CN210922545U - 工件厚度超声波自动检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种工件厚度超声波自动检测系统，它的X轴本体固定在机架顶部的侧面，X轴滑块设置在X轴本体上且能在X轴电机的驱动下在X轴本体上沿X轴滑动，Y轴本体的一端固定在X轴滑块上，Y轴滑块设置在Y轴本体上且能在Y轴电机的驱动下在Y轴本体上沿Y轴滑动；耦合剂储存容器和耦合剂工作容器设置在机架内，泵用于将耦合剂储存容器内的耦合剂抽入耦合剂工作容器内，耦合剂工作容器内的耦合剂能通过水阀流回耦合剂储存容器；超声波探头安装在Y轴滑块上。本实用新型实现了工件厚度的无损测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及超声波厚度测量技术领域，具体地指一种工件厚度超声波自动检测系统。
背景技术
某些工件(如发动机气缸盖)的厚度是决定发动机性能的一个重要因素。底部厚度过厚，发动机散热不良；底部厚度过薄，发动机气缸盖强度不足。气缸盖失效多与底板不满足设计要求有关。因此，需要对底部厚度进行检测。由于缸盖是封闭结构，无法直接测量。
目前，采用先将发动机缸盖剖开，再用游标卡尺、三坐标测量系统进行检测的方法。根据检测结果，决定同批次的缸盖能否应用；或作为制造工艺调整的依据。
美国泛美公司的26MG超声波测厚仪和德国KK公司的DM4超声波测厚仪均为手持式超声波测厚仪，采用双晶片探头进行接触式检测，适用于大的机加工平面的检测。
专利号为201822048227的中国实用新型专利《超声波测厚仪》公开了一种和测厚仪附加在一起的装置，能在检测前用砂纸打磨粗糙检测面并涂布耦合剂。
专利号为201821839035.4的中国实用新型专利《一种钢管检测用测厚仪》公开了一种带存储芯片的手持式超声波测厚仪，能储存厚度数据，使用了型号为UB40-2-U-J-1的超声波探头。
目前所使用的剖切测厚的方法属于破坏性检测，无法用于事前检测；剖切缸盖的过程也费时费力。
美国泛美的26MG和德国KK的DM4超声波测厚由于采用双晶片探头，探头尺寸较大，不能用于发动机气缸盖诸如鼻梁区等狭窄区域的厚度检测，并且只能得到离散的厚度检测数据，不能反应底板各部位的厚度分布全貌。
专利号为201822048227的中国实用新型专利《超声波测厚仪》属于手持式超声波测厚仪，存在与前述26MG和DM4一样的问题；并且，只是增加了一些附属装置，实现检测部位打磨并涂布耦合剂、探头连接部位防尘、支撑探头保证探头与被测部位垂直等功能，对探伤仪本体并无做任何改动。
专利号为201821839035.4的中国实用新型专利《一种钢管检测用测厚仪》实现了厚度数据的储存，但其使用的超声波探头UB40-2-U-J-1属于智能小车防碰撞用的测距探头，不能用于发动机气缸盖底厚测试的场合。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种工件厚度超声波自动检测系统，本实用新型实现了工件厚度的无损测量。
为实现此目的，本实用新型所设计的一种工件厚度超声波自动检测系统，它包括机架、耦合剂输送设备、超声波探头和二维扫描设备，其中，耦合剂输送设备包括耦合剂储存容器、耦合剂工作容器、泵和水阀，二维扫描设备包括X轴滑块、X轴本体、X轴电机、Y轴滑块、Y轴本体、Y轴电机，所述X轴本体固定在机架顶部的一侧，X轴滑块设置在X轴本体上且能在X轴电机的驱动下在X轴本体上沿X轴滑动，Y轴本体的一端固定在X轴滑块上，Y轴滑块设置在Y轴本体上且能在Y轴电机的驱动下在Y轴本体上沿Y轴滑动；
所述耦合剂储存容器和耦合剂工作容器设置在机架内，泵用于将耦合剂储存容器内的耦合剂抽入耦合剂工作容器内，耦合剂工作容器内的耦合剂能通过水阀流回耦合剂储存容器；
超声波探头通过探头安装调节装置安装在Y轴滑块上，超声波探头能在二维扫描设备的带动下对耦合剂工作容器内的被测工件进行超声波厚度扫描检测。
它还包括电控硬件，所述电控硬件包括主控单元、运动控制模块和伺服驱动模块，所述主控单元用于向运动控制模块发送X轴电机和/或Y轴电机控制指令，运动控制模块用于根据X轴电机和/或Y轴电机控制指令向伺服驱动模块发送X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲，伺服驱动模块将X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲放大并控制X轴电机和/或Y轴电机工作，X轴编码器和Y轴编码器用于将X轴电机和Y轴电机输出轴旋转的编码脉冲反馈给主控单元，主控单元根据X轴电机和Y轴电机输出轴旋转的编码获取X轴滑块和Y轴滑块的位置。
