CN116359346A - 一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，包括移动平台、检测控制装置、活动组件、压力装置、链式探头座和柔性探头；检测控制装置和活动组件安装在移动平台上，压力装置安装在活动组件的活动端，链式探头座安装在压力装置上，柔性探头安装在链式探头座的外侧面；链式探头座由多个链节依次可活动可拆卸拼接而成，各个链节的内侧面与压力装置的调节端接触配合，压力装置的调节端对各个链节的内侧面施加压力，局部链节受力向外凸出，将压力传给柔性探头的相应部位，使柔性探头的相应部位也产生相应的弯曲。这种叶片曲面检测系统不仅能够提高叶片曲面的检测精度，还能扩大探头对叶片曲面的检测范围，提高检测泛用性和检测效率。

Description

一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备

技术领域

本发明涉及超声检测技术领域，尤其涉及一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备。

背景技术

大型风力发电叶片的体积较大，在加工制作的过程中，难免会出现连接结构上的缺陷，降低了风电叶片的使用寿命。因此，为了保证风电叶片的质量，需要对风电叶片进行无损检测。由于风电叶片本身存在曲面，普通探头与叶片的表面不适配，无法保证探头与任意叶片表面的耦合度。因此，对于叶片曲面的检测作业中，一般采用多个探头串联的方法进行检测，再配合外部设备加以调整确保探头与叶片之间的耦合度。

比如，中国专利文件CN108508092A公开了一种风电叶片自动超声无损检测扫查装置，该装置的扫查器端采用齿轮齿条及滚动丝杆传动，通过调整横梁的作业角度使扫查探头与待检部件更好地耦合更好。中国专利文件CN114813948A也公开了一种风电叶片超声波检测用的模块化相控阵探头装置，该装置的探头组通过若干个探头模块与叶片壳体的外表面相贴合抵靠，能够有效自动适应叶片壳体的凸曲面或凹曲面，使得若干个探头模块的探头端面与叶片表面之间的间隙保持相对一致和稳定，保持探头与叶片表面之间的耦合性。

上述通过外部设备或者将多个探头模块串联的方式，都是将叶片表面细分成多个近似于平面的扫查区域，目的都是要尽量使探头端面与叶片表面复合。但是，叶片表面的曲率本身存在多种情况，随着检测要求的提高，使用外部设备进行适配时对外部设备的调节精度具有更高要求，而采用若干个探头模块串联的话，则需要将探头进行更加细分地串联。

另一方面，当需要对叶片进行大面积区域的扫查检测作业时，外部设备只能对单一曲率的曲面进行扫查，遇到不同曲率的曲面则需要外部设备调节角度及时进行适配，而多探头串联的方式也存在无法与大面积曲面进行良好耦合的局限性，这都会对检测精度和检测效率造成一定影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，这种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备不仅能够提高叶片曲面的检测精度，还能扩大探头对叶片曲面的检测范围，提高检测泛用性和检测效率。采用的技术方案如下：

一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：包括移动平台、检测控制装置、活动组件、压力装置、链式探头座和柔性探头；检测控制装置和活动组件安装在移动平台上，压力装置安装在活动组件的活动端，链式探头座安装在压力装置上，柔性探头安装在链式探头座的外侧面；链式探头座由多个链节依次可活动可拆卸拼接而成，柔性探头的延伸方向与链式探头座的延伸方向一致；各个链节的内侧面与压力装置的调节端接触配合，压力装置的调节端对各个链节的内侧面施加压力，局部链节受力向外凸出，将压力传给柔性探头的相应部位，使柔性探头的相应部位也产生相应的弯曲。

