CN114062502A - 复合材料工字梁的正交超声检测装置 - Google Patents

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刘松平
杨玉森
章清乐
李乐刚
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Abstract

本发明涉及一种复合材料工字梁的正交超声检测装置包括安装架、第一扫描单元和第二扫描单元；所述第一扫描单元包括第一杆、第二杆、第一连接杆和第一驱动元件，所述第一杆的一端连有第一超声换能器，所述第二杆的一端设有第二超声换能器，所述第一连接杆连接在所述第一杆和所述第二杆之间，所述第一驱动元件安装于所述安装架上，所述第一驱动元件和所述第一连接杆传动相连；所述第二扫描单元包括第三杆和第二驱动元件，所述第三杆的一端连有第三超声换能器，所述第二驱动元件安装于所述安装架上，所述第二驱动元件和所述第三杆传动相连；所述第一方向和所述第二方向垂直。本发明应用于无损检测技术领域。

Description

复合材料工字梁的正交超声检测装置
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正交超声检测装置。
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：没有考虑复合材料与金属材料中的声学行为的不同、对超声检测的不同，进而会造成缺陷误判和漏检；表面检测盲区和深度方向的分辨率不能满足复合材料工字梁的检测要求，进而会造成缺陷漏检，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正交超声检测装置，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正交超声检测装置，包括：
安装架；
第一扫描单元，所述第一扫描单元包括第一杆、第二杆、第一连接杆和第一驱动元件，所述第一杆的一端连有第一超声换能器，所述第二杆的一端设有第二超声换能器，所述第一连接杆连接在所述第一杆和所述第二杆之间，所述第一驱动元件安装于所述安装架上，所述第一驱动元件和所述第一连接杆传动相连，以带动所述第一超声换能器、所述第二超声换能器沿第一方向移动；
第二扫描单元，所述第二扫描单元包括第三杆和第二驱动元件，所述第三杆的一端连有第三超声换能器，所述第二驱动元件安装于所述安装架上，所述第二驱动元件和所述第三杆传动相连，以带动所述第三超声换能器沿第二方向移动；
所述第一方向和所述第二方向垂直。
可选地，所述第一杆和所述第二杆相互平行。
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，所述第一扫描单元还包括第一移动模块，所述第一驱动元件和所述第一移动模块传动相连，所述第一移动模块安装在所述安装架上，所述第一连接杆安装在所述第一移动模块上。
可选地，所述第一移动模块的行程根据以下公式计算：
xmax＝L1+d
其中，xmax为所述第一移动模块的最大行程，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。
可选地，所述第二扫描单元还包括第二移动模块，所述第二驱动元件和所述第二移动模块传动相连，所述第二移动模块安装在所述安装架上，所述第三杆安装在所述第二移动模块上。
可选地，所述第二移动模块的行程根据以下公式计算：
zmax＝H+d
其中，zmax为所述第二移动模块的行程，H为被检测复合材料工字梁的最大高度，d为所述第一超声换能器和所述第二超声换能器的直径。
(3)有益效果
综上，本发明的复合材料工字梁的正交超声检测装置中，可以首先选择第一扫描单元或第二扫描单元对被检测复合材料工字梁进行检测。在一具体发明中，以首先选择第一扫描单元对被检测复合材料工字梁进行检测，其中，第一杆上的第一超声换能器对被检测复合材料工字梁的顶面进行扫描检测，第二杆上的第二超声换能器对被检测复合材料工字梁的底面进行扫描检测。由于第一连接杆连接第一杆和第二杆，第一驱动元件可以同时带动第一超声换能器和第二超声换能器沿第一方向移动，直至将被检测复合材料工字梁的顶面和底面全部检测完。然后，第二驱动元件带动第三杆上的第三超声换能器伸入被检测复合材料工字梁侧部的槽孔中扫描检测，第二驱动元件带动第三杆沿第二方向移动，直至被检测复合材料工字梁侧部全部被检测完。其中，第一驱动元件、第二驱动元件可以为电机或电缸等结构。
本发明的复合材料工字梁的正交超声检测装置可以同时从被检测复合材料工字梁的三个正交平面一侧进行自动扫描扫查，不需要更换不同的扫描工具，即可实现被检测复合材料工字梁的三个正交平面，检测效率高，劳动强度小，检测结果受检测者的技术状态和主观因素影响小，不容易漏检，检测结果能记录和可视化，扫描过程中不需要更换不同的扫描工具，不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。
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。
图中
1A、第一超声换能器，1B、第二超声换能器，1C、第三超声换能器，(2A、2B、2C)、平面，3、安装架，4、第一扫描单元，4A、第一连接杆，4B、第一移动模块,4C、第一驱动元件,5、第二扫描单元，5A、第三杆,5B、第二移动模块，5C第二驱动元件。
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2，一种复合材料工字梁的正交超声检测装置，包括：
安装架3；
