CN115389628A - 一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法，属于无损检测技术领域，包括超声检测仪、运动控制装置、计算机和支撑框架，支撑框架上开设有两个滑槽，支撑框架上设置有探头，支撑框架上设置有两组夹持机构，两组夹持机构与探头相连，支撑框架上设置有被检盘件，支撑框架上开设有半圆形凹槽，本发明采用了立式设计，有效适用于双探头一发一收检测方案，同时充分考虑了超声相控阵检测技术特点，满足焊接式整体叶盘焊缝区域的高灵敏度超声检测需求，该方法在实际检测工作中取得了较好的效果，可实现整体叶盘焊缝区域的超声相控阵快速成像检测。

Description

一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，更具体地说，涉及一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法。

背景技术

盘件是航空发动机中最重要的零件类型之一，部分新型发动机中采用了焊接式整体叶盘结构，通过扩散焊或线性摩擦焊技术将叶片和盘芯连接，而焊缝质量则直接关系飞行安全。为了控制焊接质量，需要对焊缝区域实施高灵敏度的超声检测。

由于叶片等结构的遮挡，超声波无法从圆周方向入射，有必要从盘件的端面入射，采用单探头脉冲反射技术或双探头一发一收技术进行超声检测。然而，常规的盘件超声检测设备大部分采用了卧式结构，无法满足双探头检测的需求。另一方面，检测时为满足覆盖要求需利用超声相控阵的动态偏转和聚焦功能，也是常规的盘件超声检测设备所不具备。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法，一方面在具有便于装卸被检盘件和探头等特点的同时，不能对被检盘件结构产生损伤，另一方面充分考虑超声相控阵检测技术特点，适用于单探头脉冲反射检测和双探头一发一收检测两种工作模式，满足焊接式整体叶盘焊缝区域的高灵敏度超声检测需求。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法，包括超声检测仪、运动控制装置、计算机和支撑框架，所述支撑框架上开设有两个滑槽，所述支撑框架上设置有探头，所述支撑框架上设置有两组夹持机构，两组所述夹持机构与探头相连，所述支撑框架上设置有被检盘件，所述支撑框架上开设有半圆形凹槽，且半圆形凹槽内设置有芯轴和套筒，所述芯轴为阶梯轴，所述芯轴与被检盘件的内孔和套筒的内孔间隙配合，所述芯轴一端加工有螺纹，且芯轴的表面螺纹连接有锁紧螺母，所述芯轴的另一端安装有从动齿轮，所述超声检测仪、运动控制装置、计算机均设置于支撑框架的外侧。

作为本发明的一种优选方案，每组所述夹持机构均包括滑杆、滑块和夹持臂，所述滑块安装在支撑框架的滑槽上，所述滑杆的一端安装于滑块内，所述滑杆的另一端通过万向节与夹持臂相连接，所述探头固定于夹持臂前端。

作为本发明的一种优选方案，所述探头分别位于被检盘件两侧。

作为本发明的一种优选方案，所述支撑框架的外侧设置有水槽，所述水槽的两侧均安装有滑轨。

作为本发明的一种优选方案，所述滑轨安装有电机平台，所述电机平台上固定连接有伺服电机，所述伺服电机的输出端固定连接有主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮相匹配。

作为本发明的一种优选方案，所述探头与超声检测仪电气连接。

作为本发明的一种优选方案，所述伺服电机与运动控制装置电气连接。

作为本发明的一种优选方案，所述超声检测仪和运动控制装置分别与计算机电气连接。

一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的单探头检测方法，包括如下步骤：

A1、安装被检盘件：

利用锁紧螺母将套筒和被检盘件组合并固定在芯轴上，将芯轴、锁紧螺母、套筒和被检盘件组件放置在支撑框架上，芯轴和套筒分别嵌入支撑框架的半圆形凹槽内，芯轴的从动齿轮朝向电机平台一侧；

A2、安装探头：

只采用一侧的探头夹持装置，利用夹持臂夹紧探头，通过调整滑块、滑槽和滑杆的相对位置，使探头处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使探头固定；在水槽中注入洁净水，直至完全浸没探头；

