CN114878693A - 一种便携式相控阵超声波扫查装置及其扫查方法 - Google Patents

Abstract

一种便携式相控阵超声波扫查装置，包括：探头架组件，用于安装探头；其特征在于，还包括：步进导轨，所述探头架组件可左右移动地安装在所述步进导轨上；基座，其上能放置待检测工件；两个扫查导轨，沿左右方向间隔、并悬于所述基座上，且各扫查导轨上均开有前后延伸的第一滑槽；两个握把，分别设于所述步进导轨的左右两端，且各握把上均设有第一滚轮，各第一滚轮均可滚动地设于对应侧的第一滑槽中，使该便携式相控阵超声波扫查装置能够对待检测工件的表面进行大面积C扫描成像扫查。

Description

一种便携式相控阵超声波扫查装置及其扫查方法

技术领域

本发明涉及超声波无损检测，特别涉及一种便携式相控阵超声波扫查装置，还涉及一种前述便携式相控阵超声波扫查装置的扫查方法。

背景技术

超声波无损检测，是无损检测中应用较为广泛的一种检测方法，可适用于金属、非金属和复合材料，且能对被检测工件内部缺陷的大小、位置、方向、深度、性质等进行定量、定位和定性分析。当前，在利用计算机、微电子、传感及图像处理、缺陷识别等新技术以后，超声检测技术尤其是超声波C扫描成像在工业领域获得了较快发展。特别针对零部件内部质量、焊接质量、粘接质量等的无损检测与评判，超声波C扫描成像相对于其他无损检测方法具有缺陷易识别、可进行精确定量分析等的综合优势。在利用单晶片探头进行传统机械扫查时，为保证成像质量，弓字形扫描步距较小(通常<1mm)，导致扫查大尺寸板材等工件需要耗时较长，严重影响检测效率。

相控阵检测技术，是采用线阵、2D面阵、圆环阵及弧面凹阵等不同类型的阵元晶片探头，通过电子方式控制阵元各晶片的延迟实现声波的合成、偏转和聚焦，具有很高的声束可控性，可以实现复杂型面部件和特殊部位的多方位、高效率能量聚集与扫描。采用超声波相控阵检测方法，可通过大范围线性电子扫查、大角度扇形扫查、全聚焦成像等方式，实现工件内部不同取向的缺陷检测，并以图像形式直观显示检测结果，从而有效提升缺陷的检出率。相比传统的单晶片探头弓字形C扫描成像，相控阵扫描成像可大幅度提高检测效率。

目前的相控阵超声波扫查装置主要有两种：第一种是大型智能扫查设备，这种设备通常配置有水槽，使待检工件及超声波探头处于水浸环境，以降低超声波信号的衰减程度，探头不直接接触待检测工件表面，还配置有多轴机械系统或工业机器人来实现探头在水中的移动；第二种是便携式扫查设备，这种设备的探头是直接与待检测工件耦合，通过手持探头进行移动。

与大型智能扫查设备相比，现有的便携式相控阵超声波扫查设备能够人工控制控制探头的实时移动情况，从而能够避免智能扫查设备探头位移检测装置存在的误差，使探头不容易因碰撞机座和待检测工件的边角而受损，而且，设备操作更加简单，对操作人员的要求较低，此外，设备更加简单，成本低，适用于野外检测和现场检测，携带方便，应用性较强。但是，目前的便携式相控阵超声波扫查设备只能进行单维度的扫查成像，难以实现大面积C扫描成像扫查，需要多次重复扫描成像操作，造成检测耗时较长，效率较低。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能够对待检测工件的表面进行大面积C扫描成像扫查的便携式相控阵超声波扫查装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种便携式相控阵超声波扫查装置，能够调节探头的高度位置从而能够匹配不同型号规格的待检测工件。

本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种上述便携式相控阵超声波扫查装置的扫查方法。

本发明解决上述的第一个技术问题所采用的技术方案为：一种便携式相控阵超声波扫查装置，包括：

探头架组件，用于安装探头；

其特征在于，还包括：

步进导轨，所述探头架组件可左右移动地安装在所述步进导轨上；

基座，其上能放置待检测工件；

两个扫查导轨，沿左右方向间隔、并悬于所述基座上，且各扫查导轨上均开有前后延伸的第一滑槽；

两个握把，分别设于所述步进导轨的左右两端，且各握把上均设有第一滚轮，各第一滚轮均可滚动地设于对应侧的第一滑槽中。

本发明解决上述的第二个技术问题所采用的技术方案为：各扫查导轨均通过升降结构安装在所述基座上，各升降结构均包括螺帽、螺孔和升降螺杆，所述螺帽可转动地约束于对应侧的扫查导轨上，所述螺孔开设于基座上，所述升降螺杆的上端与对应侧的螺帽连接、下端与对应侧的螺孔连接。

