CN114062499B - 复合材料工字梁的超声检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合材料工字梁的超声检测装置，包括多轴机械手、安装架、第一超声换能器、第二超声换能器和第三超声换能器；安装架包括第一杆、第二杆、第三杆和第一连接杆，第一杆的一端和第二杆的一端分别连接在第一连接杆的两端，第三杆的一端连接在第一连接杆的中部，第三杆位于第一连接杆的一侧，第三杆的中部转动连接在多轴机械手上，第一杆和第二杆位于第一连接杆的另一侧；第一超声换能器连接在第一杆的另一端；第二超声换能器连接在第二杆的另一端；第三超声换能器连接在第三杆的另一端。本发明的检测效率高，检测效果好。本发明应用于无损检测技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种复合材料工字梁的超声检测装置。
背景技术
在复合材料零部件在制造过程中，采用工字梁结构可以显著增加复合材料零部件结构刚度和强度，由于复合材料工字梁在整个复合材料结构中起到非常重要的作用，因此，对复合材料工字梁的质量要求非常高。为了确保复合材料工字梁的质量，需要对复合材料工字梁进行100％无损检测。目前超声检测是复合材料工字梁结构检测的主要方法，为了实现复合材料工字梁的覆盖检测，需要对其各个部位进行超声扫查检测。请参照图1，被检测复合材料工字梁2是一种具有典型空间三个正交平面(2A、2B、2C)组合几何特征的结构部件，超声检测时，需要通过移动超声探头对复合材料工字梁的各个平面进行扫描检查，才能实现对复合材料工字梁100％无损检测。
目前的超声检测方法有：
采用手动扫描方式，通过人工移动超声探头，分别从被检测复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)一侧进行扫查，从而实现对复合材料工字梁覆盖检测。其主要不足：需要从被检测复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)一侧进行扫查，检测效率低，劳动强度大，自动化程度低，检测结果受检测者的技术状态和主观因素影响大，容易漏检，检测结果不能记录和可视化，进而影响检测结果的可靠性。
采用超声自动扫描检测，目前比较惯用的检测方法就是：通过专门的扫描机构的设计，使超声换能器依次从被检测复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)一侧进行扫查。其主要不足是：需要更换不同的扫描工具才能实现被检测复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)自动扫描，检测效率低；同时扫描过程中频繁更换不同的扫描工具，容易引入超声信号的不一致和干扰，进而影响检测结果的可靠性。
发明内容
(1)要解决的技术问题
本发明实施例提供了一种复合材料工字梁的超声检测装置，以解决现有技术中复合材料工字梁的检测效率低、检测效果差的技术问题。
(2)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种复合材料工字梁的超声检测装置，包括：
多轴机械手；
安装架，所述安装架包括第一杆、第二杆、第三杆和第一连接杆，所述第一杆的一端和所述第二杆的一端分别连接在所述第一连接杆的两端，所述第三杆的一端连接在所述第一连接杆的中部，所述第三杆位于所述第一连接杆的一侧，所述第三杆的中部转动连接在所述多轴机械手上，所述第一杆和所述第二杆位于所述第一连接杆的另一侧；
第一超声换能器，所述第一超声换能器连接在所述第一杆的另一端；
第二超声换能器，所述第二超声换能器连接在所述第二杆的另一端；
第三超声换能器，所述第三超声换能器连接在所述第三杆的另一端。
可选地，所述第一杆、所述第二杆和所述第三杆相互平行。
可选地，所述第一杆的长度和所述第二杆的长度相等。
可选地，所述第一杆、第二杆、第三杆和所述第一连接杆之间通过螺纹连接。
可选地，所述第一连接杆的一侧沿其长度方向设有第一矩形槽，所述第三杆可调节设在所述第一矩形槽内。
可选地，所述第一连接杆的另一侧沿其长度方向设有第二矩形槽，所述第一杆和所述第二杆可调节的设在所述第二矩形槽内。
可选地，还包括第二连接杆，所述第二连接杆的一端和所述多轴机械手转动相连，所述第二连接杆的另一端和所述第三杆的中部连接。
可选地，所述第二连接杆的一端和所述多轴机械手通过法兰盘转动相连。
可选地，根据以下公式选择所述安装架的尺寸：
L＝L1+d，其中，L为所述第一杆和所述第二杆的长度，L1为被检测复合材料工字梁的最大宽度，d为所述第一超声换能器和所述第二超声换能器的直径；
Lt＝L2+hp，其中，Lt为所述第三杆的长度，L2为被检测复合材料工字梁一侧内部的宽度，hp为第三超声换能器的高度；
Hc＝H+hp+2hw，其中，Hc为所述第二连接杆的长度，H为被检测复合材料工字梁的高度，hp为所述第一超声换能器和所述第二超声换能器的高度，hw为所述第一超声换能器、所述第二超声换能器和所述被检测复合材料工字梁之间的水柱长度。