所述电控硬件还包括超声波发射接收模块，超声波发射接收模块用于在主控单元的控制下使超声波探头发射超声波，并将接收到的反射超声波反馈给主控单元。
本实用新型采用固定在二维扫描机构上的超声波探头对浸没在耦合剂中的工件进行扫描，在扫描的同时通过超声波发射和接收电路向探头发射超声波，通过采样程序读取超声波回波信息，通过超声波在缸盖底部内外界面之间的传播时间，计算出每个扫描点的底部厚度；同时，本实用新型所述二维扫描机构为公知的精密滚珠丝杠副传动的二维直线模组，由二个交流伺服电机驱动，与各电机同轴安装有编码器，作为位置反馈，供采样程序读取，从而形成各扫描点坐标。最后，通过扫描，形成包含底部所有点的坐标、厚度、回波高度等的结果数据。本实用新型还通过以特殊的文件格式保存和读取结果数据，实现了厚度检测结果的离线分析和回溯管理。
本实用新型采用液浸非接触探伤，以实现对被测工件任意部位的快速自动扫描。其特征在于，使用了上、下两层耦合剂容器。其中，上层为工作容器，被检测工件放在该池的定位夹具上被定位；设有进水口、排水口和液位计，进水口与泵相连，排水口与电磁水阀相连，液位计监测耦合剂的上位和下位位置，泵和液位计构成了工作容器中耦合剂的液位自动控制。下层为耦合剂储存容器，用于对工作容器的耦合剂补充和回储。工作容器耦合剂的排放方便工件的取放及保持耦合剂的清洁。特别地，本实用新型使用一种环保性能良好的水基切削液做耦合剂，保证被检工件不被腐蚀和不被污染。
本实用新型通过对工件的二维扫描，获得了工件底部所有部位的厚度信息；并通过主控单元实现了结果的任意断面分析，获得准确的底部厚度信息。从而不再需要对工件进行破坏，实现了工件底部厚度的无损测量，因而可用于对工件底部厚度进行100％检测，此项技术有利于缩短工件底部厚度检测时间，降低检测成本。
附图说明
图1为本实用新型的机械部分结构示意图；
图2为本实用新型的电控部件结构示意图。
其中，1—机架、2—耦合剂输送设备、20—耦合剂储存容器、21—耦合剂工作容器、22—液位计、23—泵、24—水阀、25—耦合剂进水管、3—支撑件、30—左支撑、31—右支撑、4—探头安装调节装置、40—下调节螺母、41—上调节螺母、42—安装座、5—超声波探头、6—二维扫描设备、60—Y轴直线模组、600—Y轴滑块、601—Y轴本体、602—Y轴电机、603—Y轴编码器、61—X轴直线模组、610—X轴滑块、611—X轴本体、612—X轴电机、613—X轴编码器、7—电控硬件、70—主控单元、71—超声波发射接收模块、72—运动控制模块、73—伺服驱动模块、730—X轴伺服驱动模块、731—Y轴伺服驱动模块、74—存储和输入输出设备，740—存储器、741—显示器、742—人机设备、8—被测工件。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
如图1所示的一种工件厚度超声波自动检测系统，它包括机架1、耦合剂输送设备2、超声波探头5和二维扫描设备6，其中，耦合剂输送设备2包括耦合剂储存容器20、耦合剂工作容器21、泵23和水阀24，二维扫描设备6包括相互垂直安装的精密滚珠丝杠副传动的X轴直线模组61和Y轴直线模组60，X轴直线模组61包括X轴滑块610、X轴本体611和X轴电机612，Y轴直线模组60包括Y轴滑块600、Y轴本体601和Y轴电机602，所述X轴本体611固定在机架1顶部的一侧，X轴滑块610与设置在X轴本体611上的螺杆一起构成滚珠丝杠传动副且能在X轴电机612的驱动下在X轴本体611上沿X轴滑动，Y轴本体601的一端固定在X轴滑块610上，Y轴滑块600与设置在Y轴本体601上的螺杆一起构成滚珠丝杠传动副且能在Y轴电机602的驱动下在Y轴本体601上沿Y轴滑动。
所述耦合剂储存容器20和耦合剂工作容器21设置在机架1内，泵23用于将耦合剂储存容器20内的耦合剂经耦合剂进水管25抽入耦合剂工作容器21内，耦合剂工作容器21内的耦合剂能通过水阀24流回耦合剂储存容器20；所述耦合剂选用BT-01型水基绿色环保切削液，以保证工件不被腐蚀和不被污染，方便工件检测后的清理。根据被检测对象的具体情况和要求，也可使用其它低粘度液态耦合剂如水、变压器油等。
