CN211178359U - 一种空心叶片测厚装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空心叶片测厚装置，包括支撑平台以及安装在支撑平台上的工业机械手，工业机械手的末端腕关节处安装有夹持空心叶片的夹具，所述支撑平台上安装有超声波测厚机构以及盛装有耦合剂溶液的耦合剂容器，所述超声波测厚机构包括连接架以及安装在连接架上的可伸缩调节机构，可伸缩调节机构的伸缩端安装有浸入至耦合剂溶液内的超声测头，超声测头可对通过工业机械手抓取浸入至耦合剂溶液内的空心叶片进行叶身轮廓壁厚的超声测量。本实用新型结构设计巧妙，测厚过程对工件变形适应性好，并具有通过性强、可靠性高、使用便捷、成本较低的优势。

Description

一种空心叶片测厚装置

技术领域

本实用新型涉及航空发动机空心叶片无损检测技术领域，具体涉及一种空心叶片测厚装置。

背景技术

随着航空发动机技术不断的发展，空心叶片的内部结构特别是空心结构的设计日趋精密和复杂。由于飞机发动机在长期运行后容易引发疲劳损坏，为了保证发动机能够安全运行，并延长其使用寿命，就必须要求发动机空心叶片的壁厚误差在允许的范围之内，进而确保空心叶片的强度指标和结构参数要求。因此，航空发动机空心叶片的壁厚尺寸是叶片质量控制的一个非常重要的参数，直接关系到叶片的强度和使用安全性，必须要求在生产线现场对每一片叶片都进行精确检测和分选。

航空发动机空心叶片的制作过程是采用精密铸造一次成型技术，其空心壁厚的确切数值成为了重要的检测参数，必须严格控制其误差，则需要对每一个加工后的空心叶片进行壁厚检测，从而使叶片质量得以保障。目前对于新型航空发动机的小空心叶片壁厚的测量范围要求为0.1～3mm，并且测量的不确定值小于0.05mm，传统的测量技术已经无法满足，因此，新的测量技术和测量方法是目前行业内急需解决的问题。

目前，对于空心叶片的壁厚测量主要有两种方式，一种是人工手持超声测厚仪器使测头在叶片表面通过专用工装采点测量并进行记录或对比，如申请号为201210454927.3的中国实用新型专利公开的一种单晶空心叶片壁厚超声波检测方法，其检测方式主要是通过人工采点测量。由于叶片表面曲率变化大，手工方式采用超声测厚来测量叶片对工人测头布点技术要求较高，并且其劳动负荷大，容易导致叶片检测效率低下，很难保证稳定可靠的检测数据。另一种方式是采用X射线或者CT设备进行叶片轮廓壁厚的检测，但X射线及CT设备价格昂贵，对操作员存在射线隐患，给相应叶片生产厂家造成了较大成本和风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种成本相对较低、劳动强度低且检测精准可靠的空心叶片测厚装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种空心叶片测厚装置，包括支撑平台以及安装在支撑平台上的六自由度工业机械手，工业机械手的末端腕关节处安装有夹持空心叶片的夹具，所述支撑平台上安装有超声波测厚机构以及盛装有耦合剂溶液的耦合剂容器，所述超声波测厚机构包括连接架以及安装在连接架上的可伸缩调节机构，可伸缩调节机构的伸缩端安装有浸入至耦合剂溶液内的超声测头，超声测头可对通过工业机械手浸入至耦合剂溶液内的空心叶片进行超声测量。

进一步地，所述可伸缩调节机构包括高度调节支架、套筒和连接轴，所述高度调节支架安装在连接架上并可在竖直方向上伸缩，所述套筒安装在高度调节支架的伸缩端上，套筒与连接轴之间设置有弹簧，所述超声测头安装在连接轴远离弹簧的一端。

进一步地，所述套筒与连接轴均竖直设置，套筒的下端成型有第一法兰，所述连接轴中部成型有第二法兰，连接轴的上端可滑动地伸入至套筒的内孔中，所述弹簧固定在第一法兰和第二法兰之间。

进一步地，所述连接架包括连接座、连接臂以及安装在连接座和连接臂之间的支柱，所述连接座固定在支撑平台上，所述高度调节支架安装在连接臂上。

本实用新型具有的有益效果是：

1、采用六自由度的工业机械手并配合超声波测厚机构来进行叶片壁厚检测，代替了传统人工布点检测的方式，具有低劳动强度并相对X射线或CT设备造价成本更低的优势；

2、通过增加盛装有耦合剂溶液的耦合剂容器，让耦合剂溶液自动持续填充在空心叶片和超声测头之间，避免了现有采用涂抹或者喷射耦合剂不均的缺陷，从而具有使得检测出来的叶片测厚数据更加精准的巧妙效果；

3、针对空心叶片类工件都有铸造过程容易发生变形的难点，导致后续测厚过程若按照预先的理论模型进行测量，超声测头的移动轨迹与空心叶片表面轮廓会产生干涉影响，容易产生撞坏超声测头或导致叶片面型受损等问题，通过在连接轴与套筒之间安装弹簧并使超声测头具备一定柔性的浮动作用，很好的克服了超声测头的移动轨迹与空心叶片表面轮廓产生干涉影响的问题；

4、本实用新型结构设计巧妙，测厚过程对工件变形适应性好，并具有通过性强、可靠性高、使用便捷、成本较低的优势。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中超声波测厚机构的结构示意图；

图3为本实用新型中超声波测厚机构的使用状态示意图。

图中标记：1-支撑平台；2-超声波测厚机构；3-耦合剂容器；4-空心叶片；5-夹具；6-工业机械手；7-连接座；8-支柱；9-连接臂；10-高度调节支架；11-套筒；12-弹簧；13-连接轴；14-超声测头；15-耦合剂溶液。

具体实施方式

如图1～图3所示，本实施例提供的空心叶片测厚装置包括支撑平台1以及安装在支撑平台1上的工业机械手6，工业机械手6采用目前比较成熟的六自由度工业机械人，即在自动化生产加工或者检测领域比较常见的六轴工业机器人，六轴工业机器人关节灵活，运动性能稳定，重复定位精度较高，其全部控制由一台微型计算机完成，或者采用多台微机来分担机器人的控制，可以保证稳定的测厚质量。在工业机械手6的末端腕关节处通过法兰安装有夹持空心叶片4的夹具5，空心叶片4在工业机械手6的驱动下可以实现进行全空间任意位姿的运动，可代替传统人工手动布点检测的方式。

针对现有采用涂抹或者喷射耦合剂在空心叶片4上容易出现分布不均的缺陷，导致检测出来的叶片测厚数据精准度不够，所述支撑平台1上安装有超声波测厚机构2以及盛装有耦合剂溶液15的耦合剂容器3，所述超声波测厚机构2包括连接架以及安装在连接架上的可伸缩调节机构，可伸缩调节机构的伸缩端安装有浸入至耦合剂溶液15内的超声测头14，超声测头14可对通过工业机械手6浸入至耦合剂溶液15内的空心叶片4进行超声测量，空心叶片4采用完全浸没至耦合剂溶液15内的方式，耦合剂溶液15可在空心叶片和超声测头之间自动填充，避免了现有涂抹或喷射容易出现分布不均的问题，从而使得后续检测结果更加精准。

针对空心叶片4类工件都有铸造过程容易发生变形的难点，导致后续测厚过程若按照预先的理论模型进行测量，超声测头14的移动轨迹与空心叶片4表面轮廓会产生干涉影响，容易产生撞坏超声测14或导致叶片面型受损的问题，本申请对可伸缩调节机构进行了一定改进，具体地，所述可伸缩调节机构包括高度调节支架10、套筒11和连接轴13，所述高度调节支架10安装在连接架上并可在竖直方向上伸缩，高度调节支架10可采用丝杆调节机构、气弹簧机构、气动控制机构、电动伸缩杆机构、伺服推杆机构等等，本申请中不做限制，只需要高度调节支架10可在竖直方向上调节高度距离，以便于调整超声测头14在耦合剂溶液15内的插入深度。所述套筒11安装在高度调节支架10的伸缩端上，套筒11与连接轴13之间设置有弹簧12，所述超声测头14安装在连接轴13远离弹簧12的一端。通过增设弹簧12可使超声测头14具备一定柔性的浮动作用，很好的克服了超声测头14的移动轨迹与空心叶片4表面轮廓产生干涉影响的问题。为了提高连接轴13移动的顺畅性和稳定性，所述套筒11与连接轴13均竖直设置，套筒11的下端成型有第一法兰，所述连接轴13中部成型有第二法兰，连接轴13的上端可滑动地伸入至套筒11的内孔中(可通过添加润滑剂保证滑动地顺畅性)，所述弹簧12固定在第一法兰和第二法兰之间，这样便能实现超声测头14具备稳定且顺畅的柔性浮动作用。

由于本装置需要保证精准的检测结果，所以对连接架的连接稳定性要求较高，具体地，所述连接架包括连接座7、支柱8和连接臂9，所述连接座7固定在支撑平台1上，支柱8竖直固定在连接座7上，连接臂9一端水平固定在支柱8上，所述高度调节支架10竖直安装在连接臂9另一端的端部上，整个连接架各部件之间均采用固定连接的方式，保证了较好连接稳定性。

本实用新型的使用方法是：确定超声波测厚机构2处于待检测工位，再启动工业机械手6，设定好工业机械手6工作状态下的各项参数；将空心叶片4安装在夹具5上的待测工位处；通过离线方式完成空心叶片4测厚轨迹编程以及将程序下载到工业机械手6的控制器内；执行测厚程序并由计算机自动采集空心叶片4相关位置的壁厚数据；从待测工位上卸下空心叶片4并对测厚数据生成检测报告。

以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。应当注意，在附图中所图示的结构或部件不一定按比例绘制，同时本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述，以避免不必要地限制本实用新型。

Claims (4)

1.一种空心叶片测厚装置，包括支撑平台以及安装在支撑平台上的工业机械手，工业机械手的末端腕关节处安装有夹持空心叶片的夹具，其特征在于：所述支撑平台上安装有超声波测厚机构以及盛装有耦合剂溶液的耦合剂容器，所述超声波测厚机构包括连接架以及安装在连接架上的可伸缩调节机构，可伸缩调节机构的伸缩端安装有浸入至耦合剂溶液内的超声测头，超声测头可对通过工业机械手浸入至耦合剂溶液内的空心叶片进行超声测量。

2.根据权利要求1所述的空心叶片测厚装置，其特征在于：所述可伸缩调节机构包括高度调节支架、套筒和连接轴，所述高度调节支架安装在连接架上并可在竖直方向上伸缩，所述套筒安装在高度调节支架的伸缩端上，套筒与连接轴之间设置有弹簧，所述超声测头安装在连接轴远离弹簧的一端。

3.根据权利要求2所述的空心叶片测厚装置，其特征在于：所述套筒与连接轴均竖直设置，套筒的下端成型有第一法兰，所述连接轴中部成型有第二法兰，连接轴的上端可滑动地伸入至套筒的内孔中，所述弹簧固定在第一法兰和第二法兰之间。

4.根据权利要求2所述的空心叶片测厚装置，其特征在于：所述连接架包括连接座、连接臂以及安装在连接座和连接臂之间的支柱，所述连接座固定在支撑平台上，所述高度调节支架安装在连接臂上。

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