CN202126429U - 组合式三-六轴三维探伤装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种组合式三-六轴三维探伤装置，所述上部运动系统包括带动探头组件沿空间正交的X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述上部运动系统通过主横梁与所述机架连接；所述上部运动系统还包括单轴方向的摆动模块；所述下部运动包括支撑工件绕小于等于两个轴做转动运动的工件转动模块，所述工件转动模块与检测工作区连接；通过空间正交的X轴、Y轴、Z轴移动和任一轴方向的转动以及工件实现1-2轴转动进行组合后，可实现3-6轴3-6个自由度探头自动探测系统，减少了探头的运动量，探头的信号直接连接到无损探伤系统的超声卡，具有超声子系统简洁、可靠的优点，并能够有效的对中小工件进行探测。
Description
技术领域
本实用新型涉及无损探伤技术领域，尤其是一种组合式三-六轴三维探伤装置。
背景技术
探伤定义为探测金属材料或部件内部的裂纹或缺陷的检测手段。常用的探伤方法有：X光射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤、γ射线探伤、萤光探伤、着色探伤等方法。物理探伤就是不产生化学变化的情况下进行无损探伤。
长期以来，曲面探伤一直是一个公认的难题。国产无损探伤设备的机械结构一直采用就事论事的专机方式，很多超声设备精度不足的方式通过软件粗略处理，不能适应任意曲面探伤，一直以在低端市场恶性竞争的方式生存。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：提供一种能够进行曲线、曲面、任意形状的超声、涡流探伤，具有运动轨迹精确、探测的可预测性高，可实现3-6轴的3-6自由度的组合式三维探伤装置。
为了克服背景技术中存在的缺陷，本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种组合式三-六轴三维探伤装置，包括固定整个装置的机架，所述机架上设有上部运动系统、下部运动系统，所述上部运动系统包括带动探头组件沿空间正交的X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述上部运动系统通过主横梁与所述机架连接。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述下部运动包括支撑工件绕小于等于两个轴做转动运动的工件转动模块，所述工件转动模块与检测工作区连接。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述移动模块包括
X轴移动模块，所述主横梁与机架之间通过第一导轨以及与第一导轨配合的第一滑块连接，所述主横梁上与X轴横梁托板连接，所述X轴横梁托板上固定设有通过X轴电机驱动运动的X轴传动件；
Y轴移动模块，在主横梁上的Y轴方向上设有驱动Y轴移动模块的Y轴电机，与所述Y轴电机连接设有Y轴传动件，Y轴电机与机架连接，所述机架上还固定设有Y轴导轨，与所述Y轴导轨配合设有第二滑块，所述第二滑块与Y轴传动件之间通过传动座连接；
Z轴移动模块，包括与机架固定连接的Z轴电机，Z轴电机与Z轴传动件连接，所述Z轴传动件上设有第三滑块，与第三滑块配合设有Z轴导轨，所述第三滑块上连接设有探头光杆，所述Z轴导轨固定与一Z轴立柱上，Z轴立柱通过第一连接件与X轴横梁托板连接。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述上部运动系统还包括单轴方向的摆动模块。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括X轴横梁托板的上设有与其轴向平行的第二导轨，第二导轨上配设有第四滑块，X轴横梁托板第一连接件之间通过第二导轨和第四滑块连接，所述第一连接件与Z轴立柱之间活动卡接。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述X轴移动模块、Y轴移动模块、Z轴移动模块的运动方向上分别设有位置传感元件。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述Z轴立柱的下端部内设置的轴承结构为双轴承两点支撑结构或单点支撑结构。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述探头光杆内部呈单边空心结构。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括单轴方向的摆动模块为B轴摆动模块或C轴摆动模块或A轴摆动模块，与所述探头光杆端部连接设有探头，所述单轴方向的摆动模块设置于探头光杆与探头之间，所述单轴方向的摆动模块通过第二连接件与所述探头光杆固定连接，