如无特别说明，本说明书中的内侧、外侧均以叶片表面为基准，靠近叶片表面的视为外侧，远离叶片表面的视为内侧。

上述检测控制装置包括扫查检测作业中所需的各种设备，包括但不限于探头仪器、活动组件控制仪器、检测控制仪器等。

上述移动平台用于在不同扫查区域之间移动，扫查时沿叶片的延伸方向划分出若干个区域，在完成一个区域的扫查作业之后，移动平台移动至下一区域再进行扫查作业。

上述活动组件用于驱动链式探头座靠近或远离叶片表面，以及驱动链式探头座在扫查区域内进行平移（包括上下方向和左右方向）和旋转，使柔性探头能够对扫查区域内的各个位置进行扫查。

上述压力装置用于对各个链节的内侧面施加压力，局部链节受力向外凸出，将压力传给柔性探头，使柔性探头也产生相应的弯曲。

进行扫查时，将叶片沿其延伸方向划分出多个扫查区域，通过移动平台在扫查区域之间进行移动。到达一个扫查区域时，活动组件驱动压力装置和链式探头座，经过相应的平移和旋转动作后，活动组件先驱动柔性探头压在叶片表面，然后压力装置对链式探头座的各个链节的内侧面施加压力，链节受力挤压柔性探头；由于柔性探头贴附在叶片表面时，叶片表面对柔性探头也存在一个反作用力；因此，在压力装置的压力与叶片表面的反作用力共同作用下，链式探头座和柔性探头根据叶片表面的形状发生相应的弯曲，进而使柔性探头的探测面二次挤压并贴紧叶片表面。

由于各个链节之间可相对活动，通过压力装置的压力与叶片表面的反作用力，使整个链式探头座沿其长度方向在产生与叶片表面相匹配的弯曲，柔性探头的探测面能够贴紧在叶片表面上，确保柔性探头的探测面与叶片表面之间的耦合性，提高叶片曲面的检测精度；而且根据叶片表面的不同曲率，各个链节之间不仅能够向外凸出，还能够向内凹进，使链式探头座能够适配凹曲面或者凸曲面，满足对不同曲率的叶片表面进行检测，扩大柔性探头对叶片表面的检测范围，无需更换外部设备或者探头，进而提高检测泛用性和检测效率。

当需要改变单次扫查范围时，只需要改变中间链节的装配数量即可，通过装拆不同数量的中间链节，满足不同长度柔性探头的扫查需要。

作为本发明的优选方案，所述压力装置包括固定架、安装座、压力囊和调压装置；固定架安装在所述活动组件的活动端，安装座安装在固定架上，所述链式探头座安装在安装座上；压力囊设置在安装座上并处于所述链式探头座的内侧，压力囊的外侧面与各个所述链节相对配合，压力囊与调压装置的调节端相连接。

调压装置用于调节压力囊对链式探头座内侧所施加的压力，施压时压力囊的囊面能够贴合各个链节的内侧面，使各个链节向外凸出而弯曲；当叶片曲面是凸曲面时，叶片曲面对柔性探头以及相应的链节存在向内的反作用力，此时可以通过调压装置对压力囊内的压力进行适当调节，确保柔性探头能够紧贴叶片表面的凸曲面，保证柔性探头与叶片表面之间的耦合性。

作为本发明进一步的优选方案，所述压力囊包括液压软膜以及填充在液压软膜中的液压液，所述调压装置包括调压泵，调压泵通过液压管与压力囊相连通。压力囊采用液压的方式，通过调压泵对压力囊内的液压液进行调压，使链式探头座根据叶片表面发生相应的形变；而对于链式探头座的各个链节在发生形变过程中所产生的反作用力，也能由压力囊吸收。

作为本发明的优选方案，所述活动组件包括升降机构以及用于驱动链式探头座进行平移、旋转的活动机械手；升降机构包括升降导轨、安装在升降导轨上的升降座、以及驱动升降座沿升降导轨上下移动的升降驱动装置，活动机械手安装在升降座上。升降机构驱动活动机械手在同一位置进行升降，配合活动机械手的平移、旋转等动作，驱动链式探头座在一个扫查区域内的不同位置之间移动。为了提高升降过程的稳定性，升降驱动装置可以采用伺服电机配合同步带的方式。

