CN220120770U - 一种多自由度金属裂纹激光超声检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多自由度金属裂纹激光超声检测装置，包括自动化运动平台、脉冲激励激光器、激光干涉仪；其中，脉冲激励激光器包括激光发射头，激光发射头安装在自动化运动平台的摆头上、激光干涉仪安装在自动化运动平台侧面的三轴转台上，自动化运动平台外接控制柜控制；针对金属裂纹的激光超声检测，通过控制柜对激光器、干涉仪和运动平台的协调控制，可调整激光的激励位置、照射方向、扫描路径和探测点位置，然后激光辐射金属板材表面激发超声波，激光干涉仪接收超声波信号，利用示波器可视化声波信号，基于超声波与裂纹相互作用产生的裂纹回波来确定待测金属板材的裂纹位置、裂纹尺寸、裂纹深度，极大提高金属裂纹激光超声的检测效率和检测精度。

Description

一种多自由度金属裂纹激光超声检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种无损检测设备，尤其涉及一种多自由度金属裂纹激光超声检测装置。

背景技术

金属材料在工作运行过程中常受到高温高压或者金属疲劳等影响，所以表面容易萌生很多细微裂纹，若裂纹早期没有及时进行检测和维护，其可能会持续扩展并致使整个金属结构的瞬间灾难性失效，造成不可挽回的损失，因此迫切需要对金属材料在其使用过程中可能出现的裂纹进行检测及定位。

激光超声检测法是一种新型的无损检测技术，通过检测激光辐照金属板材表面时，产生的多种模式超声波来进行裂纹的定位及表征，激光超声检测法可实现快速全方位实时在线扫描，是一种非接触、高精度的新型无损检测技术。

目前的激光超声检测方法主要有时间飞行法和扫描检测法，时间飞行法是单点激励，通过各种模式转换波来检测裂纹，扫描检测法是通过大面积的激光扫描金属板材来确定裂纹的位置。

现有技术中，激光超声检测系统一般由发射系统和接收系统组成，发射系统主要通过脉冲激励激光器发射激光激励，接收系统主要通过激光干涉仪接受超声波信号，由于激光超声检测法涉及装置繁多，而且需要根据不同待测金属板材尺寸来调整检测的方法，然而现有的激光超声检测系统多采用机械固定位置进行检测。

现有技术的缺点：

上述这种检测方式，在面对尺寸较大的金属板材时，由于机械固定及运动的方式限制，激光束无法覆盖金属板材所有待测部位，在检测过程中需要人工多次操作改变激光照射位置及角度，检测效率、检测精度都会明显下降。

现有的激光超声自动化检测装置在自动化水平及检测效率方面还存在很大不足，无法适应工程应用高效、高精度、低成本、完全自动化的需求。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供了一种多自由度金属裂纹激光超声检测装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，其特征在于，包括自动化运动平台、脉冲激励激光器、激光干涉仪；

所述脉冲激励激光器包括激光发射头，激光发射头安装在自动化运动平台的摆头上；

所述激光干涉仪安装在自动化运动平台侧面的三轴转台上，自动化运动平台外接控制柜控制；

所述自动化运动平台具有：

X轴方向平动自由度、Y轴方向平动自由度、由摆头提供的Y轴转动自由度、Z轴方向平动自由度、由置物台提供的Z轴转动自由度；

所述三轴转台具有X轴、Y轴、Z轴方向的转动自由度。

与现有技术相比，本实用新型所提供的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，在低成本、高精度条件下实现激光超声检测完全自动化，可自由根据待测金属板材的尺寸调整检测方法度且检测过程无需人工干预，大幅度提高缺陷检测的效率和精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的多自由度金属裂纹激光超声检测装置正面结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的多自由度金属裂纹激光超声检测装置背面的结构示意图。

说明书附图标记说明：

1、Z轴置物台旋转电机；2、X轴滑轨；3、X轴直线电机；4、龙门；5、Y轴直线电机；6、Y轴滑轨；7、Z轴固定座；8、Z轴直线电机；9、Z轴竖直滑轨；10、Z轴立柱；11、Y轴摆头旋转电机；12、摆头；13、底座；14、置物台；15、三轴转台；16、激光发射头；17、激光干涉仪；18、待测金属板材。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本实用新型的限制。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明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文的限制。

本实用新型实施例中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。本实用新型实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本实用新型实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本实用新型的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，包括自动化运动平台、脉冲激励激光器、激光干涉仪；

所述脉冲激励激光器包括激光发射头，激光发射头安装在自动化运动平台的摆头上；

所述激光干涉仪安装在自动化运动平台侧面的三轴转台上，自动化运动平台外接控制柜控制；

所述自动化运动平台具有：

X轴方向平动自由度、Y轴方向平动自由度、由摆头提供的Y轴转动自由度、Z轴方向平动自由度、由置物台提供的Z轴转动自由度；

所述三轴转台具有X轴、Y轴、Z轴方向的转动自由度。

所述自动化运动平台包括：

Z轴置物台旋转电机1、X轴滑轨2、X轴直线电机3、龙门4、Y轴直线电机5、Y轴滑轨6、Z轴固定座7、Z轴竖直滑轨9、Z轴直线电机8、Z轴立柱10、Y轴摆头旋转电机11、摆头12、底座13、置物台14；

