CN213121750U - 超声探头夹具及具有其的无损检测机器人和检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超声探头夹具及具有其的无损检测机器人和检测系统；超声探头夹具包括连接块、伸缩机构、第一转动架、伸缩机构、第二转动架和探头旋转轴；伸缩机构固定连接在所述连接块上，第一转动架连接在所述伸缩机构的伸缩端，第二转动架转动连接在所述第一转动架上；探头旋转轴转动连接在所述第二转动架上且用于连接超声波检测探头，所述探头旋转轴的转动轴线、所述第二转动架的转动轴线和所述伸缩机构的伸缩方向之间两两垂直。本实用新型提出的超声探头夹具，其能够使得超声波检测探头具有多个自由度进行调节，以更好地沿工件表面进行扫描。

Description

超声探头夹具及具有其的无损检测机器人和检测系统

技术领域

本实用新型涉及超声无损检测技术领域，特别涉及超声探头夹具及具有其的无损检测机器人和检测系统。

背景技术

超声波无损探测是使用一种基于超声波技术进行材料检测的方法，其主要利用超声波检测探头产生的超声透入物体材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法。当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波，超声波探测仪从超声波检测探头获取到这些反射波，形成数据及图片，根据这些数据机图片来判断缺陷位置和大小。在进行超声波无损探测时，常常需要通过移载机构携带超声波检测探头沿着工件的表面进行扫描，并且在扫描的过程中需要保证超声波检测探头与工件表面之间的距离恒定，然而当前的超声波检测探头常常采用简单的方式固定于移载机构上，当所要进行扫描的工件表面为曲面时，将难以保持上述距离恒定，从而影响探测的结果。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种超声探头夹具，其能够使得超声探头具有多个自由度进行调节，以更好地沿工件表面进行扫描。

本实用新型还提出一种具有上述超声探头夹具的无损检测机器人和检测系统。

根据本实用新型的第一方面实施例的超声探头夹具，包括连接块、伸缩机构、第一转动架、伸缩机构、第二转动架和探头旋转轴；伸缩机构固定连接在所述连接块上，第一转动架连接在所述伸缩机构的伸缩端，第二转动架转动连接在所述第一转动架上；探头旋转轴转动连接在所述第二转动架上且用于连接超声波检测探头，所述探头旋转轴的转动轴线、所述第二转动架的转动轴线和所述伸缩机构的伸缩方向之间两两垂直。

根据本实用新型第一方面实施例的超声探头夹具，至少具有如下有益效果：采用上述超声探头夹具连接超声波检测探头时，超声波检测探头连接在探头旋转轴上，而连接块连接在移载机构上；由于探头旋转轴与第二转动架转动连接，第二转动架与第一转动架转动连接，第一转动架通过伸缩机构连接连接块，并且探头旋转轴的转动轴线、所述第二转动架的转动轴线和所述伸缩机构的伸缩方向之间两两垂直，可以使得超声波检测探头与移载机构的末端之间至少具有两个不同方向的转动自由度和一个方向的伸缩自由度，从而使得在进行超声波无损探测的过程中可以对超声波检测探头的位置和姿态进行调节，以使得在进行曲面扫描时，能够保证超声波检测探头的工作面与工件表面(曲面)的法线垂直，同时保证超声波检测探头与工件表面之间的距离基本恒定，进而保证超声波检测探头与工件表面之间的耦合力基本恒定。

根据本实用新型一些实施例的超声探头夹具，还包括有喷水装置，所述喷水装置连接在所述连接块上，所述喷水装置设置有进水口和连通所述进水口的若干出水口，所述出水口朝向所述第二转动架一侧。

根据本实用新型一些实施例的超声探头夹具，所述第二转动架设置成U型，且U型的开口位置用于连接超声波检测探头。

根据本实用新型一些实施例的超声探头夹具，还包括有标定针，所述标定针与所述连接块固定连接，且所述标定针的位置正对所述U型的开口，所述标定针的针尖方向指向所述超声波检测探头的探测方向。