作为本发明的优选方案，所述各个链节之间通过铰接件相连接，多个链节包括首链节、多个中间链节以及末链节。铰接件可以采用现有的各种结构，比如铰链、滚轴等，只要满足各个链节之间能够相互活动、并能够沿链式探头座的延伸方向弯曲即可。

作为本发明的优选方案，所述柔性探头包括柔性外壳、分设在柔性外壳中的多个晶片、以及填充在柔性外壳中的胶水，柔性外壳为长条形。

作为本发明进一步的优选方案，各个所述晶片之间相互独立，多个晶片划分为若干个扫查检测单元，每个扫查检测单元包括至少一个晶片。在扫查作业时，可以根据需要将多个晶片划分为若干个扫查检测单元，可以单个晶片独立检测，也可以多个晶片构成一个晶片组。

作为本发明进一步的优选方案，各个所述链节的两侧沿所述链式探头座的延伸方向均设有卡槽，所述柔性探头的两侧边沿沿其延伸方向均设有与卡槽相匹配的卡位唇边，卡位唇边与卡槽相对应卡接配合。柔性探头两侧的卡位唇边与链式探头座两侧的卡槽中，装配时可以将各个中间链节通过两侧卡槽沿柔性探头两侧的卡位唇边相应滑过组装，装备十分方便；而整个链式探头座在发生弯曲时，卡位唇边与卡槽之间的卡接结构能够提高柔性探头弯曲时的强度，避免链式探头座弯曲时柔性探头从链式探头座上脱落。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备先通过活动组件驱动柔性探头压在叶片表面，再通过压力装置对链式探头座的各个链节的内侧面施加压力，配合叶片表面对柔性探头的探测面的反作用力，使整个链式探头座和柔性探头根据叶片表面的形状发生相应的弯曲，柔性探头的探测面二次挤压并贴紧在叶片表面上，确保柔性探头的探测面与叶片表面之间的耦合性，提高叶片曲面的检测精度；而且根据叶片表面的不同曲率，各个链节之间不仅能够向外凸出，还能够向内凹进，使链式探头座能够适配凹曲面或者凸曲面，满足对不同曲率的叶片表面进行检测，扩大柔性探头对叶片表面的检测范围，无需更换外部设备或者探头，进而提高检测泛用性和检测效率；而当需要改变单次扫查范围时，只需要改变中间链节的装配数量即可，通过装拆不同数量的中间链节，满足不同长度柔性探头的扫查需要。

附图说明

图1为本发明优选实施方式的结构示意图；

图2为图1中压力装置与链式探头座的装配示意图；

图3为图2中立体图（省略调压泵）；

图4为图2中链式探头座与柔性探头的装配示意图；

图5为图2中链式探头座的结构示意图；

图6为图5中各个中间链节的侧视图；

图7为图2中柔性探头的结构示意图；

其中，各表示为：1-移动平台，2-检测控制装置，3-活动组件，301-活动机械手，302-升降导轨，303-升降座；4-压力装置，401-安装座，402-压力囊，4021-液压软膜，4022-液压液，403-调压装置（调压泵），404-液压管；5-链式探头座，500-链节，501-首链节，502-中间链节，503-末链节，504-铰接件（铰链），505-卡槽；6-柔性探头，601-柔性外壳，602-晶片，603-卡位唇边。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