B轴摆动模块，与所述第二连接件连接设有摆头基座，摆头基座上设有通过B轴摆动电机驱动的探头座，所述探头设置在探头座上；
C轴摆动模块，包括与所述第二连接件固定连接的过渡套筒，所述过渡套筒内装配有C轴摆动电机，所述C轴摆动电机输出与所述探头座连接；
A轴摆动模块，包括A轴摆动电机，所述摆动电机的输出与探头连接。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述B轴摆动电机、C轴摆动电机、A轴摆动电机分别同轴连接设有的信号反馈装置。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括工件转动模块包括一轴转动模块或二轴转动模块，所述一轴转动模块通过一转动基座固定设于检测工作区，所述转动基座上连接设有转动电机、工件摆动装置，所述转动电机通过动力传动装置与工件摆动装置连接，所述工件摆动装置上设有平衡装置；所述二轴转动模块在一轴转动模块的转动基座与检测工作区之间装配有二轴驱动模块。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述二轴驱动模块包括设于转动基座与检测工作区之间的底座、与底座固定连接的二轴电机、固定于转动基座上的驱动心轴，所述二轴电机与所述驱动心轴驱动连接，所述驱动心轴与底座之间固定设有限位装置。
根据本实用新型的另外一个实施例，组合式三-六轴三维探伤装置进一步包括所述动力传动装置为涡轮蜗杆传动方式，所述蜗杆与转动电机连接，蜗杆与涡轮连接，与所述涡轮同轴连接设有传动轴，所述传动轴与工件摆动装置连接。
本实用新型解决了背景技术中存在的缺陷，借助数控机床多轴、多自由度运动控制的概念，并经过结构上的优化，通过空间正交的X轴、Y轴、Z轴移动和任一轴方向的转动以及工件实现1-2轴转动进行组合后，可实现3-6轴3-6个自由度探头自动探测系统，减少了探头的运动量，探头的信号可以不需要回转连接器而直接连接到无损探伤系统的超声卡，具有超声子系统简洁、可靠的优点，并能够有效的对中小工件进行探测。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的优选实施例的结构示意图；
图2是本发明图1中下部运动系统的另一优选实施例的结构示意图；
图3是图1中Y轴移动模块的侧视图；
图4是图1中Z轴移动模块的侧视图；
图5是图4的内部装配结构示意图；
图中：1、机罩，2、主横梁，3、第一滑块，4、第一导轨，5、机架，6、X轴横梁托板，7、基座，8、X轴传动件，9、第一联轴器，10、X轴光栅，11、X轴电机，12、连接孔，13、Y轴电机，14、电机座，15、第二联轴器，16、Y轴传动件，17、同心套筒，18、Y轴导轨，19、第二滑块，20、传动座，21、电机板，22、Z轴立柱，23、Z轴电机，24、第三联轴器，25、Z轴传动件，26、第三滑块，27、第一连接件，28、第二导轨，29、第四滑块，30、Z轴导轨，31、探头光杆，32、Y轴光栅，33、轴承结构，34、探头，35、第二连接件，36、摆头基座，37、B轴摆动电机，38、探头座，39、B轴编码器，40、过渡套筒，41、C轴摆动电机，42、C轴编码器，43、A轴摆动电机，44、A轴编码器，45、检测工作区，46、转动基座，47、转动电机，48、工件摆动装置，49、平衡装置，50、蜗杆，51、涡轮，52、传动轴，53、二轴电机，54、驱动心轴，55、底座，56、限位装置。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1-2所示，一种组合式三-六轴三维探伤装置，包括固定整个装置的机架5，所述机架5上设有上部运动系统、下部运动系统，所述上部运动系统包括带动探头34沿空间正交的X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述上部运动系统通过主横梁2与所述机架5连接。上部运动系统还包括单轴方向的摆动模块。下部运动包括支撑工件绕小于等于两个轴做转动运动的工件转动模块，所述工件转动模块与检测工作区45连接。
