CN102680584A - 自动超声波二维扫查定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动超声波二维扫查定位装置，超声波探头模块上弹簧导轨和摆扫电机模块的随动探头摆叉通过螺丝固定；摆扫电机模块的随动探头摆叉与摆扫横梁导轨底部安装的铜齿条耦合；摆扫横梁导轨左右两端通过螺丝分别固定左直行电机模块和右直行电机模块，左直行电机模块和右直行电机模块的控制信号通过线缆连接机械控制模块，左直行电机模块和右直行电机模块通过线缆连接数据采集模块；摆扫电机控制信号通过电缆连接机械控制模块，摆扫电机距离编码信号通过电缆连接数据采集模块；超声波探头发射接收信号通过单层屏蔽线缆接入数据采集模块；本发明在获得较高的定位精度同时，还能自动检测被检工件，提高检测效率。

Description

自动超声波二维扫查定位装置

技术领域

本发明涉及一种超声波检测仪器，更具体的涉及一种自动超声波二维扫查定位装置。使用这种装置进行超声波检测，检测结果更直观，检测效率更高，测量更精确。 

背景技术

目前，公知的超声波自动检测装置是将超声波发射接收探头和自动检测机械装置固定，沿机械装置做直线扫查或曲线扫查，扫查记录的数据是一个直线或者曲线上的超声波信号，即常规的超声波B扫描成像，这样的检测只能覆盖一条线的扫查（定义为二维扫查X扫查方向），对检测对象可能出现漏检，如果要重复进行二维扫查，在与超声探头行径方向垂直方向（定义为二维扫查Y方向），由于没有定位和标定的装置，只能通过手动调整，造成在这个方向定位精度记录的人为误差很大，影响检测结果。 

发明内容

本发明的目的在于提出了一种自动超声波二维扫查定位装置。该装置能有效的定位超声波二维扫查记录过程中X，Y方向的定位精度，并且能够在具有高定位精度的同时提高检测效率和检测覆盖区域。 

为实现上述目的，采用如下技术方案： 

一种自动超声波二维扫查定位装置，包括：超声波探头模块，左直行电机模块，右直行电机模块，摆扫电机模块，机械控制模块，数据采集模块，摆扫横梁导轨，其特征在于：

超声波探头模块上弹簧导轨和摆扫电机模块的随动探头摆叉通过螺丝固定，使超声波探头模块随着摆扫电机的左右运动而运动。

摆扫电机模块的随动探头摆叉与摆扫横梁导轨底部安装的铜齿条耦合，通过摆扫横梁导轨的铜齿条和滑动轨道锁定摆扫电机箱体高度方向位置，使摆扫电机模块在摆扫横梁导轨上滑动轨道位置左右滑动。 

摆扫横梁导轨左右两端通过螺丝分别固定左直行电机模块和右直行电机模块，左直行电机模块和右直行电机模块的控制信号通过线缆连接机械控制模块，左直行电机模块和右直行电机模块均附带距离编码器输出接口，通过线缆连接数据采集模块。 

摆扫电机控制信号通过电缆连接机械控制模块，摆扫电机距离编码信号通过电缆连接数据采集模块。 

超声波探头发射接收信号通过单层屏蔽线缆接入数据采集模块。 

超声波探头模块由超声波聚焦探头，探头水包，弹簧导轨，探头摆叉组成，其中探头摆叉通过螺丝和弹簧导轨固定，将探头水包通过探头摆叉左右两端螺丝固定，超声波聚焦探头通过探头水包的螺纹固定，将超声波聚焦探头与探头水包拧紧即可牢固固定。 

左直行电机模块由伺服电机和距离编码装置箱体，电机控制信号接口，编码信号输出接口，左直行电机强力磁轮组成，其中伺服电机和距离编码装置箱体通过齿轮耦合固定，通过距离编码器记录强力磁轮运行过程中产生编码脉冲数，数据采集***通过读取编码脉冲值X，编码器转动一圈产生脉冲计数N，强力磁轮直径D，计算出直行电机行走距离 ： 

S = ﹙π×D×X﹚÷N

右直行电机模块由伺服电机和距离编码装置箱体，电机控制信号接口，编码信号输出接口，右直行电机强力磁轮组成，右直行电机模块和左直行电机模块完全对称安装在整个机械装置两边，内部结构完全相同，原理一致。