超声波探头5通过探头安装调节装置4安装在Y轴滑块600上，超声波探头5能在二维扫描设备6的带动下对耦合剂工作容器21内的被测工件8(如发动机缸盖)进行超声波厚度扫描检测，被测工件8通过支撑件3(包括左支撑30和右支撑31)设置在耦合剂工作容器21内。
上述技术方案中，X轴滑块610和Y轴滑块600在各自电机驱动下，相对于对应的本体直线运动，从而实现探头的二维扫描。所述X轴电机612和Y轴电机602为交流伺服电机。所述X轴编码器613和Y轴编码器与电机同轴回转，可以获得各轴滑块位置。
上述技术方案中，所述耦合剂工作容器21位于耦合剂储存容器20的上方，耦合剂工作容器21中的耦合剂能在水阀24打开后直接流入下方的耦合剂储存容器20。
上述技术方案中，在进行超声波厚度扫描检测时，被测工件8和超声波探头5能浸没在耦合剂工作容器21的耦合剂内，耦合剂工作容器21内设置有液位计22。
所述液位计22带有磁性浮子，当耦合剂液面位于高位或低位时，液位计22均能发出信号。测厚时，首先将工件放在支撑装置3上，关闭电磁阀24，再通过泵23经耦合剂进水管25向耦合剂工作容器21注入耦合剂，直到液面浸没工件及探头5，液位计22发出液面高位信号，泵23停止工作，开始进行测厚作业。测厚完毕，首先开启电磁阀24，将耦合剂工作容器21的耦合剂泄放入耦合剂储存容器，直到工件底部露出耦合剂液面，液位计22发出液面低位信号，电磁阀24关闭，停止耦合剂泄放。
上述技术方案中，所述X轴电机612的输出轴上设置有X轴编码器613，Y轴电机602的输出轴上设置有Y轴编码器603，X轴编码器613和Y轴编码器603用于反馈X轴滑块610和Y轴滑块600的位置。
上述技术方案中，如图2所示，它还包括电控硬件7，所述电控硬件7包括主控单元70、运动控制模块72和伺服驱动模块73，所述主控单元70用于向运动控制模块72发送X轴电机和/或Y轴电机控制指令，运动控制模块72用于根据X轴电机和/或Y轴电机控制指令向伺服驱动模块73发送X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲，伺服驱动模块73将X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲放大并控制X轴电机612和/或Y轴电机602工作，X轴编码器613和Y轴编码器603用于将X轴电机612和Y轴电机602输出轴旋转的编码脉冲依次通过伺服驱动模块73和运动控制模块72反馈给主控单元70，主控单元70根据X轴电机612和Y轴电机602输出轴旋转的编码获取X轴滑块610和Y轴滑块600的位置；
所述伺服驱动模块73包括X轴伺服驱动模块730和Y轴伺服驱动模块731，X轴伺服驱动模块730和Y轴伺服驱动模块731分别驱动X轴电机和Y轴电机。
上述技术方案中，所述电控硬件7还包括超声波发射接收模块71，超声波发射接收模块71用于在主控单元70的控制下使超声波探头5发射2.5～5MHz的超声波，并将接收到的反射超声波反馈给主控单元70。
上述技术方案中，主控单元70为工业控制计算机。所述超声波发射接收模块71为超声波探伤卡。所述运动控制模块72为运动控制卡。该两卡均通过PCI插槽和主控单元70连接，从而实现了和主控单元70的无缝连接，可接受主控单元70的指令，并向主控单元70传回数据。
上述技术方案中，所述水阀24为电磁水阀，运动控制模块72用于根据主控单元70发出的电磁水阀控制指令，控制电磁水阀工作，运动控制模块72用于接收液位计22输出的耦合剂实时液面位置信号，运动控制模块72用于根据主控单元70发出的泵控制指令，控制泵23工作，所述电磁水阀控制指令、泵控制指令根据扫描开始和结束的信号、耦合剂实时液面位置，以及预设的耦合剂液面位置生成。
上述技术方案中，所述主控单元70还连接有存储和输入输出设备74，存储和输入输出设备74包括存储器740、显示器741和人机设备742；存储器740包括内存储器和外存储器，用于暂存采集数据供显示分析用和永久保存检测结果供离线分析和结果回溯。显示器741用于显示超声波波形、检测结果图像，以及结果分析、参数设置界面。
所述超声波探头5为点聚焦窄脉冲直探头。
所述超声波探头5带有外螺纹，它插入安装座42的通孔中，通过下调节螺母40和上调节螺母41调整上下位置，以与被测工件8保持合适距离。
上述技术方案中，主控单元70能设置运动控制模块72的相关参数，包括扫描初始速度、扫描速度、步进速度、步距以及扫描区域等。主控单元70还能设置超声探伤波发射接收模块71的相关参数，包括超声波激励脉冲类型、宽度、激励脉冲频率，超声波重复频率、增益、检波类型、帧压缩比、检测闸门位置、阈值和宽度等。