可选地，所述第一杆和所述第二杆的调节范围根据以下公式计算：
D＝0～0.5H，其中D为所述第一杆和所述第二杆的调节范围。
(3)有益效果
综上，本发明的复合材料工字梁的超声检测装置可以实现复合材料工字梁的三个正交平面超声自动扫描扫查，不需要更换不同的超声扫描工具，即可实现复合材料工字梁的三个正交平面的超声自动扫描，进而用于复合材料工字梁的高效超声自动化扫描检测，检测效率高，劳动强度小，有利于减少检测结果受检测者的技术状态和主观因素影响、避免漏检，有利于检测结果记录和可视化，扫描过程中不需要人工更换超声扫描工具，克服了由此带来的超声信号的不一致和干扰不足，进而有利于实现复合材料工字梁的超声自动检测和提高检测可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中被检测复合材料工字梁的结构示意图；
图2是本发明一实施例中第三超声换能器检测时的示意图；
图3是本发明一实施例中第一超声换能器和第二超声换能器检测时的示意图。
图中
11、第一超声换能器，12、第二超声换能器，13、第三超声换能器，(2A、2B、2C)、平面，3、安装架，31、第一杆，32、第二杆，33、第三杆，34第一连接杆，35、第二连接杆，4、多轴机械手。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参照图1至图3，一种复合材料工字梁的超声检测装置，包括：
多轴机械手4；
安装架3，所述安装架3包括第一杆31、第二杆32、第三杆33和第一连接杆34，所述第一杆31的一端和所述第二杆32的一端分别连接在所述第一连接杆34的两端，所述第三杆33的一端连接在所述第一连接杆34的中部，所述第三杆33位于所述第一连接杆34的一侧，所述第三杆33的中部转动连接在所述多轴机械手4上，所述第一杆31和所述第二杆32位于所述第一连接杆34的另一侧；
第一超声换能器11，所述第一超声换能器11连接在所述第一杆31的另一端；
第二超声换能器12，所述第二超声换能器12连接在所述第二杆32的另一端；
第三超声换能器13，所述第三超声换能器13连接在所述第三杆33的另一端。
本实施例的复合材料工字梁的超声检测装置中，通过多轴机械手4带动第一杆31、第二杆32靠近被检测复合材料工字梁2的一侧，使第一杆31带动第一超声换能器11对被检测复合材料工字梁2的平面2A进行检测，使第二杆32带动第二超声换能器12对被检测复合材料工字梁2的平面2C进行检测。当平面2A和平面2C均被检测完后。多轴机械手4带动第三杆33转动，并带动第三杆33上的第三超声换能器13靠近被检测复合材料工字梁2的平面2B，直至将被检测复合材料工字梁2的平面2B全部检测完。对于较长的被检测复合材料工字梁2，由外部传送机构移动被检测复合材料工字梁2，外部传送机构与多轴机器手4采用同步控制方式，控制被检测复合材料工字梁2的移动。
本实施例的复合材料工字梁的超声检测装置可以实现复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)超声自动扫描扫查，不需要更换不同的超声扫描工具，即可实现复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)的超声自动扫描，进而用于复合材料工字梁2的高效超声自动化扫描检测，检测效率高，劳动强度小，有利于减少检测结果受检测者的技术状态和主观因素影响、避免漏检，有利于检测结果记录和可视化，扫描过程中不需要人工更换超声扫描工具，克服了由此带来的超声信号的不一致和干扰不足，进而有利于实现复合材料工字梁2的超声自动检测和提高检测可靠性。
具体的，在一实施例中，选择高200mm、宽80mm的被检测复合材料工字梁2，选用中航复合材料有限责任公司的超声换能器(FJ系列)和超声单元，多轴机械手4选择六轴机器人，采用喷水耦合，调节第一超声换能器11、第二超声换能器12、第三超声换能器13与被检测复合材料工字梁2检测面之间的距离，先后完成了系列的超声扫描检测试验，试验结果表明，通过该扫描装置，可以对被检测复合材料工字梁2进行有效的超声覆盖扫描检测，检测信号稳定，达到了很好的检测效果。
在一实施例中，所述第一杆31、所述第二杆32和所述第三杆33相互平行，检测时，可以快速带动第一杆31、第二杆32移动，以使第一超声换能器11和第二超声换能器12对着被检测复合材料工字梁2的被检测位置。
在一实施例中，所述第一杆31的长度和所述第二杆32的长度相等，便于第一超声换能器11和第二超声换能器12的位置调节。
在一实施例中，所述第一杆31、第二杆32、第三杆33和所述第一连接杆34之间通过螺纹连接，连接方便，结构简单。
在一实施例中，所述第一连接杆34的一侧沿其长度方向设有第一矩形槽(图中未显示)，所述第三杆33可调节设在所述第一矩形槽内。第三杆33可以在第一矩形槽内移动，以实现对第三杆33的位置进行调节。具体的，可以在第三杆33和第一矩形槽之间设置滑块，使第三杆33能够可调节装在第一矩形槽中。