根据本实用新型第二方面实施例的无损检测机器人，包括有执行器末端和多轴机器人；所述末端执行器上设置有超声探头夹具，所述超声探头夹具包括有连接块、伸缩机构、第一转动架、第二转动架和探头旋转轴；所述伸缩机构固定连接在所述连接块上，所述第一转动架连接在所述伸缩机构的伸缩端，所述第二转动架转动连接在所述第一转动架上，所述探头旋转轴转动连接在所述第二转动架上且用于连接超声波检测探头，所述探头旋转轴的转动轴线、第二转动架的转动轴线和所述伸缩机构的伸缩方向之间两两垂直；所述多轴机器人的末端连接所述末端执行器。

根据本实用新型第二方面实施例的无损检测机器人，至少具有如下有益效果：通过采用上述第一方面实施例的超声探头夹具，可以使得超声波检测探头与末端执行器之间至少具有两个不同方向的转动自由度和一个方向的伸缩自由度，从而可以调节超声波检测探头相对于末端执行器的位置和姿态，进而在进行曲面扫描时，也能够便于保证超声波检测探头与工件表面之间的距离恒定；同时，由于末端执行器连接在多轴机器人的末端，而多轴机器人具有多个不同的自由度关节，因此也有利于扩大无损检测机器人所能够检测到的空间区域范畴，提高通用性。

根据本实用新型一些实施例的无损检测机器人，所述末端执行器包括有法兰方轴，所述法兰方轴包括有法兰部和方轴部，所述法兰部连接所述多轴机器人的末端，超声探头夹具通过所述连接块固定于所述方轴部的第一侧面。

根据本实用新型一些实施例的无损检测机器人，所述末端执行器包括有激光测距传感器和相机，所述相机和激光测距传感器设置于所述方轴部的第三侧面。

根据本实用新型一些实施例的无损检测机器人，所述末端执行器包括有喷码机和风刀，所述风刀和喷码机设置于所述方轴部的第二侧面。

根据本实用新型第三方面实施例的无损检测系统，包括有上述第二方面实施例的无损检测机器人、滑台、滑动驱动装置和地轨，所述无损检测机器人设置于所述滑台上，所述滑台滑动连接在所述地轨上，所述滑动驱动装置用于驱动所述滑台沿所述地轨滑动。

根据本实用新型第三方面实施例的无损检测系统，至少具有如下有益效果：一方面，由于采用上述第二方面实施例的无损检测机器人，因此在进行曲面扫描时，其能够便于保证超声波检测探头与工件表面之间的距离恒定；另一方面，由于将无损检测机器人滑动安装在地轨，无损检测机器人能够沿着地轨移动，从而能够大幅度加大超声波检测探头所能够探测到的区域，从而使得单个无损检测机器人即可适应特大工件的无损检测需求。

根据本实用新型一些实施例的无损检测系统，还包括有控制器、超声波探伤仪、编码器和人机交互终端，所述编码器设置于所述滑台或所述无损检测机器人，所述控制器分别与所述人机交互终端、滑台驱动装置、多轴机器人、编码器和超声波探伤仪通讯连接，所述编码器和超声波检测探头与所述超声波探伤仪通讯连接。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型一种实施例的超声探头夹具的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例中超声探头夹具与末端执行器的连接结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例中无损检测机器人与滑台的连接结构示意图。

附图标号：

无损检测机器人10、滑台20、滑动驱动装置30；

超声探头夹具100、多轴机器人200、末端执行器300、超声波检测探头400；

连接块110、伸缩机构120、第一转动架130、第二转动架140、探头旋转轴150、喷水装置160、进水口161、出水口162、标定针170、连接支架180；

法兰方轴210、法兰部211、方轴部212、激光测距传感器220、相机230、喷码机240、风刀250、第一安装板260、第二安装板270、走线板280。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、左、右、前、后等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型第一方面实施例的超声探头夹具100，包括连接块110、伸缩机构120、第一转动架130、第二转动架140和探头旋转轴150。