为了便于调节扫查导轨的高度，各螺帽均位于对应侧的扫查导轨下方，且各螺帽的顶面开有六角孔，各扫查导轨上均开有工具孔，各工具孔均对准对应侧的六角孔。在调节扫查导轨的高度时，将内六角扳手穿过工具孔插进六角孔中，转动螺帽即能驱动升降螺杆在螺孔中升降，从而带动扫查导轨升降，以实现手动调节扫查导轨的高度。

为了便于对扫查导轨的上下移动进行导向从而避免扫查导轨发生横向偏移，还为了对扫查导轨受到来自步进导轨的作用力进行缓冲，从而使扫查导轨不容易发生抖动，各扫查导轨的底部还设有与所述基座活动连接的导向杆，各导向杆上均套设有弹簧，各弹簧均位于所述基座和对应侧的扫查导轨之间。

为了使探头能够与被检测工件紧密接触从而保障超声波耦合良好，所述步进导轨的前侧开有第二滑槽；所述探头架组件包括

安装座，设有与所述第二滑槽滑动配合的第一连接部；

第一摆臂，其上端与所述安装座铰接；

楔块夹具，安装在所述第一摆臂的下端；

探头楔块，被夹持于所述楔块夹具上，且所述探头楔块上能安装探头；

第一扭簧，设于所述安装座和所述第一摆臂之间，且所述第一扭簧使所述第一摆臂始终具有向下摆动的趋势。

为了便于锁定探头架组件的位置，所述安装座包括第一安装框、第一滑块和第一紧定螺钉，所述第一摆臂与所述第一安装框连接，所述第一滑块可上下滑移地设于所述第一安装框内部，且所述第一连接部设于所述第一滑块的后侧，所述第一紧定螺钉穿设于所述第一安装框上、并能与所述第一滑块相抵。

为了便于指示探头架组件的移动距离，所述步进导轨上还设有刻度。

为了便于实时传输位置信号用于扫查成像，还包括编码器组件，该编码器组件包括第二安装框；

第二滑块，可上下滑移地设于所述第二安装框的内部，且所述第二滑块的后侧设有能嵌装于所述第二滑槽中的第二连接部；

第二紧定螺钉，设于所述第二安装框上、且能与所述第二滑块相抵；

第二摆臂，其上端与所述第二安装框铰接，其下端设有能在所述扫查导轨上滚动的第二滚轮；

编码器，安装在所述第二摆臂上、并能与相控阵检测设备电连接；

第二扭簧，设于所述第二安装框和所述第二摆臂之间，且所述第二扭簧使所述第二摆臂始终具有向下摆动的趋势。

为了避免第一安装座、第二安装框与步进导轨分离，所述第一连接部、第二连接部与所述第二滑槽的横截面均为前小后大的梯形。

本发明解决上述的第三个技术问题所采用的技术方案为：一种如前所述的便携式相控阵超声波扫查装置的扫查方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据待检测工件的规格和相控阵探头规格确定适宜的检测工艺，并计算电子扫查有效声束宽度D：D＝p×(N-n+1)，其中，N为相控阵探头总阵元数，n为电子扫查时单次激励阵元数，p为晶片单元跨距；