摆扫电机模块由摆扫电机，摆扫电机箱体，摆扫电机控制输入接口，摆扫随动拖链，探头输入信号和摆扫电机控制信号转接盒组成，其中摆扫电机通过螺丝固定在摆扫电机箱体内，摆扫电机控制输入信号通过电缆经摆扫随动拖链连接在转接盒上，超声波探头信号通过电缆经摆扫随动拖链连接在转接盒上，转接盒通过三角形金属固定片和摆扫横梁导轨通过螺丝固定，转接盒上两个固定连接插座分别连接超声波信号插座和摆扫电机控制信号插座，超声波信号插座通过电缆连接数据采集模块，摆扫电机控制信号插座通过电缆连接数据采集模块和机械控制模块，摆扫电机为步进电机，控制方式为+5V TTL脉冲控制，机械控制模块输出+5V TTL脉冲控制电机左右行走距离，数据采集模块读取控制脉冲个数，通过步进电机行走一圈的脉冲数P，步进电机转动轴连接磁轮半径R，通过数据采集***读取脉冲数Q，计算出步进电机行走距离： 

Dis = ﹙2×π×R×Q﹚÷P

机械控制模块通过单片机AT89C51输出电平或者脉冲控制左直行电机模块，右直行电机模块和摆扫电机模块，有手动控制和自动控制两种模式，手动模式通过按钮直接输入控制，自动模式通过单片机编程实现控制电机自动行走模式。

数据采集模块采用HS810型超声波检测仪采集超声波信号和距离编码信号，形成横向X轴和纵向Y轴方向的超声波图形。 

摆扫横梁导轨包括铝合金横梁，铜齿条，轨道组成，通过螺丝从上往下由铝合金横梁，铜齿条，轨道堆叠固定。 

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果： 

本发明在获得较高的定位精度同时，还能自动检测被检工件，提高检测效率。

附图说明

图1为一种超声波二维扫查装置的结构布局连线图 

图2为一种超声波二维扫查装置的正面俯视结构图

图3为一种超声波二维扫查装置的反面俯视结构图

 [0016] 其中：1-超声波探头模块，2-左直行电机模块，3-右直行电机模块，4-.摆扫电机模块，5-机械控制模块，6-数据采集模块，7-摆扫横梁导轨，11-超声波聚焦探头、12-探头水包、13-探头摆叉、14-弹簧导轨、21a-左边伺服电机和距离编码装置箱体、21b-右边伺服电机和距离编码装置箱体、22a-左直行电机强力磁轮、22b-右直行电机强力磁轮、23a-左边电机控制信号接口、23b-右边电机控制信号接口、24a-左边电机编码信号输出接口、24b-右边电机编码信号输出接口、41-摆扫电机、42-摆扫电机箱体、43-摆扫电机控制接口、44-摆扫电机随动拖链、45-转接盒、46-超声波信号插座、47-摆扫电机控制信号插座、48-三角固定金属片、71-铝合金横梁、72-铜齿条、73-铜滑道。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式： 

一种自动超声波二维扫查定位装置，包括：超声波探头模块1，左直行电机模块2，右直行电机模块3，摆扫电机模块4，机械控制模块5，数据采集模块6，摆扫横梁导轨7，其特征在于：

超声波探头模块1上弹簧导轨14和摆扫电机模块4的随动探头摆叉13通过螺丝固定，使超声波探头模块1随着摆扫电机41的左右运动而运动。

摆扫电机模块4的随动探头摆叉13与摆扫横梁导轨7底部安装的铜齿条72耦合，通过摆扫横梁导轨7的铜齿条72和滑动轨道73锁定摆扫电机箱体42高度方向位置，使摆扫电机模块4在摆扫横梁导轨7上滑动轨道73位置左右滑动。 

摆扫横梁导轨7左右两端通过螺丝分别固定左直行电机模块2和右直行电机模块3，左直行电机模块2和右直行电机模块3的控制信号通过线缆连接机械控制模块5，左直行电机模块2和右直行电机模块3均附带距离编码器输出接口，通过线缆连接数据采集模块6。 