一种利用上述系统的工件厚度超声波自动检测方法，它包括如下步骤：
步骤1：将被测工件8(如发动机缸盖)设置在耦合剂工作容器21内，关闭水阀24，通过泵23向耦合剂工作容器21内注入耦合剂，直到耦合剂液面浸没被测工件8及超声波探头5；
步骤2：主控单元70向运动控制模块72发送X轴电机和/或Y轴电机控制指令，运动控制模块72根据X轴电机和/或Y轴电机控制指令向伺服驱动模块73发送X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲，伺服驱动模块73将X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲放大并控制X轴电机612和/或Y轴电机602工作，从而使Y轴滑块600上的超声波探头5按设定轨迹对被测工件8进行扫描，主控单元70根据X轴编码器613和Y轴编码器603输出的编码脉冲获取X轴滑块610和Y轴滑块600的位置，从而获得超声波探头5扫描时的实时坐标，与此同时，主控单元70通过超声波发射接收模块71使超声波探头5发射超声波，并将接收到的反射超声波信息反馈给主控单元70，从而记录被测工件8上表面反射超声波(即界面波)的声程和强度，以及被测工件8下表面反射超声波(即底波)的声程和强度，每一个扫描点形成一组包含坐标、反射超声波声程和强度的扫描结果记录，存入结果数据链表；
步骤3：主控单元70在扫描结束后对结果链表进行遍历，计算每个扫描位置的工件底板厚度Z，对反射超声波强度进行幅度转换(由0～255级转换为0～100级)，形成包含空间点坐标信息(X，Y，Z)和反射超声波强度信息P的结果数据，存回结果数据链表；
步骤4：主控单元70对结果数据链表进行遍历，首先对与空间点坐标(X,Y,Z)对应的反射超声波强度信息P进行强度与颜色转换，得到对应颜色，再以得到的颜色在绘图空间描绘出对应的空间点坐标数据点，从而形成工件底板上表面及下表面的空间图像。主控单元70提供了改变显示方位、范围、门槛值的手段。通过指定显示方位，改变空间图像的投影方向；通过指定显示范围，对空间图像进行偏移或缩放。特别的，若指定按断面显示，可选择显示的断面位置，从而实现对空间图像的任一方位、任一断面的剖切显示。通过指定显示门槛值，只显示回波强度符合门槛值的点。
主控单元70还提供了用鼠标对空间图像进行浏览的手段，通过鼠标的点击、拖动，得到各空间的坐标及厚度值。
主控单元70根据显示设定程序设定的条件，从结果数据链表中筛选出符合要求的点，实现显示设定程序的功能。
步骤5：作为可选的步骤，根据需要，主控单元70按特殊的文件格式保存结果数据链表，供以后随时调取本次检测结果进行分析。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (9)
1.一种工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：它包括机架(1)、耦合剂输送设备(2)、超声波探头(5)和二维扫描设备(6)，其中，耦合剂输送设备(2)包括耦合剂储存容器(20)、耦合剂工作容器(21)、泵(23)和水阀(24)，二维扫描设备(6)包括X轴滑块(610)、X轴本体(611)、X轴电机(612)、Y轴滑块(600)、Y轴本体(601)、Y轴电机(602)，所述X轴本体(611)固定在机架(1)顶部的一侧，X轴滑块(610)设置在X轴本体(611)上且能在X轴电机(612)的驱动下在X轴本体(611)上沿X轴滑动，Y轴本体(601)的一端固定在X轴滑块(610)上，Y轴滑块(600)设置在Y轴本体(601)上且能在Y轴电机(602)的驱动下在Y轴本体(601)上沿Y轴滑动；
所述耦合剂储存容器(20)和耦合剂工作容器(21)设置在机架(1)内，泵(23)用于将耦合剂储存容器(20)内的耦合剂抽入耦合剂工作容器(21)内，耦合剂工作容器(21)内的耦合剂能通过水阀(24)流回耦合剂储存容器(20)；
超声波探头(5)安装在Y轴滑块(600)上，超声波探头(5)能在二维扫描设备(6)的带动下对耦合剂工作容器(21)内的被测工件(8)进行超声波厚度扫描检测。
2.根据权利要求1所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：所述耦合剂工作容器(21)位于耦合剂储存容器(20)的上方，耦合剂工作容器(21)中的耦合剂能在水阀(24)打开后直接流入下方的耦合剂储存容器(20)。