S2、安装探头、编码器组件及相关线缆，根据待检测工件的厚度调整扫查导轨的高度，使探头楔块的下表面与工件的上表面紧密贴合；

S3、将探头置于待检测工件的起点位置，推动握把前后移动，完成第1行扫查；

S4、松开第一紧定螺钉，使探头架组件沿步进导轨平移声束宽度D，再拧紧第一紧定螺钉；

S5、再次推动握把前后移动，完成下一行扫查；

S6、重复步骤S4和S5，直至完成待检测工件整个表面范围的扫查。

与现有技术相比，本发明的优点和效果在于：该便携式相控阵超声波扫查装置通过推动握把以使第一滚轮在扫查导轨上前后移动，从而使带动步进导轨、探头架组件同步前后移动，实现探头的单行扫查，再通过在步进导轨上左右移动探头架组件，以带动探头左右移动实现换行，从而能够完成对待检测工件表面的连续扫查，使相控阵成像设备能够输出整个表面的C扫描成像，从而缩短工件内部缺陷检测的耗时，提高检测效率，使该便携式相控阵超声波扫查装置适用于扫查大面积金属块锭、板材和盘环类等待检测工件；针对不同规格、不同厚度的待检测工件，无需手工垫高待检测工件，可通过调整扫查导轨的高度来调节探头的高度位置从而能够匹配不同型号规格的工件，使该便携式相控阵超声波扫查装置通用性更强，操作方便快捷；该便携式相控阵超声波扫查装置的扫查方法可适用于目前市场上多款主流相控阵超声检测仪器。

附图说明

图1为本发明实施例的立体结构图；

图2为图1中A处的放大图；

图3为图1中B处的放大图；

图4为本发明实施例中安装座与步进导轨连接的结构示意图；

图5为本发明实施例中的相控阵声束宽度的示意图；

图6为本发明实施例中便携式相控阵超声波扫查装置的扫查原理图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～6所示，为本发明的最佳实施例。

如图1所示，本实施例中的便携式相控阵超声波扫查装置，包括基座1、扫查导轨2、步进导轨3、编码器组件4、探头架组件5、待检测工件6、握把7和升降结构等主要零部件。

如图1所示，扫查导轨2有两个，且沿左右方向间隔设置，各扫查导轨2均通过升降结构悬于基座1上，从而使各扫查导轨2能够上下移动。握把7有两个，且分别设于步进导轨3的左右两端。各握把7的前后两侧底部各设有一第一滚轮71，各扫查导轨2上均开有前后延伸的第一滑槽21，各第一滚轮71均可滚动地设于对应侧的第一滑槽21中，从而使握把7能带动步进导轨3前后移动。探头架组件5可左右移动地安装在步进导轨3上，且探头架组件5能安装探头(图中未示出)，以对放置于基座1上的待检测工件6进行扫查。编码器组件4安装在步进导轨3上，且编码器组件4上设有第二滚轮441，该第二滚轮441能在扫查导轨2上滚动，从而便于实时传输位置信号用于扫查成像。

本实施例中的便携式相控阵超声波扫查装置通过推动握把7以使第一滚轮71在扫查导轨2上前后移动，从而使带动步进导轨3、探头架组件5同步前后移动，实现探头的单行扫查，再通过在步进导轨3上左右移动探头架组件5，以带动探头左右移动实现换行，从而能够完成对待检测工件6表面的连续扫查，使相控阵成像设备能够输出整个表面的C扫描成像，从而缩短工件内部缺陷检测的耗时，提高检测效率，使该便携式相控阵超声波扫查装置适用于扫查大面积金属块锭、板材和盘环类等被检工件；针对不同规格、不同厚度的待检测工件6，无需手工垫高待检测工件6，可通过调整扫查导轨2的高度来调节探头的高度位置从而能够匹配不同型号规格的工件，使该该便携式相控阵超声波扫查装置通用性更强，操作方便快捷。

如图1所示，各扫查导轨2均通过前后间隔设置的两组升降结构安装在基座1上。具体地，各升降结构均包括螺帽81、螺孔和升降螺杆82，其中，螺帽81可转动地约束于对应侧的扫查导轨2、并位于对应侧的扫查导轨2的下方，螺孔开设于基座1上，升降螺杆82的上端与对应侧的螺帽81连接、下端与对应侧的螺孔连接。各螺帽81的顶面开有六角孔(图中未示出)，各扫查导轨2上均开有工具孔22，各工具孔22均对准对应侧的六角孔(图中未示出)，从而使该便携式相控阵超声波扫查装置在调节扫查导轨2的高度时，将内六角扳手穿过工具孔22插进六角孔(图中未示出)中，转动螺帽81即能驱动升降螺杆82在螺孔中升降，从而带动扫查导轨2升降，以实现手动调节扫查导轨2的高度。各扫查导轨2的底部还设有与基座1活动连接的导向杆83，从而便于对扫查导轨2的上下移动进行导向，能够避免扫查导轨2发生横向偏移。各导向杆83上均套设有弹簧84，各弹簧84均位于基座1和对应侧的扫查导轨2之间，从而能对扫查导轨2受到来自步进导轨3的作用力进行缓冲，使扫查导轨2不容易发生抖动。