通过空间正交的X轴、Y轴、Z轴移动和任一轴方向的转动以及工件实现1-2轴转动组合后，可实现3-6轴3-6个自由度探头34自动探测系统，减少了探头34的运动量，探头34的信号可以不需要回转连接器而直接连接到无损探伤系统的超声卡，具有超声子系统简洁、可靠的优点，并能够有效的对中小工件进行探测。
移动模块包括如图1所示的X轴移动模块，所述主横梁2与机架5之间通过第一导轨4以及与第一导轨4配合的第一滑块3连接，主横梁2与X轴横梁托板6连接，所述X轴横梁托板6上通过基座7连接设有X轴传动件8，所述X轴传动件8的通过第一联轴器9与X轴电机11连接，X轴传动件8两端设有轴承座，在X轴移动模块的运动方向上设有X轴的位置感应元件，本方案选用光栅10，伺服系统或步进电机的反馈系统需要X轴光栅10提供X轴运动位置的信息，X轴传动件8与X轴光栅10通过在X横梁托板6上的精确加工确保三者在X方向的平行度。
其中，第一导轨4的结构为圆柱形导轨、方形导轨、滑枕形式的导轨，所述第一滑块3结构与第一导轨4结构相配合。对于小型结构，导轨滑块可以使用圆柱型结构，也可以使用成品方形结构，就是本方案图中的滑块3安装于方导轨4上的组合结构，还可以使用滑枕结构，采用导轨贴塑或贴塑导轨上在主横梁2与第一导轨4的连接处设置静压油膜结构。
如图3所示，Y轴移动模块，包括设置在主横梁2上Y轴方向的连接孔12、所述连接孔12内设有驱动Y轴移动模块的Y轴电机13，所述Y轴电机13与一电机座14固定连接，所述电机座14固定于机架5上，通过第二联轴器15与所述Y轴电机13连接设有Y轴传动件16驱动Y方向的运动，在Y轴的运动方向的精度在该方向的Y轴位置感应元件保证，本案采用Y轴光栅32，所述Y轴传动件16上与其同轴心设有同心套筒17，所述机架5上还固定设有Y轴导轨18，与所述Y轴导轨18配合设有两块第二滑块19，所述第二滑块19与同心套筒17之间通过一传动座20固定连接，所述传动座20与X轴横梁托板6固定连接。传动座20可以减少Z轴负载偏心引起的微小变形。
如图4-5所示，Z轴移动模块，包括固定于机架5上的电机板21、与电机板21固定连接的Z轴立柱22，所述电机板21上安装有Z轴电机23，所述Z轴立柱22内通过第三联轴器24与Z轴电机23连接设有Z轴传动件25，所述Z轴传动件25上设有第三滑块26，所述Z轴立柱22与X轴横梁托板6之间通过第一连接件27连接，所述第一连接件27上设有一对与X轴横梁托板6的轴向平行的第二导轨28，所述第二导轨28置于X轴横梁托板6的上下两侧，最大限度的扩大了Z轴的上下与X轴横梁托板6的作用范围，第二导轨28与X轴横梁托板6之间通过第四滑块29连接，为了保证垂直度，所述第一连接件27与Z轴立柱22的接触面之间通过槽结构形式活动卡接，可放置薄形平键定位；与所述Z轴立柱22上的槽结构固定连接有与第三滑块26配合的Z轴导轨30，与所述第三滑块26连接设有探头光杆31。
为了减少Z轴上下运动给下部轴承的载荷，Z轴立柱22的下端部内设置的轴承结构33为双轴承两点支撑结构或单点支撑结构。
在Z轴移动模块运动的方向上同样设有Z轴位置感应元件，即为Z轴光栅，Z轴光栅的读数头与第三滑块26或探头光杆31用螺钉紧固相连。
探头光杆31内部通过单边铣削加工呈单边空心结构。在设计Z轴移动模块的结构时，通过将探头光杆31内部单边铣削加工成单边空心结构，使得探头光杆31的中心尽可能降低与Z轴导轨30的距离，以减少探头光杆31的偏心给X轴横梁托板6带来的扭矩。
与所述探头光杆31端部通过防松装置连接设有探头34，确保定位定向的精度，其中的探头34可为单探头，也可以安装探头组，以适应不同的探测工艺，如收发分置、双晶探头、TOFD或相控阵探头，或用来提高探测效率。
各移动模块中的直线电机驱动采用步进电机或伺服电机通过联轴节同轴或者经过变速同轴或非同轴驱动传动件方式带动与其相连部件，且各轴的定义应该遵守笛卡尔坐标系定义准则。传动件可优选为滚珠丝杠传动件。
