CN221260877U - 一种双六轴超声检测装置 - Google Patents

Abstract

一种双六轴超声检测装置，包括：机架；六轴运动机构，包括对称设置的X轴、Y轴和Z轴运动件，X轴运动件安装在机架上；Y轴运动件安装在X轴运动件上，并沿X轴运动件水平移动；Z轴运动件安装在Y轴运动件上，并沿Y轴运动件水平移动；超声探头，安装在Z轴运动件的下部，并沿Z轴运动件上下移动，和/或Z轴运动件带动激光扫描仪一同垂直移动，超声探头沿工件表面法向检测待测工件轮廓获取待测工件实际表面信息；激光扫描仪，对应于超声探头安装在Z轴运动件的下端，并随Z轴运动件一同垂直移动，对待测工件正反面进行激光轮廓测量，得到待测工件表面实际正反面轮廓；及控制机构，分别与六轴运动机构、超声探头和激光扫描仪连接。

Description

一种双六轴超声检测装置

技术领域

本实用新型涉及超声检测设备，特别是一种带有激光轮廓扫描功能的双六轴超声检测装置。

背景技术

现有超声检测设备多根据理论数模离散采样生成超声检测扫描路径，实际生产中由于加工误差、安装误差等因素，实际工件的几何形貌与理论数模存在一定偏差，如果仍然按照理论数模生成的扫描路径进行超声检测，存在超声探头检测点和法向偏离期望位置，无法保证较高精度超声检测等问题。

另外，由于超声探头不可避免具有一定长度，因此传统五轴检测设备在沿法向进行检测时，会因为工件表面法向变化导致平动轴大幅度运动。进而造成扫描运动不平稳，产生不规律的振动，进而影响检测精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种具有激光轮廓扫描功能的双六轴超声检测装置。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种双六轴超声检测装置，其中，包括：

机架；

六轴运动机构，包括X轴运动件、Y轴运动件和Z轴运动件，所述X轴运动件对称安装在所述机架上；所述Y轴运动件对称安装在所述X轴运动件上，并沿所述X轴运动件水平移动；所述Z轴运动件对称安装在所述Y轴运动件上，并沿所述Y轴运动件水平移动；

超声探头，安装在所述Z轴运动件的下部，并沿所述Z轴运动件上下移动，和/或所述Z轴运动件带动所述激光扫描仪一同垂直移动，所述超声探头沿工件表面法向检测待测工件轮廓获取待测工件实际表面信息；

激光扫描仪，对应于所述超声探头安装在所述Z轴运动件的下端，并随所述Z轴运动件一同垂直移动，对所述待测工件的正反面进行激光轮廓测量，得到待测工件表面实际正反面轮廓；以及

控制机构，分别与所述六轴运动机构、超声探头和激光扫描仪连接。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述机架包括底板和多个支腿，所述底板为矩形结构板，所述多个支腿分别安装在靠近所述底板的边角处。

上述的双六轴超声检测装置，其中，还包括耦合剂喷射回收机构，对应于所述Y轴运动件设置在所述底板上。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述耦合剂喷射回收机构包括设置在所述底板上表面的矩形通槽。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述激光扫描仪位于所述超声探头的正下方。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述X轴运动件、Y轴运动件和Z轴运动件均为直线导轨机构。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述Y轴运动件通过第一安装座与所述X轴运动件的直线导轨连接，所述第一安装座带动所述Y轴运动件沿所述X轴运动件的直线导轨移动；所述Z轴运动件通过第二安装座与所述Y轴运动件的直线导轨连接，所述第二安装座带动所述Z轴运动件沿所述Y轴运动件的直线导轨移动；所述Z轴运动件的直线导轨安装在第三安装座上，并沿所述第三安装座垂直移动。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述超声探头通过球面调姿机构安装在所述Z轴运动件的下端，所述球面调姿机构与所述控制机构连接，所述控制机构通过所述球面调姿机构带动所述超声探头绕X轴、Y轴及Z轴旋转调整所述超声探头的位姿。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述球面调姿机构为并联球面调姿机构，包括底座、调整支架和探头安装座，所述底座安装在所述Z轴运动件的直线导轨下端，所述调整支架分别与所述底座和探头安装座铰接，所述超声探头安装在所述探头安装座上，所述调整支架通过调节自身的连杆角度实时调节所述超声探头的姿态，带动所述超声探头沿待测工件表面法向测量。

上述的双六轴超声检测装置，其中，所述调整支架包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述底座铰接，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述探头安装座铰接。

本实用新型的有益功效在于：

本实用新型通过激光扫描仪对工件表面进行扫描，可以不依赖于工件的理论数模生成超声扫描路径；通过激光扫描仪获得的实际工件轮廓，可以避免工件由于加工误差、安装误差导致的扫描路径点及法向不准确，从而大幅提高超声扫描结果的精度；通过双六轴镜像结构，可以在局部区域调整超声探头的位姿，避免平动轴大幅度运动，从而减少运动中的抖动及噪音，提高了超声检测精度。