如图1所示，一种基于链式柔性探头6的叶片曲面检测设备，包括移动平台1、检测控制装置2、活动组件3、压力装置4、链式探头座5和柔性探头6；移动平台1用于在不同扫查区域之间移动，扫查时沿叶片的延伸方向划分出若干个区域，在完成一个区域的扫查作业之后，移动平台1移动至下一区域再进行扫查作业；检测控制装置2和活动组件3安装在移动平台1上；在本实施例中，检测控制装置2包括扫查检测作业中所需的各种设备，包括但不限于探头仪器、活动组件控制仪器、检测控制仪器等；活动组件3用于驱动链式探头座5靠近或远离叶片表面，以及驱动链式探头座5在扫查区域内进行平移（包括上下方向和左右方向）和旋转，使柔性探头6能够对扫查区域内的各个位置进行扫查，在本实施例中，活动组件3包括升降机构以及用于驱动链式探头座5进行平移、旋转的活动机械手301，升降机构包括升降导轨302、安装在升降导轨302上的升降座303、以及驱动升降座303沿升降导轨302上下移动的升降驱动装置，活动机械手301安装在升降座303上；升降机构驱动活动机械手301在同一位置进行升降，配合活动机械手301的平移、旋转等动作，驱动链式探头座5在一个扫查区域内的不同位置之间移动；为了提高升降过程的稳定性，升降驱动装置可以采用伺服电机配合同步带的方式，附图中省略未画出。

如图2和图3所示，压力装置4安装在活动机械手301的活动端，压力装置4包括安装座401、压力囊402和调压装置403，链式探头座5安装在安装座401上；压力囊402设置在安装座401上并处于链式探头座5的内侧，压力囊402与调压装置403的调节端相连接；压力囊402包括液压软膜4021以及填充在液压软膜4021中的液压液4022，在本实施例中，调压装置403包括调压泵，调压泵403通过液压管404与压力囊402相连通。

如图4至图6所示，链式探头座5由多个链节500依次可活动可拆卸拼接而成，多个链节500包括首链节501、多个中间链节502以及末链节503，各个链节500之间通过铰接件504（图中被挡住仅以虚线表示）相连接，在本实施例中，铰接件504采用铰链，各个链节500之间通过铰链504相铰接而相互活动、并能够沿链式探头座5的延伸方向弯曲，各个链节500的内侧面与压力囊402的外侧面接触配合；柔性探头6安装在链式探头座5的外侧面上，柔性探头6的延伸方向与链式探头座5的延伸方向一致；柔性探头6包括柔性外壳601、分设在柔性外壳601中的多个晶片602、以及填充在柔性外壳601中的胶水；柔性外壳601为长条形，各个链节500的两侧沿链式探头座5的延伸方向均设有卡槽505，柔性探头6的两侧边沿沿其延伸方向均设有与卡槽505相匹配的卡位唇边603，卡位唇边603与卡槽505相对应卡接配合；各个晶片602之间相互独立，多个晶片602划分为若干个扫查检测单元，每个扫查检测单元包括至少一个晶片602。

本发明基于链式柔性探头6的叶片曲面检测设备在作业时，包括以下步骤：

首先，将叶片沿其延伸方向划分出多个扫查区域，通过移动平台1在扫查区域之间进行移动；每到达一个扫查区域时，升降机构驱动活动机械手301在同一位置进行升降，配合活动机械手301的平移、旋转等动作，驱动链式探头座5在一个扫查区域内的不同位置之间移动；

其次，对于一个扫查区域内的其中一个扫查位置，活动机械手301经过相应的平移和旋转动作后，先驱动柔性探头6压在叶片表面，

再次，调压泵403增大压力囊402对链式探头座5的各个链节500的内侧面施加的压力，使链节500受力挤压柔性探头6；由于柔性探头6贴附在叶片表面时，叶片表面对柔性探头6也存在一个反作用力，因此，在压力囊402的压力与叶片表面的反作用力共同作用下，链式探头座5和柔性探头6根据叶片表面的形状发生相应的弯曲，进而使柔性探头6的探测面二次挤压并贴紧叶片表面；