在一实施例中，所述第一连接杆34的另一侧沿其长度方向设有第二矩形槽(图中未显示)，所述第一杆31和所述第二杆32可调节的设在所述第二矩形槽内。所述第一杆31和所述第二杆32可以在第二矩形槽内移动，以实现对所述第一杆31和所述第二杆32的位置进行调节。具体的，可以在第三杆33和第一矩形槽之间设置滑块，使第三杆33能够可调节装在第一矩形槽中。
在一实施例中，还包括第二连接杆35，所述第二连接杆35的一端和所述多轴机械手4转动相连，所述第二连接杆35的另一端和所述第三杆33的中部连接。
在一实施例中，所述第二连接杆35的一端和所述多轴机械手4通过法兰盘转动相连，连接牢固，拆装方便。
在一实施例中，根据以下公式选择所述安装架3的尺寸：
L＝L1+d，其中，L为所述第一杆31和所述第二杆32的长度，L1为被检测复合材料工字梁2的最大宽度，d为所述第一超声换能器11和所述第二超声换能器12的直径；
Lt＝L2+hp，其中，Lt为所述第三杆33的长度，L2为被检测复合材料工字梁2一侧内部的宽度，hp为第三超声换能器13的高度；L3为被检测复合材料工字梁2另一侧内部的宽度，当第三杆13对被检测复合材料工字梁2另一侧内部扫描时，L3代替L2计算Lt。
H3＝H+hp+2hw，其中，H3为所述第二连接杆35的长度，H为被检测复合材料工字梁2的高度，hp为所述第一超声换能器11和所述第二超声换能器12的高度，hw为所述第一超声换能器11、所述第二超声换能器12和所述被检测复合材料工字梁2之间的水柱长度。
在一实施例中，所述第一杆31和所述第二杆32的调节范围根据以下公式计算：
D＝0～0.5H，其中D为所述第一杆31和所述第二杆32的调节范围。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，包括：
多轴机械手；
安装架，所述安装架包括第一杆、第二杆、第三杆和第一连接杆，所述第一杆的一端和所述第二杆的一端分别连接在所述第一连接杆的两端，所述第三杆的一端连接在所述第一连接杆的中部，所述第三杆位于所述第一连接杆的一侧，所述第三杆的中部转动连接在所述多轴机械手上，所述第一杆和所述第二杆位于所述第一连接杆的另一侧；
第一超声换能器，所述第一超声换能器连接在所述第一杆的另一端；
第二超声换能器，所述第二超声换能器连接在所述第二杆的另一端；
第三超声换能器，所述第三超声换能器连接在所述第三杆的另一端。
2.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第一杆、所述第二杆和所述第三杆相互平行。
3.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第一杆的长度和所述第二杆的长度相等。
4.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第一杆、第二杆、第三杆和所述第一连接杆之间通过螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第一连接杆的一侧沿其长度方向设有第一矩形槽，所述第三杆可调节设在所述第一矩形槽内。
6.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第一连接杆的另一侧沿其长度方向设有第二矩形槽，所述第一杆和所述第二杆可调节的设在所述第二矩形槽内。
7.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，还包括第二连接杆，所述第二连接杆的一端和所述多轴机械手转动相连，所述第二连接杆的另一端和所述第三杆的中部连接。
8.根据权利要求7所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第二连接杆的一端和所述多轴机械手通过法兰盘转动相连。
9.根据权利要求7所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，根据以下公式选择所述安装架的尺寸：
L＝L1+d，其中，L为所述第一杆和所述第二杆的长度，L1为被检测复合材料工字梁的最大宽度，d为所述第一超声换能器和所述第二超声换能器的直径；
Lt＝L2+hp，其中，Lt为所述第三杆的长度，L2为被检测复合材料工字梁一侧内部的宽度，hp为第三超声换能器的高度；
Hc＝H+hp+2hw，其中，Hc为所述第二连接杆的长度，H为被检测复合材料工字梁的高度，hp为所述第一超声换能器和所述第二超声换能器的高度，hw为所述第一超声换能器、所述第二超声换能器和所述被检测复合材料工字梁之间的水柱长度。
10.根据权利要求9所述的复合材料工字梁的超声检测装置，其特征在于，所述第一杆和所述第二杆的调节范围根据以下公式计算：
D＝0～0.5H，其中D为所述第一杆和所述第二杆的调节范围。
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