
与现有技术相比，本发明的优点在于：机架通过驱动机构能够在构件表面移动，当遇到障碍无法移动时，驱动机构能够翻转跨越障碍，驱动机架移动，通过转向机构能够调节机架的运动方向，保证本发明能够移动至构件表面的不同位置处，通过自适应调节机构能够将耦合剂运输至涂抹机构，通过自适应调节机构能够根据构件表面曲率变化自动调节耦合流量，当构件表面形状变化较大时，通过自适应调节机构使得流量增大，反之使得流量减小，使得构件表面能够均匀涂抹带耦合剂，防止耦合剂浪费，通过涂抹机构能够在构件表面涂抹耦合剂，能够适用于不同形状的构件，提高本发明的适用范围，通过换能器机构能够对构件表面进行检测，并始终与构件表面接触，检测效果好，自动化程度高。
附图说明
图1是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置的立体图；
图2是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置中转向机构的立体图；
图3是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置中驱动机构的立体图；
图4是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置中自适应调节机构的立体图；
图5是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置中涂抹机构的立体图；
图6是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置中换能器机构的立体图；
图7是本发明大型曲面自适应超声相控阵扫查装置中中央处理器的原理图。
图中各标号表示：
1、机架；2、中央处理器；3、耦合剂储存箱；4、测距传感器；5、转向机构；51、转向电机；52、第一转向齿轮；53、第二转向齿轮；54、转向固定杆；55、转向臂；6、驱动机构；61、驱动电机；62、第一驱动齿轮；63、第一驱动轴；64、第一从动齿轮；65、环形支架；66、第二从动齿轮；67、第二驱动轴；68、第三从动齿轮；69、驱动轮；7、自适应调节机构；71、调节杆；72、活塞杆；73、调节弹簧；74、调节器；741、进液口；742、出液口；743、有液腔；744、无液腔；745、压紧螺母；75、调节组件；751、凸轮；752、运输孔；753、软质挡板；8、涂抹机构；81、涂抹底座；82、刷筒；83、运输管；9、换能器机构；91、固定支架；92、上活动支架；93、固定销；94、扭转弹簧；95、弹簧；96、下活动支架；97、换能器底座；98、相控阵换能器。
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。
图1至图7示出了本发明一种大型曲面自适应超声相控阵扫查装置的一种实施例，包括机架1以及装设于机架1上的中央处理器2、耦合剂储存箱3与测距传感器4，机架1底部装设有转向机构5，转向机构5上装设有能够进行滚动移动和翻转移动的驱动机构6，机架1底部还装设有与耦合剂储存箱3相连并且能够根据构件表面形状进行流量调节的自适应调节机构7，自适应调节机构7上铰装有与构件接触并且能够与构件表面始终保持贴合的涂抹机构8，机架1底部还装设有对构件进行检测的换能器机构9。机架1通过驱动机构6能够在构件表面移动，当遇到障碍无法移动时，驱动机构6能够翻转跨越障碍，驱动机架1移动，通过转向机构5能够调节机架1的运动方向，保证本发明能够移动至构件表面的不同位置处，通过自适应调节机构7能够将耦合剂运输至涂抹机构8，通过自适应调节机构7能够根据构件表面曲率变化自动调节耦合流量，当构件表面形状变化较大时，通过自适应调节机构7使得流量增大，反之使得流量减小，使得构件表面能够均匀涂抹带耦合剂，防止耦合剂浪费，通过涂抹机构8能够在构件表面涂抹耦合剂，能够适用于不同形状的构件，提高本发明的适用范围，通过换能器机构9能够对构件表面进行检测，并始终与构件表面接触，检测效果好，自动化程度高。
本实施例中，转向机构5包括装设于机架1底部的转向电机51以及转向固定杆54，转向电机51上固装有第一转向齿轮52，第一转向齿轮52上均匀啮合有两个第二转向齿轮53，第二转向齿轮53通过转向固定杆54与机架1相连，转向固定杆54上套装有转向臂55并与第二转向齿轮53固定连接。当需要进行转向时，中央处理器2控制转向电机51启动，通过转向电机51能够驱动第一转向齿轮52进行旋转，第一转向齿轮52进而驱动第二转向齿轮53旋转，第二转向齿轮53上固装有转向臂55，进而使得转向臂55摆动一定角度，实现转向，保证本发明能够运动至构面表面的任意位置处。
本实施例中，转向臂55设置为F型结构。通过F型结构便于安装驱动机构6。