最后，在完成一个区域的扫查作业之后，移动平台1移动至下一区域再进行扫查作业。

由于各个链节500之间可相对活动，通过压力装置4的压力与叶片表面的反作用力，使整个链式探头座5沿其长度方向在产生与叶片表面相匹配的弯曲，柔性探头6的探测面能够贴紧在叶片表面上，确保柔性探头6的探测面与叶片表面之间的耦合性，提高叶片曲面的检测精度；而且根据叶片表面的不同曲率，各个链节500之间不仅能够向外凸出，还能够向内凹进，使链式探头座5能够适配凹曲面或者凸曲面，满足对不同曲率的叶片表面进行检测，扩大柔性探头6对叶片表面的检测范围，无需更换外部设备或者探头，进而提高检测泛用性和检测效率。当需要改变单次扫查范围时，只需要改变中间链节502的装配数量即可，通过装拆不同数量的中间链节502，满足不同长度柔性探头6的扫查需要。

在本实施例中，压力囊402采用液压的方式，对于链式探头座5的各个链节500在发生形变过程中所产生的反作用力，也能由压力囊402吸收。

在本实施例中，柔性探头6两侧的卡位唇边603与链式探头座5两侧的卡槽505中，装配时可以将各个中间链节502通过两侧卡槽505沿柔性探头6两侧的卡位唇边603相应滑过组装，装备十分方便；而整个链式探头座5在发生弯曲时，卡位唇边603与卡槽505之间的卡接结构能够提高柔性探头6弯曲时的强度，避免链式探头座5弯曲时柔性探头6从链式探头座5上脱落。

在其他实施例中，铰接件504可以采用现有的各种其他结构，比如滚轴等，只要满足各个链节500之间能够相互活动、并能够沿链式探头座5的延伸方向弯曲即可。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：包括移动平台、检测控制装置、活动组件、压力装置、链式探头座和柔性探头；检测控制装置和活动组件安装在移动平台上，压力装置安装在活动组件的活动端，链式探头座安装在压力装置上，柔性探头安装在链式探头座的外侧面；链式探头座由多个链节依次可活动可拆卸拼接而成，柔性探头的延伸方向与链式探头座的延伸方向一致；各个链节的内侧面与压力装置的调节端接触配合，压力装置的调节端对各个链节的内侧面施加压力，局部链节受力向外凸出，将压力传给柔性探头的相应部位，使柔性探头的相应部位也产生相应的弯曲。

2.根据权利要求1所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：所述压力装置包括固定架、安装座、压力囊和调压装置；固定架安装在所述活动组件的活动端，安装座安装在固定架上，所述链式探头座安装在安装座上；压力囊设置在安装座上并处于所述链式探头座的内侧，压力囊的外侧面与各个所述链节相对配合，压力囊与调压装置的调节端相连接。

3.根据权利要求2所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：所述压力囊包括液压软膜以及填充在液压软膜中的液压液，所述调压装置包括调压泵，调压泵通过液压管与压力囊相连通。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：所述活动组件包括升降机构以及用于驱动链式探头座进行平移、旋转的活动机械手；升降机构包括升降导轨、安装在升降导轨上的升降座、以及驱动升降座沿升降导轨上下移动的升降驱动装置，活动机械手安装在升降座上。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：所述各个链节之间通过铰接件相连接，多个链节包括首链节、多个中间链节以及末链节。

6.根据权利要求1至3任意一项所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：所述柔性探头包括柔性外壳、分设在柔性外壳中的多个晶片、以及填充在柔性外壳中的胶水，柔性外壳为长条形。

7.根据权利要求6所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：各个所述晶片之间相互独立，多个晶片划分为若干个扫查检测单元，每个扫查检测单元包括至少一个晶片。

8.根据权利要求6所述的基于链式柔性探头的叶片曲面检测设备，其特征在于：各个所述链节的两侧沿所述链式探头座的延伸方向均设有卡槽，所述柔性探头的两侧边沿沿其延伸方向均设有与卡槽相匹配的卡位唇边，卡位唇边与卡槽相对应卡接配合。

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