所述置物台14设置在Z轴置物台旋转电机1上，旋转电机1安装在X轴滑轨2上，X轴滑轨2上还设置有X轴直线电机3；

所述X轴滑轨2一端设置有龙门4，龙门4顶端设置有Y轴直线电机5和Y轴滑轨6；

所述Z轴固定座安装在Y轴滑轨6上，Z轴直线电机8、Z轴竖直滑轨9和Z轴立柱10设置在Z轴固定座7上，摆头12安装在Z轴立柱10上；

所述Y轴摆头旋转电机11设置在摆头12上；

所述三轴转台15设置在底座13的侧面。

所述Z轴置物台旋转电机1能够驱动置物台14进行Z轴方向转动轴连接；

所述X轴直线电机3与置物台14沿着X轴滑轨2进行X轴方向平动装置连接；

所述Y轴直线电机5与摆头12沿着Y轴滑轨6进行Y轴方向平动装置连接；

所述Z轴直线电机8与摆头12沿着Z轴竖直滑轨9进行Z轴方向平动装置连接；

所述Y轴摆头旋转电机11与摆头12进行绕Y轴方向转动轴连接；

所述三轴转台15与X轴、Y轴、Z轴的转动轴分别连接。

所述脉冲激励激光器还包括激光器主机，激光器主机设置在自动化运动平台一侧，激光发射头16与激光器主机之间通过光纤相连，激光发射头16安装在摆头12上，激光干涉仪17设置在三轴转台15上。

本实用新型通过脉冲激励激光器发射的激光辐射金属板材表面激发超声波，超声波与裂纹相互作用产生裂纹回波信号，激光干涉仪捕捉裂纹回波信号来对金属板材的裂纹信息进行提取；

Z轴置物台旋转电机1能够驱动置物台14进行Z轴方向转动；X轴直线电机3能够驱动置物台14沿着X轴滑轨2进行X轴方向平动；Y轴直线电机5能够驱动摆头12沿着Y轴滑轨6进行Y轴方向平动；Z轴直线电机8能够驱动摆头12沿着Z轴竖直滑轨9进行Z轴方向平动；Y轴摆头旋转电机11能够驱动摆头12进行绕Y轴方向转动；三轴转台15可调节X轴、Y轴、Z轴，三轴的转动，通过控制柜控制自动化运动平台，可以多自由度的调整激光激励点和探测点位置，灵活的选择激光超声检测方案；

通过变化摆头12与置物台14之间的三维空间位置，使得激光发射头16射出的脉冲激光束垂直辐射固定在置物台14上的待测金属板材18表面的激发点位置，激发超声波。再通过调整三轴转台15使得激光干涉仪17的探测光斑能照射在待测金属板材18表面的探测点位置，收集含有疲劳裂纹信息的反射回波。并且可以根据激光超声检测方案的不同来选择检测计划，可以选择固定激光激发点和探测点之间的距离对金属材料表面进行激光超声扫描检测。

综上可见，本实用新型实施例的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，针对金属裂纹的激光超声检测，通过控制柜对激光器、干涉仪和运动平台的协调控制，可调整激光的激励位置、照射方向、扫描路径和探测点位置，然后激光辐射金属板材表面激发超声波，激光干涉仪接收超声波信号，利用示波器可视化声波信号，基于超声波与裂纹相互作用产生的裂纹回波来确定待测金属板材的裂纹位置、裂纹尺寸、裂纹深度，极大提高金属裂纹激光超声的检测效率和检测精度。

为了更加清晰地展现出本实用新型所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本实用新型实施例所提供的进行详细描述。

实施例1

如图1、图2所示：

一种金属板材疲劳裂纹激光超声自动化检测装置，包括自动化运动平台、脉冲激励激光器、激光干涉仪17；其中，脉冲激励激光器包括激光发射头16，激光发射头16安装在自动化运动平台的摆头12上、激光干涉仪安装在自动化运动平台侧面的三轴转台15上，自动化运动平台外接控制柜控制；自动化运动平台包括具有X轴方向平动、Y轴方向平动自由度和由摆头提供的Y轴转动自由度、Z轴方向平动自由度和由置物台提供的Z轴转动自由度，三轴转台具有X轴、Y轴、Z轴方向的转动自由度。