本实施例中，驱动机构6包括装设于转向臂55上的驱动电机61，转向臂55上两块平行板之间布置有第一驱动齿轮62与驱动电机61相连，转向臂55上两块平行板端部穿设有第一驱动轴63，第一驱动轴63上穿设有第一从动齿轮64并与第一驱动齿轮62啮合，第一驱动轴63端部还穿设有环形支架65，第一驱动轴63于环形支架65与转向臂55之间套装有第二从动齿轮66，环形支架65上均匀布置有若干第二驱动轴67，第二驱动轴67上装设有第三从动齿轮68，第二驱动轴67于环形支架65之间装设有驱动轮69。当构件表面没有障碍时，驱动电机61驱动第一驱动齿轮62进行旋转，第一驱动齿轮62进而驱动第一从动齿轮64进行旋转，可以降低转速增加扭矩，通过第一从动齿轮64进而驱动第二从动齿轮66进行旋转，第二从动齿轮66上均匀啮合有三个第三从动齿轮68，通过第二从动齿轮66进而驱动第三从动齿轮68进行旋转，通过第三从动齿轮68的旋转进而驱动驱动轮69旋转，实现在构件表面的移动，当构件表面出现障碍时，驱动轮69停止旋转，导致第三从动齿轮68无法在第二驱动轴67上进行旋转，驱动电机61继续作业，通过第一驱动齿轮62驱动第一从动齿轮64进行旋转，第一从动齿轮64驱动第二从动齿轮66旋转，第三从动齿轮68无法在第二驱动轴67上旋转，因此第二从动齿轮66驱动第三从动齿轮68绕第二从动齿轮66为中心在第二从动齿轮66边缘进行旋转，进而驱动整个环形支架65旋转，实现翻转，通过翻转可以跨越构件表面的障碍，实现平稳运行。
本实施例中，自适应调节机构7包括装设于机架1底部的调节杆71，调节杆71内滑装有活塞杆72，调节杆71与活塞杆72之间装设有调节弹簧73，调节杆71上成型有调节器74，活塞杆72于调节器74内铰装有通过活塞杆72运动调节耦合剂流量的调节组件75。调节弹簧73位于调节杆71内，调节弹簧73处于压缩状态，当构件表面形状变化较大时，活塞杆72压缩调节弹簧73，调节弹簧73压缩量越大，耦合剂流量越大，反之耦合剂流量越小，能够根据构件表面形状调节耦合剂流量，防止耦合剂出现浪费。
本实施例中，调节器74上开设有进液口741与出液口742，调节器74内部通过调节组件75成型有有液腔743与无液腔744，调节器74上还装设有压紧螺母745。进液口741与耦合剂储存箱3连通，出液口742与涂抹机构8连接，通过有液腔743与无液腔744防止耦合剂在有液腔743与无液腔744内相互流动，对耦合剂流量造成影响，当不需要使用本发明时，拧紧压紧螺母745防止调节组件75转动导致耦合剂泄漏。
本实施例中，调节组件75包括装设于调节器74内的凸轮751并与活塞杆72铰接，凸轮751于进液口741与出液口742之间开设有运输孔752，凸轮751上成型有防止有液腔743内部液体泄漏的软质挡板753。当调节弹簧压缩73压缩时，活塞杆72驱动凸轮751旋转，凸轮751沿逆时针方向缓慢旋转，使得进液口741与运输孔752之间的开口面积增大，出液口742与运输孔752之间的开口面积同样增大，耦合剂实现流量增大，反之调节弹簧73伸长，耦合剂流量减小。
本实施例中，涂抹机构8包括铰装于活塞杆72底部的涂抹底座81，涂抹底座81上装设于能够在构件表面滚动的刷筒82，涂抹底座81上还装设有向刷筒82运输耦合剂的运输管83，运输管83与出液口742连接。通过运输管83与出液口742连通，可以将耦合剂运输至刷筒82，通过刷筒82可以将耦合剂均匀涂抹至构件表面，两个涂抹底座81均与活塞杆72铰接，通过两个涂抹底座81可以适用于不同形状的构件，适用范围广。
本实施例中，刷筒82表面包裹有软质材料层，采用软质材料层可以充分与构件表面接触，使得构件表面均可涂抹到耦合剂；所述软质材料层上开设有通孔，耦合剂能够通过通孔涂抹至构件表面。
本实施例中，换能器机构9包括装设于机架1底部的固定支架91，固定支架91上铰装有上活动支架92，固定支架91与上活动支架92之间穿设有固定销93，固定销93上穿设有扭转弹簧94，上活动支架92上还装设有弹簧95，上活动支架92通过弹簧95与下活动支架96相连，下活动支架96上铰装有换能器底座97，换能器底座97上固装有相控阵换能器98。上活动支架92通过扭转弹簧94与固定支架91连接，上活动支架92能够实现弹性调节，上活动支架92与下活动支架96通过弹簧95实现弹性连接，使得相控阵换能器98能够根据构件形状进行弹性调节，使得相控阵换能器98始终与构件表面接触，进而提高检测效果，换能器底座97与相控阵换能器98通过螺栓实现可拆卸连接，便于更换，通过相控阵换能器98能够提高检测灵敏度并增加扫查面积，检测同时能通过超声信号模块在显示器或计算机上进行实时成像。
本实施例中，所述中央处理器2包含电源、运动控制模块、超声信号采集/发射模块、通讯模块、中央数据处理单元、电机控制模块、显示器、数据存储器及数据接口。电源用于给中央处理器2供电；通过测距传感器4用于实时捕获本发明的状态数据，当本发明到达构件边界，该距离发生突变且超过预设阈值时，中央数据处理单元接收到距离突变信号，处理之后发送转向信号传输至电机控制模块，从而驱动转向电机51旋转一定角度，通过转向机构5实现自动转向功能。扫查工作开始之前，可通过数据接口及界面设定或者修改检测参数；检测时，超声信号采集/发射模块通过相控阵换能器98发射激发信号，并实时采集检测数据，并通过中央数据处理单元在显示器上实时成像，当发现缺陷时系统报警；同时采集的信号自动保存在数据存储器内，扫查工作开始之后，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,结合驱动机构6的转速及运动轨迹等可确定缺陷位置；采用遥控手持器，通过通讯模块与扫查装置进行无线数据通讯，以便于扫查装置远程和恶劣工况下的运动状态控制。