A3、安装电机：

沿滑轨移动电机平台，使伺服电机输出端的主动齿轮与芯轴上的从动齿轮啮合，锁紧电机平台使位置固定；

A4、扫查成像：

设置超声检测仪使其工作于脉冲反射模式，打开伺服电机，通过运动控制装置使被检盘件按检测所需的速度匀速旋转，在计算机上设置检测的各项参数，利用超声检测仪采集的超声信号和运动控制装置反馈的位置信号生成被检盘件的二维图像，完成检测。

一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的双探头检测方法，包括如下步骤：

B1、安装被检盘件：

与上述A1步骤相同；

B2、安装探头：

采用两侧的探头夹持装置，利用一侧的夹持臂夹紧第一个探头，通过调整滑块、滑槽和滑杆的相对位置，使第一个探头处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使第一个探头固定，利用另一侧的探头夹持装置固定第二个探头；在水槽中注入洁净水，直至完全浸没探头；

B3、安装电机：

与上述A3步骤相同；

B4、扫查成像：

设置超声检测仪使其工作于双探头一发一收模式，打开伺服电机，通过运动控制装置使被检盘件按检测所需的速度匀速旋转，在计算机上设置检测的各项参数，利用超声检测仪采集的超声信号和运动控制装置反馈的位置信号生成被检盘件的二维图像，完成检测。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)采用了芯轴+套筒+支撑框架的方式夹持被检盘件，避免使用卡爪从外圆周夹持而损坏叶片结构。

(2)检测时被检盘件立式放置，不仅适用于单探头脉冲反射检测技术，同时便于从盘件两个端面分别放置探头，有效适用于双探头一发一收的检测方式。

(3)通过可移动式电机平台的设计方式，使系统具有可离合的特性，便于被检盘件和探头的安装。

附图说明

图1为本发明的离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置结构示意图；

图2为本发明的离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的原理框图。

图中标号说明：

1、支撑框架；2、滑槽；3、滑杆；4、滑块；5、夹持臂；6、探头；7、芯轴；8、锁紧螺母；9、套筒；10、被检盘件；11、滑轨；12、水槽；13、从动齿轮；14、主动齿轮；15、伺服电机；16、电机平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1-2，一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置和方法，包括超声检测仪、运动控制装置、计算机和支撑框架1，支撑框架1上开设有两个滑槽2，支撑框架1上设置有探头6，支撑框架1上设置有两组夹持机构，两组夹持机构与探头6相连，支撑框架1上设置有被检盘件10，支撑框架1上开设有半圆形凹槽，且半圆形凹槽内设置有芯轴7和套筒9，芯轴7为阶梯轴，芯轴7与被检盘件10的内孔和套筒9的内孔间隙配合，芯轴7一端加工有螺纹，且芯轴7的表面螺纹连接有锁紧螺母8，芯轴7的另一端安装有从动齿轮13，超声检测仪、运动控制装置、计算机均设置于支撑框架1的外侧。

本实施例中，滑槽2的开设是为了便于设置夹持机构，夹持机构是为了便于夹持探头6的，支撑框架1上开设有半圆形凹槽，且半圆形凹槽内设置有芯轴7和套筒9，芯轴7为阶梯轴，芯轴7与被检盘件10的内孔和套筒9的内孔间隙配合，芯轴7一端加工有螺纹，且芯轴7的表面螺纹连接有锁紧螺母8，利用锁紧螺母8将套筒9和被检盘件10组合并固定在芯轴7上，将芯轴7、锁紧螺母8、套筒9和被检盘件10组件放置在支撑框架1上，芯轴7和套筒9分别嵌入支撑框架1的半圆形凹槽内，芯轴7的从动齿轮13朝向电机平台16一侧。

具体的，每组夹持机构均包括滑杆3、滑块4和夹持臂5，滑块4安装在支撑框架1的滑槽2上，滑杆3的一端安装于滑块4内，滑杆3的另一端通过万向节与夹持臂5相连接，探头6固定于夹持臂5前端。