第一扫描单元4，所述第一扫描单元4包括第一杆、第二杆、第一连接杆4A和第一驱动元件4C，所述第一杆的一端连有第一超声换能器1A，所述第二杆的一端设有第二超声换能器1B，所述第一连接杆4A连接在所述第一杆和所述第二杆之间，所述第一驱动元件4C安装于所述安装架3上，所述第一驱动元件4C和所述第一连接杆4A传动相连，以带动所述第一超声换能器1A、所述第二超声换能器1B沿第一方向移动；
第二扫描单元5，所述第二扫描单元5包括第三杆5A和第二驱动元件5C，所述第三杆5A的一端连有第三超声换能器1C，所述第二驱动元件5C安装于所述安装架3上，所述第二驱动元件5C和所述第三杆5A传动相连，以带动所述第三超声换能器1C沿第二方向移动；
所述第一方向和所述第二方向垂直。
本实施例的复合材料工字梁的正交超声检测装置中，可以首先选择第一扫描单元4或第二扫描单元5对被检测复合材料工字梁2进行检测。在一具体实施例中，以首先选择第一扫描单元4对被检测复合材料工字梁2进行检测，其中，第一杆上的第一超声换能器1A对被检测复合材料工字梁2的顶面进行扫描检测，第二杆上的第二超声换能器1B对被检测复合材料工字梁2的底面进行扫描检测。由于第一连接杆4A连接第一杆和第二杆，第一驱动元件4C可以同时带动第一超声换能器1A和第二超声换能器1B沿第一方向移动，直至将被检测复合材料工字梁2的顶面和底面全部检测完。然后，第二驱动元件5C带动第三杆5A上的第三超声换能器1C伸入被检测复合材料工字梁2侧部的槽孔中扫描检测，第二驱动元件5C带动第三杆5A沿第二方向移动，直至被检测复合材料工字梁2侧部全部被检测完。其中，第一驱动元件4C、第二驱动元件5C可以为电机或电缸等结构。
本实施例的复合材料工字梁的正交超声检测装置可以同时从被检测复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)一侧进行自动扫描扫查，不需要更换不同的扫描工具，即可实现被检测复合材料工字梁2的三个正交平面(2A、2B、2C)，检测效率高，劳动强度小，检测结果受检测者的技术状态和主观因素影响小，不容易漏检，检测结果能记录和可视化，扫描过程中不需要更换不同的扫描工具，不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。
其中，第三杆5A的长度根据以下公式计算：
当L2＞L3，L4＝L2，若L3＞L2，L4＝L3，其中，L4为第三杆5A的长度，L3为被检测复合材料工字梁2一侧部的宽度，L2为被检测复合材料工字梁2另一侧部的宽度。
L5＝H+2hp+2hw，其中，L5为第一连接杆4A的长度，hp为第一超声换能器1A或第二超声换能器1B的高度，hw为第一超声换能器1A或第二超声换能器1B的喷水耦合水柱的高度。
在一实施例中，所述第一杆和所述第二杆相互平行，检测时，可以快速带动第一杆、第二杆移动，以使第一超声换能器1A和第二超声换能器1B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，所述第一杆的长度和所述第二杆的长度相等，便于第一超声换能器1A和第二超声换能器1B的位置调节。
在一实施例中，所述第一杆、第二杆、第三杆5A和所述第一连接杆4A之间通过螺纹连接，连接方便，结构简单。
在一实施例中，所述第一扫描单元4还包括第一移动模块4B，所述第一驱动元件4C和所述第一移动模块4B传动相连，所述第一移动模块4B安装在所述安装架3上，所述第一连接杆4A安装在所述第一移动模块4B上。其中，第一移动模块4B包括第一滑轨和第一滑块，其中，第一滑轨设在安装架3上，第一滑块滑动设在第一滑轨上，第一驱动元件4C和第一滑块相连以带动第一滑块沿第一方向移动。第一连接杆4A连接在第一滑块上。具体的，设第一方向为Z方向。当然，第一移动模块4B也可以为丝杆装置等结构。
在一实施例中，所述第一移动模块4B的行程根据以下公式计算：
xmax＝L1+d
其中，xmax为所述第一移动模块4B的最大行程，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1A和所述第二超声换能器1B的直径。其中，第一连接杆4A的长度根据以下公式计算：
L5＝H+2hp+2hw，其中，L5为第一连接杆4A的长度，hp为第一超声换能器1A或第二超声换能器1B的高度，hw为第一超声换能器1A或第二超声换能器1B的喷水耦合水柱的高度。
在一实施例中，所述第二扫描单元5还包括第二移动模块5B，所述第二驱动元件5C和所述第二移动模块5B传动相连，所述第二移动模块5B安装在所述安装架3上，所述第三杆5A安装在所述第二移动模块5B上。其中，第二移动模块5B包括第二滑轨和第二滑块，其中，第二滑轨设在安装架3上，第二滑块滑动设在第二滑轨上，第二驱动元件5C和第二滑块相连以带动第二滑块沿第二方向移动。第三杆5A连接在第二滑块上。具体的，设第二方向为X方向和Y放。当然，第二移动模块5B也可以为丝杆装置等结构。
在一实施例中，所述第二移动模块5B的行程根据以下公式计算：
zmax＝H+d
其中，zmax为所述第二移动模块5B的行程，H为被检测复合材料工字梁2的最大高度，d为所述第一超声换能器1A和所述第二超声换能器1B的直径。
基于上述实施例的结合，在一实施例中，选择高200mm、宽80mm的被检测复合材料工字梁2，通过第一扫描单元4和第二扫描单元5，采用喷水耦合，调节第一超声换能器1A、第二超声换能器1B、第三超声换能器1C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，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，达到了很好的超声扫描效果。
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 (8)