摆扫电机41控制信号通过电缆连接机械控制模块5，摆扫电机41距离编码信号通过电缆连接数据采集模块6。 

超声波探头发射接收信号通过单层屏蔽线缆接入数据采集模块6。 

超声波探头模块1由超声波聚焦探头11，探头水包12，弹簧导轨14，探头摆叉13组成，其中探头摆叉13通过螺丝和弹簧导轨14固定，将探头水包12通过探头摆叉13左右两端螺丝固定，超声波聚焦探头11通过探头水包12的螺纹固定，将超声波聚焦探头11与探头水包12拧紧即可牢固固定。 

左直行电机模块2由伺服电机和距离编码装置箱体21a，电机控制信号接口23a，编码信号输出接口24a，左直行电机强力磁轮22a组成，其中伺服电机和距离编码装置箱体21a通过齿轮耦合固定，通过距离编码器记录强力磁轮运行过程中产生编码脉冲数，数据采集***通过读取编码脉冲值X，编码器转动一圈产生脉冲计数N，强力磁轮直径D，计算出直行电机行走距离 ： 

S = ﹙π×D×X﹚÷N

右直行电机模块3由伺服电机和距离编码装置箱体21b，电机控制信号接口23b，编码信号输出接口24b，右直行电机强力磁轮22b组成，右直行电机模块3和左直行电机模块2完全对称安装在整个机械装置两边，内部结构完全相同，原理一致。

摆扫电机模块4由摆扫电机41，摆扫电机箱体42，摆扫电机控制输入接口43，摆扫随动拖链44，探头输入信号和摆扫电机控制信号转接盒45组成，其中摆扫电机41通过螺丝固定在摆扫电机箱体42内，摆扫电机控制输入信号通过电缆经摆扫随动拖链44连接在转接盒45上，超声波探头信号通过电缆经摆扫随动拖链44连接在转接盒45上，转接盒45通过三角形金属固定片48和摆扫横梁导轨7通过螺丝固定，转接盒45上两个固定连接插座分别连接超声波信号插座46和摆扫电机控制信号插座47，超声波信号插座46通过电缆连接数据采集模块6，摆扫电机控制信号插座47通过电缆连接数据采集模块6和机械控制模块5，摆扫电机41为步进电机，控制方式为+5V TTL脉冲控制，机械控制模块5输出+5V TTL脉冲控制电机左右行走距离，数据采集模块6读取控制脉冲个数，通过步进电机行走一圈的脉冲数P，步进电机转动轴连接磁轮半径R，通过数据采集***读取脉冲数Q，计算出步进电机行走距离： 

Dis = ﹙2×π×R×Q﹚÷P

机械控制模块5通过单片机AT89C51输出电平或者脉冲控制左直行电机模块2，右直行电机模块3和摆扫电机模块4，有手动控制和自动控制两种模式，手动模式通过按钮直接输入控制，自动模式通过单片机编程实现控制电机自动行走模式。

数据采集模块6采用HS810型超声波检测仪采集超声波信号和距离编码信号，形成横向X轴和纵向Y轴方向的超声波图形。 

摆扫横梁导轨7包括铝合金横梁71，铜齿条72，轨道73组成，通过螺丝从上往下由铝合金横梁71，铜齿条72，轨道73堆叠固定。 

在图1中，通过螺丝固定超声波探头模块1摆扫电机模块4，将摆扫电机模块4通过摆扫横梁导轨7滑到固定，同时摆扫电机连接器转接盒通过三角固定金属片和摆扫横梁导轨7使用螺丝固定，左右直行电机2和3通过螺丝和摆扫横梁导轨7固定，通过单层屏蔽同轴电缆连接超声波探头模块1和数据采集***HS810超声波检测仪6，通过多芯电缆分别连接左右电机控制接口到机械控制***5，连接左右电机编码输出信号到数据采集***HS810超声波检测仪6，通过多芯电缆连接摆扫电机模块4，机械控制***5和数据采集***6。 

在图2中，超声波聚焦探头11，通过自身螺纹和探头水包12螺纹匹配，拧紧固定，拧紧探头的探头水包12通过螺丝和探头摆叉13固定，再将探头摆叉13和弹簧导轨14通过螺丝固定，形成超声波探头模块，将超声波探头模块通过螺丝和摆扫电机模块固定，摆扫电机模块通过摆扫横梁导轨滑道耦合固定，摆扫电机控制线缆和超声波信号线缆通过拖链接入摆扫电机模块接口转接盒45，转接盒45通过三角固定金属片48和摆扫横梁导轨7利用螺丝固定，这样使电机摆扫过程中，电机控制信号和超声波信号通过拖链移动，外部接入信号接入转接盒48，固定不动，保证外部线缆的信号接入固定良好。 