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细描述，但不作为对本实用新型的限定。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例的球面调姿机构结构示意图。

其中，附图标记

1机架

11底板

12支腿

2六轴运动机构

21X轴运动件

22Y轴运动件

23Z轴运动件

24第一安装座

25第二安装座

26第三安装座

3超声探头

4激光扫描仪

5耦合剂喷射回收机构

6球面调姿机构

61底座

62调整支架

63探头安装座

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

参见图1，图1为本实用新型一实施例的结构示意图。本实用新型的双六轴超声检测装置，包括：机架1；六轴运动机构2，包括X轴运动件21、Y轴运动件22和Z轴运动件23，所述X轴运动件21对称安装在所述机架1上；所述Y轴运动件22对称安装在所述X轴运动件21上，并沿所述X轴运动件21水平移动；所述Z轴运动件23对称安装在所述Y轴运动件22上，并沿所述Y轴运动件22水平移动；超声探头3，安装在所述Z轴运动件23的下部，并沿所述Z轴运动件23上下移动，和/或所述Z轴运动件23带动所述激光扫描仪4一同垂直移动，所述超声探头3沿工件表面法向检测待测工件轮廓获取待测工件实际表面信息；激光扫描仪4，对应于所述超声探头3安装在所述Z轴运动件23的下端，并随所述Z轴运动件23一同垂直移动，对所述待测工件的正反面进行激光轮廓测量，得到待测工件表面实际正反面轮廓，优选该激光扫描仪4位于所述超声探头3的正下方；以及控制机构，分别与所述六轴运动机构2、超声探头3和激光扫描仪4连接。

本实施例中，所述机架1包括底板11和多个支腿12，所述底板11为矩形结构板，所述多个支腿12分别安装在靠近所述底板11的边角处。还包括耦合剂喷射回收机构5，对应于所述Y轴运动件22设置在所述底板11上，优选所述耦合剂喷射回收机构5包括设置在所述底板11上表面的矩形通槽。

本实施例的所述X轴运动件21、Y轴运动件22和Z轴运动件23均为直线导轨机构。其中，所述Y轴运动件22通过第一安装座24与所述X轴运动件21的直线导轨连接，所述第一安装座24带动所述Y轴运动件22沿所述X轴运动件21的直线导轨移动；所述Z轴运动件23通过第二安装座25与所述Y轴运动件22的直线导轨连接，所述第二安装座25带动所述Z轴运动件23沿所述Y轴运动件22的直线导轨移动；所述Z轴运动件23的直线导轨安装在第三安装座26上，并沿所述第三安装座26垂直移动。

参见图2，图2为本实用新型一实施例的球面调姿机构6结构示意图。本实施例的所述超声探头3通过球面调姿机构6安装在所述Z轴运动件23的下端，所述球面调姿机构6与所述控制机构连接，所述控制机构通过所述球面调姿机构6调整所述超声探头3的位姿，可以局部调整超声探头3姿态。其中，所述球面调姿机构6优选为并联球面调姿机构6，包括底座61、调整支架62和探头安装座63，所述底座61安装在所述Z轴运动件23的直线导轨下端，所述调整支架62分别与所述底座61和探头安装座63铰接，所述超声探头3安装在所述探头安装座63上，所述调整支架62通过所述探头安装座63带动所述超声探头3沿待测工件表面法向测量。其中，所述调整支架62包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述底座61铰接，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述探头安装座63铰接。

本实用新型的六轴运动机构2包括两组呈镜像布置安装在机架1上的运动件，每个Z轴运动件23的末端均安装有激光扫描仪4和超声探头3。其中，激光扫描仪4采集工件正反面的实际轮廓形貌，有效地避免实际工件与理论模型的偏差。通过实际工件轮廓生成超声扫描路径，该超声扫描路径确保超声探头3沿工件表面法向进行扫描；超声探头3安装在并联球面调姿机构6上，可以局部调整超声探头3姿态。六轴运动机构2驱动超声探头3对工件进行扫描，并沿工件表面法向进行超声检测，可以在局部区域灵活调整超声探头3姿态，保证超声探头3沿工件表面法向进行测量。

工作时，激光扫描仪4首先定义激光扫描范围，对待测工件的正反面进行激光轮廓测量，得到待测工件表面实际正反面轮廓；对正反面扫描轮廓点云进行滤波处理，得到光滑无噪点的表面轮廓；再根据工艺要求计算超声扫描路径点，并根据扫描的实际轮廓计算每个扫描路径点的法向；根据路径点和方向生成超声扫描路径，并由六轴运动机构2和球面调姿机构6共同驱动超声探头3进行扫描。扫描过程中X轴运动件21、Y轴运动件22和Z轴运动件23进行大范围移动，球面调姿机构6实时调整超声探头3姿态，保证扫描过程中超声探头3始终沿表面法向进行测量。