本实施例中，滑块4安装在支撑框架1的滑槽2上，可沿滑槽2线性移动或旋转，并可固定于滑槽2中的任意位置，滑杆3的一端安装于滑块4内，并可沿长度方向线性移动或固定于某一位置，滑杆3的另一端通过万向节与夹持臂5相连接，探头6固定于夹持臂5前端，利用夹持臂5夹紧探头6，通过调整滑块4、滑槽2和滑杆3的相对位置，使探头6处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使探头6固定。

具体的，探头6分别位于被检盘件10两侧。

本实施例中，探头6分别位于被检盘件10两侧，便于通过探头6检测被检盘件10。

具体的，支撑框架1的外侧设置有水槽12，水槽12的两侧均安装有滑轨11。

本实施例中，水槽12是为了便于注水的，水槽12的两侧均安装有滑轨11，滑轨11是为了板与安装电机平台16的。

具体的，滑轨11安装有电机平台16，电机平台16上固定连接有伺服电机15，伺服电机15的输出端固定连接有主动齿轮14，主动齿轮14与从动齿轮13相匹配。

本实施例中，滑轨11安装有电机平台16，可做一维直线运动并能固定于任意位置，沿滑轨11移动电机平台16，使伺服电机15输出端的主动齿轮14与芯轴7上的从动齿轮13啮合，锁紧电机平台16使位置固定。

具体的，探头6与超声检测仪电气连接。

本实施例中，探头6与超声检测仪电气连接。

具体的，伺服电机15与运动控制装置电气连接。

本实施例中，伺服电机15与运动控制装置电气连接。

具体的，超声检测仪和运动控制装置分别与计算机电气连接。

本实施例中，超声检测仪和运动控制装置分别与计算机电气连接。

一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的单探头检测方法，包括如下步骤：

A1、安装被检盘件：

利用锁紧螺母8将套筒9和被检盘件10组合并固定在芯轴7上，将芯轴7、锁紧螺母8、套筒9和被检盘件10组件放置在支撑框架1上，芯轴7和套筒9分别嵌入支撑框架1的半圆形凹槽内，芯轴7的从动齿轮13朝向电机平台16一侧；

A2、安装探头：

只采用一侧的探头夹持装置，利用夹持臂5夹紧探头6，通过调整滑块4、滑槽2和滑杆3的相对位置，使探头6处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使探头6固定；在水槽12中注入洁净水，直至完全浸没探头6；

A3、安装电机：

沿滑轨11移动电机平台16，使伺服电机15输出端的主动齿轮14与芯轴7上的从动齿轮13啮合，锁紧电机平台16使位置固定；

A4、扫查成像：

设置超声检测仪使其工作于脉冲反射模式，打开伺服电机15，通过运动控制装置使被检盘件10按检测所需的速度匀速旋转，在计算机上设置检测的各项参数，利用超声检测仪采集的超声信号和运动控制装置反馈的位置信号生成被检盘件10的二维图像，完成检测。

一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的双探头检测方法，包括如下步骤：

B1、安装被检盘件：

与上述A1步骤相同；

B2、安装探头：

采用两侧的探头夹持装置，利用一侧的夹持臂5夹紧第一个探头6，通过调整滑块4、滑槽2和滑杆3的相对位置，使第一个探头6处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使第一个探头6固定，利用另一侧的探头夹持装置固定第二个探头6；在水槽12中注入洁净水，直至完全浸没探头6；

B3、安装电机：

与上述A3步骤相同；

B4、扫查成像：

设置超声检测仪使其工作于双探头一发一收模式，打开伺服电机15，通过运动控制装置使被检盘件10按检测所需的速度匀速旋转，在计算机上设置检测的各项参数，利用超声检测仪采集的超声信号和运动控制装置反馈的位置信号生成被检盘件10的二维图像，完成检测。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，包括超声检测仪、运动控制装置、计算机和支撑框架(1)，其特征在于：所述支撑框架(1)上开设有两个滑槽(2)，所述支撑框架(1)上设置有探头(6)，所述支撑框架(1)上设置有两组夹持机构，两组所述夹持机构与探头(6)相连，所述支撑框架(1)上设置有被检盘件(10)，所述支撑框架(1)上开设有半圆形凹槽，且半圆形凹槽内设置有芯轴(7)和套筒(9)，所述芯轴(7)为阶梯轴，所述芯轴(7)与被检盘件(10)的内孔和套筒(9)的内孔间隙配合，所述芯轴(7)一端加工有螺纹，且芯轴(7)的表面螺纹连接有锁紧螺母(8)，所述芯轴(7)的另一端安装有从动齿轮(13)，所述超声检测仪、运动控制装置、计算机均设置于支撑框架(1)的外侧。