在图3中，左右直行电机强力磁轮22a、22b安装固定在直行电机箱体内，构成直行电机模块，中间摆扫横梁导轨通过螺丝将铝合金横梁71，铜齿条72，铜滑道73互相交错堆叠固定，是摆扫电机模块能够在摆扫横梁导轨上左右滑动。 

启动机械控制***5和数据采集***6，机械控制***5在手动控制模式下，通过数据采集***6软件按步骤校准摆扫电机模块4距离记录精度和直行电机距离记录精度，校准完毕后，通过电机控制***的手动模式调整摆扫电机到摆扫横梁导轨最左边，调整左右直行电机相对位置，使之在同一水平线上，开启机械控制自动模式，同时打开数据采集***的数据记录模式，则超声波二维扫查装置的左右电机开始做同步直行运动，摆扫电机做从左至右，再从右至左横向摆扫运动，这样达到数据采集***通过编码器同时记录直行电机纵向方向位置及Y轴定位，通过记录摆扫电机步进电机脉冲数记录横向方向位置即X轴定位，以及在相关位置的超声波回波信号。 

Claims (1)

1.一种自动超声波二维扫查定位装置，包括超声波探头模块（1），左直行电机模块（2），右直行电机模块（3），摆扫电机模块（4），机械控制模块（5），数据采集模块（6），摆扫横梁导轨（7），其特征在于：

超声波探头模块（1）上弹簧导轨（14）和摆扫电机模块（4）的随动探头摆叉（13）通过螺丝固定；

摆扫电机模块（4）的随动探头摆叉（13）与摆扫横梁导轨（7）底部安装的铜齿条（72）耦合，通过摆扫横梁导轨（7）的铜齿条（72）和滑动轨道（73）锁定摆扫电机箱体（42）高度方向位置；

摆扫横梁导轨（7）左右两端通过螺丝分别固定左直行电机模块（2）和右直行电机模块（3），左直行电机模块（2）和右直行电机模块（3）的控制信号通过线缆连接机械控制模块（5），左直行电机模块（2）和右直行电机模块（3）均附带距离编码器输出接口，通过线缆连接数据采集模块（6）；

超声波探头模块（1）由超声波聚焦探头（11），探头水包（12），弹簧导轨（14），探头摆叉（13）组成，其中探头摆叉（13）通过螺丝和弹簧导轨（14）固定，将探头水包（12）通过探头摆叉（13）左右两端螺丝固定，超声波聚焦探头（11）通过探头水包（12）的螺纹固定；

左直行电机模块（2）由伺服电机和距离编码装置箱体（21a），电机控制信号接口（23a），编码信号输出接口（24a），左直行电机强力磁轮（22a）组成，其中伺服电机和距离编码装置箱体（21a）通过齿轮耦合固定；

右直行电机模块（3）由伺服电机和距离编码装置箱体（21b），电机控制信号接口（23b），编码信号输出接口（24b），右直行电机强力磁轮（22b）组成，右直行电机模块（3）和左直行电机模块（2）完全对称安装在整个机械装置两边，内部结构完全相同；

摆扫电机模块（4）由摆扫电机（41），摆扫电机箱体（42），摆扫电机控制输入接口（43），摆扫随动拖链（44），转接盒（45）组成，其中摆扫电机（41）通过螺丝固定在摆扫电机箱体（42）内，转接盒（45）通过三角形金属固定片（48）和摆扫横梁导轨（7）通过螺丝固定，转接盒（45）上两个固定连接插座分别连接超声波信号插座（46）和摆扫电机控制信号插座（47），超声波信号插座（46）通过电缆连接数据采集模块（6），摆扫电机控制信号插座（47）通过电缆连接数据采集模块（6）和机械控制模块（5），摆扫电机（41）为步进电机；

摆扫横梁导轨（7）由铝合金横梁（71），铜齿条（72），轨道（73）组成，通过螺丝从上往下由铝合金横梁（71），铜齿条（72），轨道（73）堆叠固定。

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