伸缩机构120固定连接在所述连接块110上，第一转动架130连接在所述伸缩机构120的伸缩端，第二转动架140转动连接在所述第一转动架130上；探头旋转轴150转动连接在所述第二转动架140上且用于连接超声波检测探头400，所述探头旋转轴150的转动轴线、所述第二转动架140的转动轴线和所述伸缩机构120的伸缩方向之间两两垂直。

在进行超声波检测时，超声波检测探头400连接在探头旋转轴150上，而连接块110连接在移载机构上，移载机构可以是多轴机器人200，也可以是三坐标式的移动驱动装置等其他类型的装置，只要能够携带超声探头夹具100移动即可。而超声波检测探头400可以选择采用相控阵探头。

由于探头旋转轴150与第二转动架140转动连接，第二转动架140与第一转动架130转动连接，第一转动架130通过伸缩机构120连接连接块110，并且探头旋转轴150的转动轴线、所述第二转动架140的转动轴线和所述伸缩机构120的伸缩方向之间两两垂直，可以使得超声波检测探头400与移载机构的末端之间至少具有两个方向的转动自由度和另一个方向的伸缩自由度，且这三个方向之间相互垂直，从而使得在进行超声波无损探测的过程中可以对超声波检测探头400的位置和姿态进行调节，以使得在进行曲面扫描时，能够保证超声波检测探头400的工作面与工件表面(曲面)的法线垂直，同时保证超声波检测探头400与工件表面之间的距离基本恒定，进而保证超声波检测探头400与工件表面之间的耦合力基本恒定。

在本实用新型一些实施例中，具体地，伸缩机构120设置有两个，且分别连接第一转动架130的两侧，从而提升在伸缩调节过程中的平稳性能。

在本实用新型一些实施例中，超声探头夹具100还包括有喷水装置160，所述喷水装置160连接在所述连接块110上，所述喷水装置160设置有进水口161和连通所述进水口161的若干出水口162，所述出水口162朝向所述第二转动架140一侧。通过进水口161可以使得喷水装置160与外部供水管路连接，从而向喷水装置160供水，而通过朝向第二转动架140的出水口162，可以向安装于第二转动架140上的超声波检测探头400喷水，以填满超声波检测探头400与工件表面之间的间隙，从而形成耦合介质。

在本实用新型一些实施例中，为了便于更好的连接超声波检测探头400，并使得喷水装置160喷出的液体能够更容易填充到超声波检测探头400与工件之间的间隙中，具体地，所述第二转动架140设置成U型，且U型的开口位置用于连接超声波检测探头400；喷水口朝向第二转动架140，喷出的液体将进入到U型的开口位置，然后再流动至上述间隙中。

在本实用新型一些实施例中，超声波检测探头400还包括有标定针170，所述标定针170与所述连接块110固定连接，且所述标定针170的位置正对所述U型的开口，所述标定针170的针尖方向指向所述超声波检测探头400的探测方向，即远离第二转动架140的方向。

并且，具体地，连接块110上连接有连接支架180，连接支架180设置成L形，连接支架180支架的一端连接连接块110，标定针170连接于连接支架180另一端；连接支架180沿着伸缩机构120和第二转动架140的走向，设置于伸缩机构120和第二转动架140背离喷水装置160的一侧，以免对喷水装置160喷出的液体造成阻挡。

在本实用新型一些实施例中，伸缩机构120可以选择采用伸缩杆、电推杆或者气缸等，以使得第一转动架130可以实现远离或者靠近连接块110即可。

在本实用新型的一些实施例中，第二转动架140上设置有第二旋转驱动部件，以用于驱动探头旋转轴150转动；并且，同样地，在第一转动架130上设置第一旋转驱动部件，以用于驱动第二转动架140转动；第一旋转驱动部件和第二旋转驱动部件可以选择采用减速电机等。

参照图2，以下描述本实用新型第二方面实施例的无损检测机器人10。

无损检测机器人10包括有末端执行器300和多轴机器人200；所述末端执行器300上设置有上述第一方面实施例所述的超声探头夹具100，所述多轴机器人200的末端连接所述末端执行器300。此时，多轴机器人200构成超声探头夹具100的移载机构。