单轴方向的摆动模块为B轴摆动模块或C轴摆动模块或A轴摆动模块，与所述探头光杆端部连接设有探头34，单轴方向的摆动模块设置于探头光杆31与探头34之间，所述单轴方向的摆动模块通过第二连接件35与所述探头光杆31固定连接，在具体的应用结构中要设置防松螺栓或类似的结构，以确保探头34的角度不发生任何变化，也可以采取非螺纹结构，确保可靠安装、可靠的定向和定位。
当探伤不需要摆头结构时，可以按照工艺需求决定的探头34方向决定的角度实施探伤，可对工件进行平面纵波探伤的探头34安装方式，可以采用过盈配合或者螺纹连接等方式。
如果探测需要随着工件表面的变化改变探伤角度，单轴方向的摆动模块选择B轴摆动模块，与所述第二连接件35连接设有摆头基座36，摆头基座36上设有通过B轴摆动电机37驱动的探头座38，探头座38上与B轴摆动电机37同轴连接有B轴编码器39，所述探头34采用过盈配合或者螺纹连接等方式连接到在探头座38上，根据高分辨率扫描的需要，可以采用点聚焦探头、线聚焦探头或点线组合聚焦探头。
当需要单轴方向的摆动模块在不同的位置以不同的角度探测工件时，单轴方向的摆动模块选择C轴摆动模块，包括与所述第二连接件35固定连接的过渡套筒40，所述过渡套筒40内装配有C轴摆动电机41以及与C轴摆动电机41同轴连接的检测反馈装置C轴编码器42，所述C轴摆动电机41输出与所述探头座38连接。
A轴摆动模块，包括A轴摆动电机43、与A轴摆动电机43同轴连接的A轴编码器44，所述摆动电机的输出与探头34连接，即可实现探头34的360°的范围内进行准确定位探测。
为了满足更加复杂的曲面探伤的要求，在应用上述四轴四自由度的探头的探测结构时，可以把工件通过夹具安装于1-2轴的1-2个自由度的工件转动模块上。
工件转动模块包括一轴转动模块或二轴转动模块，所述一轴转动模块通过一转动基座46固定设于检测工作区45，所述转动基座46上连接设有转动电机47、工件摆动装置48，所述转动电机47通过动力传动装置与工件摆动装48置连接，所述工件摆动装置48上设有平衡装置49；所述二轴转动模块在一轴转动模块的转动基座46与检测工作区45之间装配有二轴驱动模块。
其中平衡装置49本发明中选择平衡块的形式，为了减少工件摆动装置的重心偏下所导致的不平衡力矩，在工件摆动装置的上方安装有铅质的平衡块。
动力传动装置为涡轮蜗杆传动方式，所述蜗杆50与转动电机47连接，蜗杆50与涡轮51连接，与所述涡轮51同轴连接设有传动轴52，所述传动轴52与工件摆动装置48连接。
二轴驱动模块包括设于转动基座46与检测工作区45之间的底座55、与底座55固定连接的二轴电机53、固定于转动基座46上的驱动心轴54，所述二轴电机53与所述驱动心轴54驱动连接，所述驱动心轴54与底座55之间固定设有限位装置56。
为了减少摩擦力矩，安装轴承结构33在底座上，为了约束驱动心轴54的上下方向的运动，限位装置56采用限位板插入驱动心轴54的环形槽内，并通过螺栓连接到底座55上。为了制造、安装方便，限位板采用两部分分体的结构。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (13)
1.一种组合式三-六轴三维探伤装置，包括固定整个装置的机架，所述机架上设有上部运动系统、下部运动系统，其特征在于：所述上部运动系统包括带动探头组件沿空间正交的X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述上部运动系统通过主横梁与所述机架连接。
2.如权利要求1所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述下部运动包括支撑工件绕小于等于两个轴做转动运动的工件转动模块，所述工件转动模块与检测工作区连接。
3.如权利要求1所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述移动模块包括
X轴移动模块，所述主横梁与机架之间通过第一导轨以及与第一导轨配合的第一滑块连接，所述主横梁上与X轴横梁托板连接，所述X轴横梁托板上固定设有通过X轴电机驱动运动的X轴传动件；
Y轴移动模块，在主横梁上的Y轴方向上设有驱动Y轴移动模块的Y轴电机，与所述Y轴电机连接设有Y轴传动件，Y轴电机与机架连接，所述机架上还固定设有Y轴导轨，与所述Y轴导轨配合设有第二滑块，所述第二滑块与Y轴传动件之间通过传动座连接；