2.根据权利要求1所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：每组所述夹持机构均包括滑杆(3)、滑块(4)和夹持臂(5)，所述滑块(4)安装在支撑框架(1)的滑槽(2)上，所述滑杆(3)的一端安装于滑块(4)内，所述滑杆(3)的另一端通过万向节与夹持臂(5)相连接，所述探头(6)固定于夹持臂(5)前端。

3.根据权利要求2所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：所述探头(6)分别位于被检盘件(10)两侧。

4.根据权利要求3所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：所述支撑框架(1)的外侧设置有水槽(12)，所述水槽(12)的两侧均安装有滑轨(11)。

5.根据权利要求4所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：所述滑轨(11)安装有电机平台(16)，所述电机平台(16)上固定连接有伺服电机(15)，所述伺服电机(15)的输出端固定连接有主动齿轮(14)，所述主动齿轮(14)与从动齿轮(13)相匹配。

6.根据权利要求5所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：所述探头(6)与超声检测仪电气连接。

7.根据权利要求6所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：所述伺服电机(15)与运动控制装置电气连接。

8.根据权利要求7所述一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，其特征在于：所述超声检测仪和运动控制装置分别与计算机电气连接。

9.一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的单探头检测方法，其特征在于，使用了权利要求8一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，包括如下步骤：

A1、安装被检盘件：

利用锁紧螺母(8)将套筒(9)和被检盘件(10)组合并固定在芯轴(7)上，将芯轴(7)、锁紧螺母(8)、套筒(9)和被检盘件(10)组件放置在支撑框架(1)上，芯轴(7)和套筒(9)分别嵌入支撑框架(1)的半圆形凹槽内，芯轴(7)的从动齿轮(13)朝向电机平台(16)一侧；

A2、安装探头：

只采用一侧的探头夹持装置，利用夹持臂(5)夹紧探头(6)，通过调整滑块(4)、滑槽(2)和滑杆(3)的相对位置，使探头(6)处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使探头(6)固定；在水槽(12)中注入洁净水，直至完全浸没探头(6)；

A3、安装电机：

沿滑轨(11)移动电机平台(16)，使伺服电机(15)输出端的主动齿轮(14)与芯轴(7)上的从动齿轮(13)啮合，锁紧电机平台(16)使位置固定；

A4、扫查成像：

设置超声检测仪使其工作于脉冲反射模式，打开伺服电机(15)，通过运动控制装置使被检盘件(10)按检测所需的速度匀速旋转，在计算机上设置检测的各项参数，利用超声检测仪采集的超声信号和运动控制装置反馈的位置信号生成被检盘件(10)的二维图像，完成检测。

10.一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置的双探头检测方法，其特征在于，使用了权利要求8一种离合式盘件超声相控阵自动成像检测装置，包括如下步骤：

B1、安装被检盘件：

与上述A1步骤相同；

B2、安装探头：

采用两侧的探头夹持装置，利用一侧的夹持臂(5)夹紧第一个探头(6)，通过调整滑块(4)、滑槽(2)和滑杆(3)的相对位置，使第一个探头(6)处于所需的位置和角度，锁紧各活动部件使第一个探头(6)固定，利用另一侧的探头夹持装置固定第二个探头(6)；在水槽(12)中注入洁净水，直至完全浸没探头(6)；

B3、安装电机：

与上述A3步骤相同；

B4、扫查成像：

设置超声检测仪使其工作于双探头一发一收模式，打开伺服电机(15)，通过运动控制装置使被检盘件(10)按检测所需的速度匀速旋转，在计算机上设置检测的各项参数，利用超声检测仪采集的超声信号和运动控制装置反馈的位置信号生成被检盘件(10)的二维图像，完成检测。

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