通过采用上述第一方面实施例的超声探头夹具100，可以使得超声波检测探头400与末端执行器300之间至少具有两个不同方向的转动自由度和一个方向的伸缩自由度，从而可以调节超声波检测探头400相对于末端执行器300的位置和姿态，进而在进行曲面扫描时，也能够便于保证超声波检测探头400与工件表面之间的距离恒定；同时，由于末端执行器300连接在多轴机器人200的末端，而多轴机器人200具有多个不同的自由度关节，因此也有利于扩大无损检测的空间区域范畴，提高通用性。

在本实用新型的一些实施例中，所述末端执行器300包括有法兰方轴210，所述法兰方轴210包括有法兰部211和方轴部212，所述法兰部211连接所述多轴机器人200的末端，超声探头夹具100通过所述连接块110固定于所述方轴部212的第一侧面。通过法兰方轴210，法兰部211可以通过螺栓与多轴机器人200末端牢固固定，而方轴部212分具有多个侧面，能够便于连接固定超声探头夹具100或者其他部件。

在本实用新型的一些实施例中，所述末端执行器300包括有激光测距传感器220和相机230，所述相机230和激光测距传感器220设置于所述方轴部212的第三侧面；通过多轴机器人200控制末端执行器300中带有激光测距传感器220的第三侧面转动到朝向工件的一侧，可以借助激光测距传感器220检测与工件之间的距离；而通过相机230，可以使得无损检测机器人10除了可以采用超声检测之外，还可以通过相机230进行视觉检测，例如直接获取工件表面的损伤等。

并且，具体地，第三侧面上连接有第一安装板260，第一安装板260垂直于第三侧面设置，相机230和激光测距传感器220一上一下地安装于第一安装板260上，且相机230的光轴和激光测距传感器220的激光发射方向垂直于第三侧面。

在本实用新型的一些实施例中，所述末端执行器300包括有喷码机240和风刀250，所述风刀250和喷码机240设置于所述方轴部212的第二侧面。喷码器用于对工件检测到的缺陷位置进行喷码标识，而风刀250可以在进行标识前，先吹去工件表面的灰尘等杂物，以免杂物影响喷码图案附着于工件。

并且，具体地，第二侧面上连接有第二安装板270，第二安装板270垂直于第二侧面设置，风刀250和喷码机240一上一下地安装于第二安装板270上，且风刀250的吹气方向和喷码机240的喷涂方向垂直于第二侧面。

在本实用新型的一些实施例中，方轴部212还连接有走线板280、走线板280上设置有走线孔，走线孔用于穿设线缆以连接超声波检测探头400或者风刀250、喷码机240、相机230和激光测距传感器220等。

参照图3，以下描述本实用新型第三方面实施例的无损检测系统，其包括有上述第二方面实施例的无损检测机器人10、滑台20、滑动驱动装置30和地轨，所述无损检测机器人10设置于所述滑台20上，所述滑台20滑动连接在所述地轨上，所述滑动驱动装置30用于驱动所述滑台20沿所述地轨滑动。

一方面，由于采用上述第二方面实施例的无损检测机器人10，因此在进行曲面扫描时，其能够便于保证超声波检测探头400与工件表面之间的距离恒定；另一方面，由于将无损检测机器人10滑动安装在地轨，无损检测机器人10能够沿着地轨移动，从而能够大幅度加大超声波检测探头400所能够探测到的区域，从而使得单个无损检测机器人10即可适应特大工件的无损检测需求。

在本实用新型的一些实施例中，无损检测系统还包括有控制器、超声波探伤仪、编码器和人机交互终端，所述编码器设置于所述滑台20或所述无损检测机器人10，所述控制器分别与所述人机交互终端、滑台驱动装置、多轴机器人200、编码器和超声波探伤仪通讯连接，编码器和超声波检测探头400与超声波探伤仪通讯连接；通讯连接可以通过导线连接或者采用无线通讯网络连接。