3.根据权利要求2所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：在进行超声波厚度扫描检测时，被测工件(8)和超声波探头(5)能浸没在耦合剂工作容器(21)的耦合剂内，耦合剂工作容器(21)内设置有液位计(22)。
4.根据权利要求3所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：所述X轴电机(612)的输出轴上设置有X轴编码器(613)，Y轴电机(602)的输出轴上设置有Y轴编码器(603)，X轴编码器(613)和Y轴编码器(603)用于反馈X轴滑块(610)和Y轴滑块(600)的位置。
5.根据权利要求4所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：它还包括电控硬件(7)，所述电控硬件(7)包括主控单元(70)、运动控制模块(72)和伺服驱动模块(73)，所述主控单元(70)用于向运动控制模块(72)发送X轴电机和/或Y轴电机控制指令，运动控制模块(72)用于根据X轴电机和/或Y轴电机控制指令向伺服驱动模块(73)发送X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲，伺服驱动模块(73)将X轴电机和/或Y轴电机的驱动脉冲放大并控制X轴电机(612)和/或Y轴电机(602)工作，X轴编码器(613)和Y轴编码器(603)用于将X轴电机(612)和Y轴电机(602)输出轴旋转的编码脉冲反馈给主控单元(70)，主控单元(70)根据X轴电机(612)和Y轴电机(602)输出轴旋转的编码获取X轴滑块(610)和Y轴滑块(600)的位置。
6.根据权利要求5所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：所述电控硬件(7)还包括超声波发射接收模块(71)，超声波发射接收模块(71)用于在主控单元(70)的控制下使超声波探头(5)发射超声波，并将接收到的反射超声波反馈给主控单元(70)。
7.根据权利要求5所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：所述水阀(24)为电磁水阀，运动控制模块(72)用于根据主控单元(70)发出的电磁水阀控制指令，控制电磁水阀工作，运动控制模块(72)用于接收液位计(22)输出的耦合剂实时液面位置信号，运动控制模块(72)用于根据主控单元(70)发出的泵控制指令，控制泵(23)工作。
8.根据权利要求5所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：所述主控单元(70)还连接有存储器(740)、显示器(741)和人机设备(742)。
9.根据权利要求1所述的工件厚度超声波自动检测系统，其特征在于：所述超声波探头(5)为点聚焦窄脉冲直探头。
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| CN201922010404.XU CN210922545U (zh) | 2019-11-20 | 2019-11-20 | 工件厚度超声波自动检测系统 |
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| CN201922010404.XU CN210922545U (zh) | 2019-11-20 | 2019-11-20 | 工件厚度超声波自动检测系统 |
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2019
- 2019-11-20 CN CN201922010404.XU patent/CN210922545U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN110763170A (zh) * | 2019-11-20 | 2020-02-07 | 东风商用车有限公司 | 工件厚度超声波自动检测系统及方法 |
| CN110763170B (zh) * | 2019-11-20 | 2024-05-24 | 东风商用车有限公司 | 工件厚度超声波自动检测系统及方法 |
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