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)
1.一种大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：包括机架(1)以及装设于机架(1)上的中央处理器(2)、耦合剂储存箱(3)与测距传感器(4)，所述机架(1)底部装设有转向机构(5)，所述转向机构(5)上装设有能够进行滚动移动和翻转移动的驱动机构(6)，所述机架(1)底部还装设有与耦合剂储存箱(3)相连并且能够根据构件表面形状进行流量调节的自适应调节机构(7)，所述自适应调节机构(7)上铰装有与构件接触并且能够与构件表面始终保持贴合的涂抹机构(8)，所述机架(1)底部还装设有对构件进行检测的换能器机构(9)。
2.根据权利要求1所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述转向机构(5)包括装设于机架(1)底部的转向电机(51)以及转向固定杆(54)，所述转向电机(51)上固装有第一转向齿轮(52)，所述第一转向齿轮(52)上均匀啮合有两个第二转向齿轮(53)，所述第二转向齿轮(53)通过转向固定杆(54)与机架(1)相连，所述转向固定杆(54)上套装有转向臂(55)并与第二转向齿轮(53)固定连接。
3.根据权利要求2所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述转向臂(55)设置为F型结构。
4.根据权利要求2所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述驱动机构(6)包括装设于转向臂(55)上的驱动电机(61)，所述转向臂(55)上两块平行板之间布置有第一驱动齿轮(62)与驱动电机(61)相连，所述转向臂(55)上两块平行板端部穿设有第一驱动轴(63)，所述第一驱动轴(63)上穿设有第一从动齿轮(64)并与第一驱动齿轮(62)啮合，所述第一驱动轴(63)端部还穿设有环形支架(65)，所述第一驱动轴(63)于环形支架(65)与转向臂(55)之间套装有第二从动齿轮(66)，所述环形支架(65)上均匀布置有若干第二驱动轴(67)，所述第二驱动轴(67)上装设有第三从动齿轮(68)，所述第二驱动轴(67)于环形支架(65)之间装设有驱动轮(69)。
5.根据权利要求4所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述自适应调节机构(7)包括装设于机架(1)底部的调节杆(71)，所述调节杆(71)内滑装有活塞杆(72)，所述调节杆(71)与活塞杆(72)之间装设有调节弹簧(73)，所述调节杆(71)上成型有调节器(74)，所述活塞杆(72)于调节器(74)内铰装有通过活塞杆(72)运动调节耦合剂流量的调节组件(75)。
6.根据权利要求5所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述调节器(74)上开设有进液口(741)与出液口(742)，所述调节器(74)内部通过调节组件(75)成型有有液腔(743)与无液腔(744)，所述调节器(74)上还装设有压紧螺母(745)。
7.根据权利要求6所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述调节组件(75)包括装设于调节器(74)内的凸轮(751)并与活塞杆(72)铰接，所述凸轮(751)于进液口(741)与出液口(742)之间开设有运输孔(752)，所述凸轮(751)上成型有防止有液腔(743)内部液体泄漏的软质挡板(753)。
8.根据权利要求7所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述涂抹机构(8)包括铰装于活塞杆(72)底部的涂抹底座(81)，所述涂抹底座(81)上装设于能够在构件表面滚动的刷筒(82)，所述涂抹底座(81)上还装设有向刷筒(82)运输耦合剂的运输管(83)，所述运输管(83)与出液口(742)连接。
9.根据权利要求8所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述刷筒(82)表面包裹有软质材料层，所述软质材料层上开设有通孔。
10.根据权利要求9所述的大型曲面自适应超声相控阵扫查装置，其特征在于：所述换能器机构(9)包括装设于机架(1)底部的固定支架(91)，所述固定支架(91)上铰装有上活动支架(92)，所述固定支架(91)与上活动支架(92)之间穿设有固定销(93)，所述固定销(93)上穿设有扭转弹簧(94)，所述上活动支架(92)上还装设有弹簧(95)，所述上活动支架(92)通过弹簧(95)与下活动支架(96)相连，所述下活动支架(96)上铰装有换能器底座(97)，所述换能器底座(97)上固装有相控阵换能器(98)。
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