激光扫描时，以三轴模式进行运动，即仅有X轴运动件21、Y轴运动件22和Z轴运动件23三个运动轴进行运动，带动激光扫描仪4在空间中对待测工件进行扫描。通过机床坐标以及激光扫描仪4扫描数据计算工件的轮廓。工件轮廓点云通过统计滤波、体素格滤波、点云平滑等预处理后，通过采样获得超声扫描路径点。根据点云表面信息计算路径点的法向，并生成超声扫描路径。

超声扫描时，以六轴模式进行运动，即X轴运动件21、Y轴运动件22和Z轴运动件23三个轴进行运动的同时，并联球面调姿机构6同时调整超声探头3姿态，在绕X、Y、Z三个轴进行旋转运动。X轴运动件21、Y轴运动件22和Z轴运动件23分别沿X、Y、Z三个方向进行扫描运动。并联球面调姿机构6通过调节自身调整支架62的连杆角度，带动超声探头3绕X、Y、Z轴旋转，实时调节超声探头3的姿态，使超声探头3沿待测工件法向进行测量，可同时满足高速平稳的大范围移动以及曲面法向的实时对准。

本实用新型通过激光扫描仪4对工件表面进行扫描，解构了扫描运动和法向调姿运动，能够在大范围高速平稳扫描的同时进行实时曲面法向的实时对准；可以不依赖于工件的理论数模生成超声扫描路径；通过激光扫描仪4获得实际工件轮廓，可以避免工件由于加工误差、安装误差导致的扫描路径点及法向不准确，从而大幅提高超声扫描结果的精度；通过双六轴结构，可以在局部区域调整超声探头3的位姿。避免平动轴大幅度运动，从而减少运动中的抖动及噪音，提高了超声检测精度。

当然，本实用新型还可有其它多种实施例，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种双六轴超声检测装置，其特征在于，包括：

机架；

六轴运动机构，包括X轴运动件、Y轴运动件和Z轴运动件，所述X轴运动件对称安装在所述机架上；所述Y轴运动件对称安装在所述X轴运动件上，并沿所述X轴运动件水平移动；所述Z轴运动件对称安装在所述Y轴运动件上，并沿所述Y轴运动件水平移动；

超声探头，安装在所述Z轴运动件的下部，并沿所述Z轴运动件上下移动，和/或所述Z轴运动件带动所述激光扫描仪一同垂直移动，所述超声探头沿工件表面法向检测待测工件轮廓获取待测工件实际表面信息；

激光扫描仪，对应于所述超声探头安装在所述Z轴运动件的下端，并随所述Z轴运动件一同垂直移动，对所述待测工件的正反面进行激光轮廓测量，得到待测工件表面实际正反面轮廓；以及

控制机构，分别与所述六轴运动机构、超声探头和激光扫描仪连接。

2.根据权利要求1所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述机架包括底板和多个支腿，所述底板为矩形结构板，所述多个支腿分别安装在靠近所述底板的边角处。

3.根据权利要求2所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，还包括耦合剂喷射回收机构，对应于所述Y轴运动件设置在所述底板上。

4.根据权利要求3所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述耦合剂喷射回收机构包括设置在所述底板上表面的矩形通槽。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述激光扫描仪位于所述超声探头的正下方。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述X轴运动件、Y轴运动件和Z轴运动件均为直线导轨机构。

7.根据权利要求6所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述Y轴运动件通过第一安装座与所述X轴运动件的直线导轨连接，所述第一安装座带动所述Y轴运动件沿所述X轴运动件的直线导轨移动；所述Z轴运动件通过第二安装座与所述Y轴运动件的直线导轨连接，所述第二安装座带动所述Z轴运动件沿所述Y轴运动件的直线导轨移动；所述Z轴运动件的直线导轨安装在第三安装座上，并沿所述第三安装座垂直移动。

8.根据权利要求7所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述超声探头通过球面调姿机构安装在所述Z轴运动件的下端，所述球面调姿机构与所述控制机构连接，所述控制机构通过所述球面调姿机构带动所述超声探头绕X轴、Y轴及Z轴旋转调整所述超声探头的位姿。

9.根据权利要求8所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述球面调姿机构为并联球面调姿机构，包括底座、调整支架和探头安装座，所述底座安装在所述Z轴运动件的直线导轨下端，所述调整支架分别与所述底座和探头安装座铰接，所述超声探头安装在所述探头安装座上，所述调整支架通过调节自身的连杆角度实时调节所述超声探头的姿态，带动所述超声探头沿待测工件表面法向测量。

10.根据权利要求9所述的双六轴超声检测装置，其特征在于，所述调整支架包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与所述底座铰接，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的一端铰接，所述第二连杆的另一端与所述探头安装座铰接。