在对工件进行无损检测时，控制器可以控制滑台驱动装置驱动无损检测机器人10来到扫描路径规划时设定的地轨位置上，并控制多轴机器人200带动超声波检测探头400移动进行扫描，扫描得到的结果，超声波检测探头400将传送回超声波探伤仪；编码器可以在扫描检测的过程中对扫描路径进行位置编码，获取编码位置数据，并且编码器在进行位置编码的同时，也记录下扫描时无损检测机器人10所在的地轨位置、超声波检测探头400所在的机器人坐标位置等。编码器和超声波检测探头400能够将编码数据和超声波扫描数据传送至超声波探伤仪，超声波探伤仪根据上述两个数据产生图像数据，根据产生的图像可判出缺陷位置。图像可以在超声波探伤仪自身的屏幕，或者在人机交互终端的显示屏上显示。其中，喷码机240用于对检测到的工件缺陷位置进行喷涂标识，喷涂标识可以在检测过程中进行，也可以在检测完成后回溯至缺陷位置进行喷涂。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.超声探头夹具，其特征在于，包括：

连接块；

伸缩机构，固定连接在所述连接块上；

第一转动架，连接在所述伸缩机构的伸缩端；

第二转动架，转动连接在所述第一转动架上；

探头旋转轴，转动连接在所述第二转动架上且用于连接超声波检测探头，所述探头旋转轴的转动轴线、所述第二转动架的转动轴线和所述伸缩机构的伸缩方向之间两两垂直。

2.根据权利要求1所述的超声探头夹具，其特征在于：还包括有喷水装置，所述喷水装置连接在所述连接块上，所述喷水装置设置有进水口和连通所述进水口的若干出水口，所述出水口朝向所述第二转动架一侧。

3.根据权利要求1所述的超声探头夹具，其特征在于：所述第二转动架设置成U型，且U型的开口位置用于连接超声波检测探头。

4.根据权利要求3所述的超声探头夹具，其特征在于：还包括有标定针，所述标定针与所述连接块固定连接，且所述标定针的位置正对所述U型的开口，所述标定针的针尖方向指向所述超声波检测探头的探测方向。

5.无损检测机器人，其特征在于，包括：

末端执行器，所述末端执行器上设置有超声探头夹具，所述超声探头夹具包括有连接块、伸缩机构、第一转动架、第二转动架和探头旋转轴；所述伸缩机构固定连接在所述连接块上，所述第一转动架连接在所述伸缩机构的伸缩端，所述第二转动架转动连接在所述第一转动架上，所述探头旋转轴转动连接在所述第二转动架上且用于连接超声波检测探头，所述探头旋转轴的转动轴线、第二转动架的转动轴线和所述伸缩机构的伸缩方向之间两两垂直；

多轴机器人，所述多轴机器人的末端连接所述末端执行器。

6.根据权利要求5所述的无损检测机器人，其特征在于：所述末端执行器包括有法兰方轴，所述法兰方轴包括有法兰部和方轴部，所述法兰部连接所述多轴机器人的末端，超声探头夹具通过所述连接块固定于所述方轴部的第一侧面。

7.根据权利要求6所述的无损检测机器人，其特征在于：所述末端执行器包括有激光测距传感器和相机，所述相机和激光测距传感器设置于所述方轴部的第三侧面。

8.根据权利要求6所述的无损检测机器人，其特征在于：所述末端执行器包括有喷码机和风刀，所述风刀和喷码机设置于所述方轴部的第二侧面。

9.无损检测系统，其特征在于：包括有权利要求5至8任一项所述的无损检测机器人、滑台、滑动驱动装置和地轨，所述无损检测机器人设置于所述滑台上，所述滑台滑动连接在所述地轨上，所述滑动驱动装置用于驱动所述滑台沿所述地轨滑动。

10.根据权利要求9所述的无损检测系统，其特征在于：还包括有控制器、超声波探伤仪、编码器和人机交互终端，所述编码器设置于所述滑台或所述无损检测机器人，所述控制器分别与所述人机交互终端、滑台驱动装置、多轴机器人、编码器和超声波探伤仪通讯连接，所述编码器和超声波检测探头与所述超声波探伤仪通讯连接。

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