如图3和图4所示，该步进导轨3的前侧开有第二滑槽31，该探头架组件5包括安装座51、第一摆臂52、楔块夹具53、探头楔块54和第一扭簧。其中，该安装座51包括第一安装框511、第一滑块512和第一紧定螺钉513，第一滑块512可上下滑移地设于第一安装框511内部，且第一滑块512的后侧设有第一连接部512a，该第一连接部512a与第二滑槽31滑动配合，从而便于将探头架组件5安装在步进导轨3上。第一紧定螺钉513穿设于第一安装框511上、并能与第一滑块512相抵，从而便于锁定探头架组件5的位置。该第一连接部512a与第二滑槽31的横截面均为前小后大的梯形，从而使安装座51不容易与步进导轨3分离。该步进导轨3上还设有刻度(图中未示出)，从而便于指示探头架组件5的移动距离。第一摆臂52的上端与第一安装框511铰接，下端与楔块夹具53连接。该楔块夹具53上夹持有探头楔块54，且该探头楔块54的顶部加工有能与探头(图中未示出)连接的螺孔(图中未示出)，以便在探头楔块54上安装、替换不同型号规格的相控阵探头(图中未示出)；该探头楔块54采用有机玻璃制成，从而能够保证超声波透射率；另外，待检测工件6的表面需涂抹适当粘度的机油作为耦合剂。该第一扭簧(图中未示出)设于第一安装框511和第一摆臂52之间，且第一扭簧(图中未示出)使第一摆臂52始终具有向下摆动的趋势，从而使探头楔块54始终保持向下移动的趋势而能与待检测工件6的上表面紧密贴合，从而保障超声波耦合良好。

如图2所示，该编码器组件4包括第二安装框41、第二滑块(图中未示出)、第二紧定螺钉43、第二摆臂44、编码器(图中未示出)、第二扭簧(图中未示出)。该第二滑块可上下滑移地设于第二安装框41的内部，且第二滑块(图中未示出)的后侧设有能嵌装于第二滑槽31中的第二连接部42，即，该第二连接部42的横截面也为前小后大的梯形。该第二紧定螺钉43设于第二安装框41上、且能与第二滑块(图中未示出)相抵，从而便于将编码器组件4安装在步进导轨3上。该第二摆臂44的上端与第二安装框41铰接，且第二滚轮441设置在第二摆臂44的下端。该编码器(图中未示出)安装在第二摆臂44上、并能与相控阵检测设备(图中未示出)电连接。该第二扭簧(图中未示出)设于第二安装框41和第二摆臂44之间，且第二扭簧(图中未示出)使第二摆臂44始终具有向下摆动的趋势，从而使第二滚轮441与扫查导轨2紧密接触。

本实施例中涉及到的便携式相控阵超声波扫查装置的扫查方法，包括以下步骤：

S1、根据待检测工件6的规格和相控阵探头规格确定适宜的检测工艺，并计算电子扫查有效声束宽度D：D＝p×(N-n+1)，其中，N为相控阵探头总阵元数，n为电子扫查时单次激励阵元数，p为晶片单元跨距(见图5)；

S2、安装探头、编码器组件4及相关线缆，根据待检测工件6的厚度调整扫查导轨2的高度，使探头楔块54的下表面与工件的上表面紧密贴合；

S3、将探头置于待检测工件6的起点位置，推动握把7前后移动，完成第1行扫查；

S4、松开第一紧定螺钉513，使探头架组件5沿步进导轨3平移声束宽度D，再拧紧第一紧定螺钉513；

S5、再次推动握把7前后移动，完成下一行扫查；

S6、重复步骤S4和S5，直至完成待检测工件6整个表面范围的扫查(见图6)。

在扫查过程中，若有超声波信号或位置信号漏采集，需使探头架组件5返回漏采位置重新扫查。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种便携式相控阵超声波扫查装置，包括：