Z轴移动模块，包括与机架固定连接的Z轴电机，Z轴电机与Z轴传动件连接，所述Z轴传动件上设有第三滑块，与第三滑块配合设有Z轴导轨，所述第三滑块上连接设有探头光杆，所述Z轴导轨固定与一Z轴立柱上，Z轴立柱通过第一连接件与X轴横梁托板连接。
4.如权利要求1或3所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述上部运动系统还包括单轴方向的摆动模块。
5.如权利要求3所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：X轴横梁托板的上设有与其轴向平行的第二导轨，第二导轨上配设有第四滑块，X轴横梁托板第一连接件之间通过第二导轨和第四滑块连接，所述第一连接件与Z轴立柱之间活动卡接。
6.如权利要求3所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述X轴移动模块、Y轴移动模块、Z轴移动模块的运动方向上分别设有位置传感元件。
7.如权利要求3所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述Z轴立柱的下端部内设置的轴承结构为双轴承两点支撑结构或单点支撑结构。
8.如权利要求3所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述探头光杆内部呈单边空心结构。
9.如权利要求4所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：单轴方向的摆动模块为B轴摆动模块或C轴摆动模块或A轴摆动模块，与所述探头光杆端部连接设有探头，所述单轴方向的摆动模块设置于探头光杆与探头之间，所述单轴方向的摆动模块通过第二连接件与所述探头光杆固定连接，
B轴摆动模块，与所述第二连接件连接设有摆头基座，摆头基座上设有通过B轴摆动电机驱动的探头座，所述探头设置在探头座上；
C轴摆动模块，包括与所述第二连接件固定连接的过渡套筒，所述过渡套筒内装配有C轴摆动电机，所述C轴摆动电机输出与所述探头座连接；
A轴摆动模块，包括A轴摆动电机，所述摆动电机的输出与探头连接。
10.如权利要求9所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述B轴摆动电机、C轴摆动电机、A轴摆动电机分别同轴连接设有的信号反馈装置。
11.如权利要求2所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：工件转动模块包括一轴转动模块或二轴转动模块，所述一轴转动模块通过一转动基座固定设于检测工作区，所述转动基座上连接设有转动电机、工件摆动装置，所述转动电机通过动力传动装置与工件摆动装置连接，所述工件摆动装置上设有平衡装置；所述二轴转动模块在一轴转动模块的转动基座与检测工作区之间装配有二轴驱动模块。
12.如权利要求11所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述二轴驱动模块包括设于转动基座与检测工作区之间的底座、与底座固定连接的二轴电机、固定于转动基座上的驱动心轴，所述二轴电机与所述驱动心轴驱动连接，所述驱动心轴与底座之间固定设有限位装置。
13.如权利要求11所述的组合式三-六轴三维探伤装置，其特征在于：所述动力传动装置为涡轮蜗杆传动方式，所述蜗杆与转动电机连接，蜗杆与涡轮连接，与所述涡轮同轴连接设有传动轴，所述传动轴与工件摆动装置连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20120125 Effective date of abandoning: 20130724 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20120125 Effective date of abandoning: 20130724 |
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| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |