无损检测装置及基于康普顿背散射的无损检测装置
技术领域
本实用新型涉及无损检测装置领域,特别涉及一种基于康普顿背散射的聚乙烯管件无损检测装置。
背景技术
无损检测是指在不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下,利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化,以物理或化学方法为手段,借助现代化的技术和设备器材,对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。
无损检测是工业发展必不可少的有效工具,主要有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)、液体渗透检测(PT)以及涡流检测(ECT)、声发射检测(AE)、热像/红外(TIR)、泄漏试验(LT)、交流场测量技术(ACFMT)、漏磁检验(MFL)、远场测试检测方法(RFT)、超声波衍射时差法(TOFD)等众多方法。其中,作为五大常规无损检测方法之一的射线检测(Radiology),在工业上有着非常广泛的应用。
基于射线检测的常规无损检测装置,通常采用透射式成像技术或康普顿背散射成像技术,均存在成本高、结构复杂、操作不便捷、不适用于长直管状工件等诸多问题。因此,有必要开发一种成本低、结构简单、操作便捷、适用于长直管状工件的无损检测设备。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种成本低、结构简单、操作便捷、适用于长直管状工件的无损检测设备,解决现有技术中的前述问题。为此,本实用新型提供的技术方案如下。
在一个实施例中,描述了一种无损检测装置,其特征在于,包括机架、射线源、探测器、工件台和检测装置运动单元,所述射线源与探测器固定于所述检测装置运动单元并能经检测装置运动单元驱动而上下直线运动,所述射线源与探测器之间的间距沿上下方向可调,所述检测装置运动单元固定于所述机架,所述工件台包括轴向运动单元和旋转运动单元,所述轴向运动单元可以驱动工件沿平行于工件旋转轴线的方向直线移动,所述旋转运动单元可以驱动工件绕工件的旋转轴线旋转。
一种实施方式中,所述轴向运动单元通过轴移滚轮的滚动驱动工件轴向移动,所述轴移滚轮的转轴与工件的转轴垂直,所述轴移滚轮的旋转平面平行于工件的转轴。
一种实施方式中,所述旋转运动单元通过角旋滚轮的滚动驱动工件旋转一定的角度,所述角旋滚轮的转轴与工件的转轴平行,所述角旋滚轮的旋转平面垂直于工件的转轴。
一种实施方式中,所述轴移滚轮的数量不少于2个,所述轴移滚轮的作用面设置弧形凹槽,所述轴移滚轮按一排单行排列或者按两排或两排以上并排排列,按两排或两排以上并排排列时,轴移滚轮按轴移滚轮几何中心所在的旋转平面沿工件径向设置;或者,所述轴移滚轮的数量不少于2个,仅设置一个轴移滚轮驱动电机,所述轴移滚轮驱动电机经轴移传动机构传动而驱动所有轴移滚轮转动。
一种实施方式中,所述角旋滚轮按两排或两排以上并排平行排列,每排角旋滚轮的数量不少于2个,各角旋滚轮外圆与工件外圆相切;或者,所述角旋滚轮的数量不少于2个,仅设置一个角旋滚轮驱动电机,所述角旋滚轮驱动电机经角旋传动机构传动而驱动所有角旋滚轮转动。
一种实施方式中,所述旋转运动单元通过角旋滚轮的滚动驱动工件旋转一定的角度,所述角旋滚轮的转轴与工件的转轴平行,所述角旋滚轮的旋转平面垂直于工件的转轴,所述角旋滚轮按两排或两排以上并排平行排列,每排角旋滚轮的数量不少于2个,各角旋滚轮外圆与工件外圆相切,所述角旋滚轮与所述轴移滚轮交叉间隔分布。
一种实施方式中,工件台的工件入口端设置所述轴移滚轮而不设置角旋滚轮,或者,两相邻的轴移滚轮之间可以省去一个或一个以上的角旋滚轮。
一种实施方式中,射线源与探测器两者中,外轮廓尺寸较小者伸入工件内腔,外轮廓尺寸较大者位于工件外侧。
一种实施方式中,所述射线源通过射线源支架固定于所述检测装置运动单元的移动组件,所述探测器通过探测器支架固定于所述检测装置运动单元的移动组件;所述射线源支架和所述探测器支架均通过L型固定板可直动地连接于所述检测装置运动单元的移动组件。
在另一个实施例中,描述了一种基于康普顿背散射的无损检测装置,其特征在于,包括康普顿背散射探测器和前述任一无损检测装置,所述康普顿背散射探测器位于所述射线源同一侧且位于工件外侧,所述康普顿背散射探测器固定于康普顿背散射运动单元并经康普顿背散射运动单元驱动而调整位置或/和角度。
本实用新型的有益效果及其他方面的优点将由下面结合附图的详细描述而变得清楚明白,附图通过示例的方式描述了本实用新型的原理。
附图说明
所描述的实施例将通过下面结合附图的描述而易于理解,附图中类似的参考标号表示类似的结构元件,以下是各附图的具体说明。
图1为本实用新型一个实施例的无损检测装置总体结构示意图。
图2为图1所述无损检测装置的轴移滚轮的一个实施例。
图3为图2所述轴移滚轮与工件连接关系示意图。
图4为图1所述无损检测装置的角旋滚轮与工件连接关系示意图。
图5为图1所述无损检测装置的一种轴移滚轮单电机驱动结构示意图,其中,图5(a)为主视方向的结构示意图,图5(b)为俯视方向的结构示意图。
图6为图1所述无损检测装置的一种角旋滚轮驱动结构示意图。
图7为图1所述无损检测装置的一种角旋滚轮单电机驱动结构示意图。
图8为图1所述无损检测装置的一种射线源支架和探测器支架连接结构示意图。
具体实施方式
在下面的具体描述中,大量具体细节被阐述来提供对于所描述的实施例的基础原理的透彻理解。但是,对于本领域技术人员来说,显然,所描述的实施例在没有这些具体细节的一部分或全部的情况下也可以实施。在实施例的描述过程中,已知的处理步骤没有被具体描述,以避免不必要地模糊根本的原理。
下面借助于附图详细描述本实用新型的实施例。然而,本领域技术人员应该理解,在此参考这些附图给出的具体描述是示例性目的,本实用新型超出这些有限的实施例。
本实用新型涉及的所有的左、右、上、下、前、后、中等方位词或相对关系词,仅为描述方便,不具有限定作用,本领域人员可以根据方位词或相对关系词简单变换或调整,从而得到不改变发明实质内容或技术手段的新的方位关系或相对关系,应同样视为本实用新型要求保护的技术方案。
本实用新型涉及的所有没有具体或专门解释的技术词汇,均指现有技术文献中与其实际功能或含义或构造相同或基本相同的技术词汇,应视本实用新型的该技术词汇为现有技术相应的技术词汇。
如图1所示,本实用新型的一个实施例的无损检测装置包括机架10、射线源20、探测器30、工件台40和检测装置运动单元50,所述射线源20与探测器30固定于所述检测装置运动单元50并能经检测装置运动单元50驱动而上下直线运动,所述射线源20与探测器30之间的间距沿上下方向可调,所述检测装置运动单元50固定于所述机架10,所述工件台40包括轴向运动单元41和旋转运动单元42,所述轴向运动单元41可以驱动工件80沿平行于工件80旋转轴线的方向直线移动,所述旋转运动单元42可以驱动工件80绕工件80的旋转轴线旋转,所述射线源20与探测器30在水平方向固定不动。
现有技术中,射线源20与探测器30分别经一个运动单元驱动而直线运动或旋转运动。本实用新型中,由于射线源20与探测器30均固定于所述检测装置运动单元50,因而可以省去一个直线运动单元,由于所述射线源20与探测器30在水平方向固定不动,亦可省去水平方向运动的直线运动单元,因而可以大幅降低成本,简化结构与操作。
现有技术中,轴向运动单元41仅驱动工件80上下升降运动,不能驱动工件80沿平行于工件80旋转轴线的方向直线移动,因此,不适用于长直管状工件。
本实用新型中,由于所述轴向运动单元41可以驱动工件80沿平行于工件80旋转轴线的方向直线移动,因而,可以适用于长直管状工件。
图1所示的射线源20与探测器30可以互换位置,相应方案均在本实用新型保护范围。
作为优选,射线源20与探测器30两者中,外轮廓尺寸较小者伸入工件80内腔,外轮廓尺寸较大者位于工件80外侧,从而适用更小内径的工件80,提高适用范围。
一种实施方式中,所述轴向运动单元41采用现有技术中的单轴直线移动单元(又称单轴机器人、单轴直线运动模块、直线模组、直线运动单元等)直接驱动工件沿工件80轴线方向直线移动。
一种实施方式中,所述旋转运动单元42采用常规的旋转电机或设置有减速器的旋转电机模组驱动工件80旋转。
为进一步节约成本,简化系统结构和操作复杂性,适应更大轴长的管状工件,一种实施方式中,所述轴向运动单元41通过轴移滚轮41-1的滚动驱动工件80轴向移动,所述轴移滚轮41-1的转轴与工件80的转轴垂直,所述轴移滚轮41-1的旋转平面平行于工件80的转轴。轴移滚轮41-1与工件80间通过摩擦力将轴移滚轮41-1的回转运动转化为工件80的旋转运动。
为进一步节约成本,简化系统结构和操作复杂性,适应更大轴长的管状工件,一种实施方式中,所述旋转运动单元42通过角旋滚轮42-1的滚动驱动工件80旋转一定的角度,所述角旋滚轮42-1的转轴与工件80的转轴平行,所述角旋滚轮42-1的旋转平面垂直于工件80的转轴。角旋滚轮42-1与工件80间通过摩擦力将角旋滚轮42-1的回转运动转化为工件80的旋转运动。
一种实施方式中,所述轴移滚轮41-1按一排单行排列,所述轴移滚轮41-1的数量不少于2个。
如图2、图3所示,作为优选,所述轴移滚轮41-1的作用面,即轴移滚轮41-1与工件80接触的曲面,设置弧形凹槽,从而增大轴移滚轮41-1与工件80的接触面积,防止工件80打滑。
一种实施方式中,所述轴移滚轮41-1按两排或两排以上并排排列,每排轴移滚轮的数量不少于2个,所述轴移滚轮41-1几何中心所在的旋转平面沿工件80径向设置,从而增加各轴移滚轮41-1与工件80的接触面积,防止工件80打滑。
一种实施方式中,如图4所示,所述角旋滚轮42-1按两排或两排以上并排平行排列,每排角旋滚轮的数量不少于2个,各角旋滚轮42-1外圆与工件80外圆相切。
一种实施方式中,如图1所示,所述角旋滚轮42-1与所述轴移滚轮41-1交叉间隔分布。
为进一步降低成本,两相邻的轴移滚轮41-1之间可以省去一个或一个以上的角旋滚轮42-1。为简化操作并便于工件80优先进入工件台40然后再旋转工件80,工件台40的工件80入口端设置所述轴移滚轮41-1而不设置角旋滚轮42-1。
一种实施方式中,每一个所述轴移滚轮41-1分别由一个旋转电机或设置有减速器的旋转电机驱动而使轴移滚轮41-1转动。
一种实施方式中,如图5(a)、图5(b)所示,为节约成本,减少旋转电机数量,仅设置一个轴移滚轮驱动电机41-2,所述轴移滚轮驱动电机41-2通过轴移传动机构驱动各个轴移滚轮41-1转动。所述轴移传动机构可以是齿轮传动机构、链条传动机构、带轮传动机构等。
一种实施方式中,所述轴移传动机构为带传动机构。同一排的各个轴移滚轮41-1分别设置一个轴移滚轮连接轴41-3和轴移滚轮辅助轮41-4,所述轴移滚轮连接轴41-3同轴固定连接轴移滚轮41-1和轴移滚轮辅助轮41-4,各个轴移滚轮辅助轮41-4对正对齐且能经一个轴移传动机构从动件41-5传递动力而使被轴移滚轮驱动电机41-2驱动的轴移滚轮辅助轮41-4驱动其他轴移滚轮辅助轮41-4转动,轴移滚轮辅助轮41-4为带轮,轴移传动机构从动件41-5为皮带或同步带。
一种实施方式中,所述轴移传动机构为链传动机构。同一排的各个轴移滚轮41-1分别设置一个轴移滚轮连接轴41-3和轴移滚轮辅助轮41-4,所述轴移滚轮连接轴41-3同轴固定连接轴移滚轮41-1和轴移滚轮辅助轮41-4,各个轴移滚轮辅助轮41-4对正对齐且能经一个轴移传动机构从动件41-5传递动力而使被轴移滚轮驱动电机41-2驱动的轴移滚轮辅助轮41-4驱动其他轴移滚轮辅助轮41-4转动,轴移滚轮辅助轮41-4为链轮,轴移传动机构从动件41-5为链条。
为进一步节约成本,多排的轴移滚轮41-1之间同样通过齿轮传动机构、链条传动机构、带轮传动机构等任何一种方式传递动力,从而实现一个轴移滚轮驱动电机41-2驱动所有的轴移滚轮41-1转动。可以参考图5(a)、图5(b)、图7具体实施,不再赘述。
一种实施方式中,每一个所述角旋滚轮42-1分别由一个旋转电机或设置有减速器的旋转电机驱动而使角旋滚轮42-1转动。
一种实施方式中,如图6所示,为节约成本,减少旋转电机数量,每一排的角旋滚轮42-1同轴固定于一根角旋滚轮连接轴42-3,所述角旋滚轮连接轴42-3通过一个角旋滚轮驱动电机42-2驱动而转动,进而驱动所有角旋滚轮42-1转动。
为进一步节约成本,如图7所示,多排的角旋滚轮42-1之间通过齿轮传动机构、链条传动机构、带轮传动机构等任何一种方式传递动力,从而实现一个角旋滚轮驱动电机42-2驱动所有的角旋滚轮42-1转动。
示例性地,所述角旋滚轮连接轴42-3的一端均设置角旋滚轮辅助轮42-4,两个或多个角旋滚轮辅助轮42-4之间采用图7或图5所示的链轮传动结构或带轮传动结构传动运动,其中一个角旋滚轮连接轴42-3的另一端设置一个角旋滚轮驱动电机42-2。
一种实施方式中,所述射线源20通过射线源支架60固定于所述检测装置运动单元50的移动组件,所述探测器30通过探测器支架70固定于所述检测装置运动单元50的移动组件。
一种实施方式中,所述射线源支架60和所述探测器支架70均通过L型固定板可直动地连接于所述检测装置运动单元50的移动组件。所述可直动连接,可以采用环形孔槽结构实现,也可采用直槽结构实现,还可以通过设置直线导轨实现。
一种实施方式中,如图8所示,所述射线源支架60通过射线源连接板62可直动地连接于所述检测装置运动单元50的移动组件,所述探测器支架70通过探测器连接板72可直动地连接于所述检测装置运动单元50的移动组件。所述射线源连接板62连接检测装置运动单元50移动组件的一面设置一贯穿直槽,该贯穿直槽沿竖直方向设置,螺栓或螺柱可在经该贯穿直槽导向而竖直上下移动,通过螺栓或螺柱穿过所述贯穿直槽并配合若干个螺母即可实现固定连接,松开螺母即可调节射线源支架60在竖直上下方向的位置,从而实现可直动连接。
类似地,探测器连接板72也可采用射线源连接板62相同的结构具体实现。
相比于现有技术,上述可直动连接结构为手动调节,可以省去至少一个直线运动单元,因而成本被进一步降低,结构被进一步简化。
现有技术中,为提高工件台运动精度,一般采用精密直线运动单元或旋转单元直接驱动工件80直线或旋转运动,本领域人员认为,由于工件的位置信息不精确,工件台运动精度不高则不能实现精密测量。本实用新型采用了轴移传动机构和角旋传动机构,会降低工件台运动精度,并意外发现,对无法修复缺陷或不需后续处理的检测作业,无需精确确定工件位置信息和缺陷位置信息,仅需判断有无缺陷或异常,工件位置信息是否精确不影响检测结果,因而工件台精度不会影响射线成像精度或检测精度,因而可以采用较低精度的机械传动机构大大节约成本。
本实用新型的另一个实施例,即基于康普顿背散射的无损检测装置,包括康普顿背散射探测器和上述任一种无损检测装置,所述康普顿背散射探测器位于所述射线源20同一侧且位于工件80外侧,所述康普顿背散射探测器固定于康普顿背散射运动单元并经康普顿背散射运动单元驱动而调整位置或/和角度。具体实施时,未述及或未详细描述的技术方案可以参考CN95240734.5、CN98247453.9、CN201711490186.3、CN201810156464.X等具体实现,或者参考成熟商业化产品如LBD101型或ComScan450型康普顿背散射成像系统(分别参文献1“丁厚本, 李虹. 一种例携式高分辨率康普顿背散射扫描仪[J]. CT理论与应用研究, 1996, 5(3):37-44”和文献2“J. Gerl. γ-Ray Applications[J]. Second AndeanSchool on Nuclear Physics, Bogota, Colombia. October 2014. (http://www.gfnun.unal.edu.co/andeanschool/Lectures/JGerl/Gamma-II-JG.pdf)”),本实用新型不再赘述。
所述射线源20可以是X射线源、γ射线源、中子射线源或其他射线源等任意一种射线源,所述探测器30是与所述射线源20配套的成像装置,可以采用现有技术中的标准化产品。例如,选用COMET公司的MXR160/11HP型射线管时,可选择CARERAY公司的CareView 750I型产品。
为实现本实用新型无损检测装置,还需设置其他辅助零部件或辅助系统,如铅房、冷却水、高压发生器等,均可参考YXLON公司的相关产品直接实施。
所述直线运动或旋转运动的基本功能模块,是搭建直角坐标机器人及各类自动化装备的基本单元,广泛应用于精密加工机械、精密检测机械、自动加工、自动装配、在线检测、点胶、喷涂、医疗、药品、食品、包装、电子、IC等行业,是工业自动化、智能化不可或缺的重要手段之一,具体实现结构涉及直线导轨、传动机构、驱动电机、传感器、驱动控制器、移动工件台、基座等诸多零部件,本实用新型均不赘述,除特别说明外,所述任何直动或转动的模块或零部件组均采用现有技术。
工件80仅供描述方便,并非本实用新型必要构件,缺少工件80的自动检测装置仍然视为落入本实用新型保护范围。
由于替换射线源20或/和探测器30,可以得到其他类型的检测装置或加工制造装置,由此而得到的自动装置也具有上述实质技术方案和主要有益效果,因此,所述检测装置或所述无损检测装置并非仅限于常规字面含义,还包括所有替换射线源20或/和探测器30而得到的其他类型的检测装置或加工制造装置。
本实用新型各实施例中涉及的结构件,通常可以使用低碳钢制成,也可以采用轻质金属材料如铝合金、铝镁合金等材料制成。
本实用新型各实施例中涉及的固定连接或固定安装或固定,如无特别说明,一般指螺纹连接、一体化设计制造的一体化结构、焊接、铆接、孔轴配合连接、粘接、捆扎连接等任何一种适合或可行的方式。述及的轴承及轴承盖相关具体实施方式或具体结构属于现有技术和惯用手段,不详细描述,也不提供附图。
本实用新型各实施例中涉及的外购件或其他现有技术,在与本实用新型各实施例结合使用的具体实施过程中,可能涉及部分参数、结构、尺寸、程序等的适应性调整,这些调整本领域人员可直接得出或具体实施,因而不具体描述,以免模糊本实用新型的根本原理和要旨。
本实用新型各实施例中未详细描述的内容及具体实施方式均可以参考现有技术文献以及公开销售或使用的产品而直接具体实施,或已被本领域人员惯常使用或已被本领域人员广泛知晓,因成本、精力、法律法规等限制,本实用新型仅描述本实用新型技术方案与现有技术的主要区别,以免模糊本实用新型的根本原理和要旨。
上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施,并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所做的等效变换或修饰,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
以上所述的实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明,应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例,并不用于限制本实用新型,凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。