待测金属板材18放在置物台14上，置物台14设置在Z轴置物台旋转电机1上，Z轴置物台旋转电机1安装在X轴滑轨2上，X轴滑轨2上还设置有X轴直线电机3；X轴滑轨2一端设置有龙门4，龙门4顶端设置有Y轴直线电机5和Y轴滑轨6；Z轴固定座安装在Y轴滑轨6上，Z轴直线电机8、Z轴竖直滑轨9和Z轴立柱10设置在Z轴固定座7上，摆头12安装在Z轴立柱10上；Y轴摆头旋转电机11设置在摆头12上。三轴转台15设置在底座13的侧面。

Z轴置物台旋转电机1能够驱动置物台14进行Z轴方向转动；X轴直线电机3能够驱动置物台14沿着X轴滑轨2进行X轴方向平动；Y轴直线电机5能够驱动摆头12沿着Y轴滑轨6进行Y轴方向平动；Z轴直线电机8能够驱动摆头12沿着Z轴竖直滑轨9进行Z轴方向平动；Y轴摆头旋转电机11能够驱动摆头12进行绕Y轴方向转动；三轴转台15可调节X轴、Y轴、Z轴，三轴的转动。

脉冲激励激光器还包括激光器主机和激光发射头16，激光器主机设置在自动化运动平台一侧，激光发射头16与激光器主机之间通过光纤相连，激光发射头16安装在摆头12上，激光干涉仪17设置在三轴转台15上。

通过控制柜控制摆头12的位置，使得激光发射头16射出的脉冲激光束垂直照射于固定在置物台14上的待测金属板材18表面的激发点位置，激发超声波，然后超声波在金属板材中与裂纹相互作用产生带有裂纹信息的裂纹回波，再通过调整三轴转台15使得激光干涉仪17的探测光斑能照射在待测金属板材18表面的探测点位置，收集含有裂纹信息的裂纹反射回波，经过示波器和计算器提取和处理，最终获得金属板材的裂纹信息并对裂纹的位置以及尺寸进行表征。并且可以根据激光超声检测方案的不同来选择检测计划，可以选择固定激光激发点和探测点之间的距离对金属材料表面进行激光超声扫描检测。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本实用新型的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种多自由度金属裂纹激光超声检测装置，其特征在于，包括自动化运动平台、脉冲激励激光器、激光干涉仪；

所述脉冲激励激光器包括激光发射头，激光发射头安装在自动化运动平台的摆头上；

所述激光干涉仪安装在自动化运动平台侧面的三轴转台上，自动化运动平台外接控制柜控制；

所述自动化运动平台具有：

X轴方向平动自由度、Y轴方向平动自由度、由摆头提供的Y轴转动自由度、Z轴方向平动自由度、由置物台提供的Z轴转动自由度；

所述三轴转台具有X轴、Y轴、Z轴方向的转动自由度。

2.根据权利要求1所述的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，其特征在于，所述自动化运动平台包括：

Z轴置物台旋转电机(1)、X轴滑轨(2)、X轴直线电机(3)、龙门(4)、Y轴直线电机(5)、Y轴滑轨(6)、Z轴固定座(7)、Z轴竖直滑轨(9)、Z轴直线电机(8)、Z轴立柱(10)、Y轴摆头旋转电机(11)、摆头(12)、底座(13)、置物台(14)；

所述置物台(14)设置在Z轴置物台旋转电机(1)上，Z轴置物台旋转电机(1)安装在X轴滑轨(2)上，X轴滑轨(2)上还设置有X轴直线电机(3)；

所述X轴滑轨(2)一端设置有龙门(4)，龙门(4)顶端设置有Y轴直线电机(5)和Y轴滑轨(6)；

所述Z轴固定座安装在Y轴滑轨(6)上，Z轴直线电机(8)、Z轴竖直滑轨(9)和Z轴立柱(10)设置在Z轴固定座(7)上，摆头(12)安装在Z轴立柱(10)上；

所述Y轴摆头旋转电机(11)设置在摆头(12)上；

所述三轴转台(15)设置在底座(13)的侧面。

3.根据权利要求2所述的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，其特征在于：

所述Z轴置物台旋转电机(1)能够驱动置物台(14)进行Z轴方向转动轴连接；

所述X轴直线电机(3)与置物台(14)沿着X轴滑轨(2)进行X轴方向平动装置连接；

所述Y轴直线电机(5)与摆头(12)沿着Y轴滑轨(6)进行Y轴方向平动装置连接；

所述Z轴直线电机(8)与摆头(12)沿着Z轴竖直滑轨(9)进行Z轴方向平动装置连接；

所述Y轴摆头旋转电机(11)与摆头(12)进行绕Y轴方向转动轴连接；

所述三轴转台(15)与X轴、Y轴、Z轴的转动轴分别连接。

4.根据权利要求1、2或3所述的多自由度金属裂纹激光超声检测装置，其特征在于，所述脉冲激励激光器还包括激光器主机，激光器主机设置在自动化运动平台一侧，激光发射头(16)与激光器主机之间通过光纤相连，激光发射头(16)安装在摆头(12)上，激光干涉仪(17)设置在三轴转台(15)上。