探头架组件(5)，用于安装探头；

其特征在于，还包括：

步进导轨(3)，所述探头架组件(5)可左右移动地安装在所述步进导轨(3)上；

基座(1)，其上能放置待检测工件(6)；

两个扫查导轨(2)，沿左右方向间隔、并悬于所述基座(1)上，且各扫查导轨(2)上均开有前后延伸的第一滑槽(21)；

两个握把(7)，分别设于所述步进导轨(3)的左右两端，且各握把(7)上均设有第一滚轮(71)，各第一滚轮(71)均可滚动地设于对应侧的第一滑槽(21)中。

2.根据权利要求1所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，各扫查导轨(2)均通过升降结构安装在所述基座(1)上，各升降结构均包括螺帽(81)、螺孔和升降螺杆(82)，所述螺帽(81)可转动地约束于对应侧的扫查导轨(2)上，所述螺孔开设于基座(1)上，所述升降螺杆(82)的上端与对应侧的螺帽(81)连接、下端与对应侧的螺孔连接。

3.根据权利要求2所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，各螺帽(81)均位于对应侧的扫查导轨(2)下方，且各螺帽(81)的顶面开有六角孔，各扫查导轨(2)上均开有工具孔(22)，各工具孔(22)均对准对应侧的六角孔。

4.根据权利要求2所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，各扫查导轨(2)的底部还设有与所述基座(1)活动连接的导向杆(83)，各导向杆(83)上均套设有弹簧(84)，各弹簧(84)均位于所述基座(1)和对应侧的扫查导轨(2)之间。

5.根据权利要求1所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，所述步进导轨(3)的前侧开有第二滑槽(31)；所述探头架组件(5)包括

安装座(51)，设有与所述第二滑槽(31)滑动配合的第一连接部(512a)；

第一摆臂(52)，其上端与所述安装座(51)铰接；

楔块夹具(53)，安装在所述第一摆臂(52)的下端；

探头楔块(54)，被夹持于所述楔块夹具(53)上，且所述探头楔块(54)上能安装探头；

第一扭簧，设于所述安装座(51)和所述第一摆臂(52)之间，且所述第一扭簧使所述第一摆臂(52)始终具有向下摆动的趋势。

6.根据权利要求5所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，所述安装座(51)包括第一安装框(511)、第一滑块(512)和第一紧定螺钉(513)，所述第一摆臂(52)与所述第一安装框(511)连接，所述第一滑块(512)可上下滑移地设于所述第一安装框(511)内部，且所述第一连接部(512a)设于所述第一滑块(512)的后侧，所述第一紧定螺钉(513)穿设于所述第一安装框(511)上、并能与所述第一滑块(512)相抵。

7.根据权利要求5所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，所述步进导轨(3)上还设有刻度。

8.根据权利要求5～7中任一权利要求所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，还包括编码器组件(4)，该编码器组件(4)包括

第二安装框(41)；

第二滑块，可上下滑移地设于所述第二安装框(41)的内部，且所述第二滑块的后侧设有能嵌装于所述第二滑槽(31)中的第二连接部(42)；

第二紧定螺钉(43)，设于所述第二安装框(41)上、且能与所述第二滑块相抵；

第二摆臂(44)，其上端与所述第二安装框(41)铰接，其下端设有能在所述扫查导轨(2)上滚动的第二滚轮(441)；

编码器，安装在所述第二摆臂(44)上、并能与相控阵检测设备电连接；

第二扭簧，设于所述第二安装框(41)和所述第二摆臂(44)之间，且所述第二扭簧使所述第二摆臂(44)始终具有向下摆动的趋势。

9.根据权利要求8所述的便携式相控阵超声波扫查装置，其特征在于，所述第一连接部(512a)、第二连接部(42)与所述第二滑槽(31)的横截面均为前小后大的梯形。

10.一种如权利要求8～9中任一权利要求所述的便携式相控阵超声波扫查装置的扫查方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据待检测工件(6)的规格和相控阵探头规格确定适宜的检测工艺，并计算电子扫查有效声束宽度D：D＝p×(N-n+1)，其中，N为相控阵探头总阵元数，n为电子扫查时单次激励阵元数，p为晶片单元跨距；

S2、安装探头、编码器组件(4)及相关线缆，根据待检测工件(6)的厚度调整扫查导轨(2)的高度，使探头楔块(54)的下表面与工件的上表面紧密贴合；

S3、将探头置于待检测工件(6)的起点位置，推动握把(7)前后移动，完成第1行扫查；

S4、松开第一紧定螺钉(513)，使探头架组件(5)沿步进导轨(3)平移声束宽度D，再拧紧第一紧定螺钉(513)；

S5、再次推动握把(7)前后移动，完成下一行扫查；

S6、重复步骤S4和S5，直至完成待检测工件(6)整个表面范围的扫查。

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