1.一种复合材料工字梁的正交超声检测装置，其特征在于，包括：
安装架；
第一扫描单元，所述第一扫描单元包括第一杆、第二杆、第一连接杆和第一驱动元件，所述第一杆的一端连有第一超声换能器，所述第二杆的一端设有第二超声换能器，所述第一连接杆连接在所述第一杆和所述第二杆之间，所述第一驱动元件安装于所述安装架上，所述第一驱动元件和所述第一连接杆传动相连，以带动所述第一超声换能器、所述第二超声换能器沿第一方向移动；
第二扫描单元，所述第二扫描单元包括第三杆和第二驱动元件，所述第三杆的一端连有第三超声换能器，所述第二驱动元件安装于所述安装架上，所述第二驱动元件和所述第三杆传动相连，以带动所述第三超声换能器沿第二方向移动；
所述第一方向和所述第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的正交超声检测装置，其特征在于，所述第一杆和所述第二杆相互平行。
3.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的正交超声检测装置，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正交超声检测装置，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正交超声检测装置，其特征在于，所述第一扫描单元还包括第一移动模块，所述第一驱动元件和所述第一移动模块传动相连，所述第一移动模块安装在所述安装架上，所述第一连接杆安装在所述第一移动模块上。
6.根据权利要求5所述的复合材料工字梁的正交超声检测装置，其特征在于，所述第一移动模块的行程根据以下公式计算：
xmax＝L1+d
其中，xmax为所述第一移动模块的最大行程，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。
7.根据权利要求1所述的复合材料工字梁的正交超声检测装置，其特征在于，所述第二扫描单元还包括第二移动模块，所述第二驱动元件和所述第二移动模块传动相连，所述第二移动模块安装在所述安装架上，所述第三杆安装在所述第二移动模块上。
8.根据权利要求7所述的复合材料工字梁的正交超声检测装置，其特征在于，所述第二移动模块的行程根据以下公式计算：
zmax＝H+d
其中，zmax为所述第二移动模块的行程，H为被检测复合材料工字梁的最大高度，d为所述第一超声换能器和所述第二超声换能器的直径。
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