CN102692457B - 曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置 - Google Patents

曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置 Download PDF

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周倩
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Abstract

本发明涉及一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，包括固定整个装置的本体，本体上设有上部运动***包括实现沿空间正交X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块、实现绕X轴、Y轴或C轴摆动的摆动模块，下部运动***包括支撑工件做回转运动的工件回转模块，上部运动***通过主横梁与所述本体连接，所述下部运动***固定设于检测板上；能够通过移动模块和工件回转模块实现四轴联动探测，为了更好的方便探测，通过与绕X轴、Y轴或Z轴的摆动模块的任意组合组成五-七轴的联动模块，探头能够进行四-七轴的复杂运动，可以适应较大的复杂表面工件，相对地工件支撑运动结构的密封性要求降低，而探头由于其运动范围小，其导线寿命大大延长。

Description

曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置
技术领域
本发明涉及超声探伤多轴探伤设备的机械结构，尤其涉及一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置。
背景技术
超声探伤是超声波在被检材料中传播时，利用材料内部缺陷所显示的声学性质对超声波传播的影响来探测其内部缺陷的方法。
超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化的技术称为超声检测。超声检测方法通常有穿透法、脉冲反射法、串列法等。
长期以来，复杂曲面，如涡轮增压器的涡轮叶片等较为复杂的直纹曲面和复杂曲面难以进行超声或涡流的自动探伤，因此需要一种能适应任意曲面探伤的检测***结构。
发明内容
为了克服以上缺陷，本发明要解决的技术问题是：提供一种能够进行曲线、曲面、任意形状超声、涡流探伤，运动轨迹精确、探测的可控制性高的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置。
本发明所采用的技术方案为：一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，包括固定整个装置的本体，所述本体上设有上部运动***、下部运动***，所述上部运动***包括实现沿空间正交的X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述上部运动***通过连接部件与所述本体连接，所述下部运动***固定设于检测板上。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述下部运动***包括支撑工件做回转运动的工件回转模块。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述移动模块包括
X轴移动模块，所述连接部件与本体之间通过第一导轨以及与第一导轨配合的第一滑块连接，所述连接部件上与X轴横梁托板连接，所述X轴横梁托板上固定设有通过X轴电机驱动运动的X轴传动件；
Y轴移动模块，在连接部件上的Y轴方向上设有驱动Y轴移动模块的Y轴电机，与所述Y轴电机连接设有Y轴传动件，Y轴电机固定于本体上，所述本体上还固定设有Y轴导轨，与所述Y轴导轨配合设有第二滑块，所述第二滑块与Y轴传动件之间通过传动座连接；
Z轴移动模块，包括与本体固定连接的Z轴电机，Z轴电机与Z轴传动件连接，所述Z轴传动件上设有第三滑块，与第三滑块配合设有Z轴导轨，所述第三滑块上连接设有探头光杆，所述Z轴导轨固定与一Z轴立柱上，Z轴立柱通过第一连接件与X轴横梁托板连接。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述上部运动***还包括实现绕A轴、B轴或C轴摆动的摆动模块。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括X轴横梁托板的上设有与其轴向平行的第二导轨，第二导轨上配设有第四滑块，X轴横梁托板第一连接件之间通过第二导轨和第四滑块连接，所述第一连接件与Z轴立柱之间活动卡接。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述X轴移动模块、Y轴移动模块、Z轴移动模块的运动方向上分别设有位置传感元件。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述Z轴立柱的下端部内设置的轴承为双轴承两点支撑结构或单点支撑结构。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述探头光杆内部呈单边空心结构。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括工件回转模块包括支撑工件的支撑盘、置于支撑盘下方驱动回转模块运转的回转电机，所述支撑盘与回转电机之间设有检测板，检测板下方设有与回转电机连接的外底座，检测板上方设有与所述外底座固定连接的底座，所述底座与支撑盘之间设有与底座固定连接的定心环，所述定心环内圈设有与支撑盘固定连接的驱动环，与所述驱动环连接设有驱动盘，所述驱动盘与底座、外底座连接，所述外底座与驱动盘之间设有一整体套环，驱动盘与回转电机通过整体套环连接。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述整体套环内部配设有一轴承，在所述轴承上方的驱动盘与整体套环内侧之间设有第一密封件。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述整体套环外侧与外底座之间还设有第二密封件。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括与所述探头光杆端部连接设有探头，所述摆动模块设置于探头光杆与探头之间，所述摆动模块通过第二连接件与所述探头光杆固定连接，所述摆动模块包括
B轴摆动模块，与所述第二连接件连接设有摆头基座，摆头基座上设有通过B轴摆动电机驱动的探头座，所述探头设置在探头座上；
C轴摆动模块，包括与所述第二连接件固定连接的过渡套筒，所述过渡套筒内装配有C轴摆动电机，所述C轴摆动电机输出与所述探头座连接；
A轴摆动模块，包括A轴摆动电机，所述摆动电机的输出与探头连接。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述B轴摆动电机、C轴摆动电机、A轴摆动电机分别同轴连接设有的信号反馈装置。
根据本发明的另一个实施例，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置进一步包括所述本体为机架、门架形式，连接上部运动***与所述机架本体的连接部件为主横梁，连接上部运动***与所述门架本体的连接部件为梁框架。
本发明的有益效果是：能够在探头的空间正交的X轴、Y轴、Z轴移动和工件回转模块实现四轴联动探测，为了更好的方便探测，通过与绕A轴、B轴或C轴的摆动模块的任意组合组成五-七轴的联动模块，探头能够进行复杂运动，可以适应较大的复杂表面工件，由于不需要对工件进行各种运动或仅仅进行局部旋转运动，因此，对工件运动结构的密封性要求降低，而探头由于其运动范围小，其探头线寿命大大延长。
附图说明
图1是本发明的优选实施例的结构示意图；
图2是图1中Y轴移动模块的侧视图；
图3是图1中Z轴移动模块的侧视图；
图4是图3的装配结构图；
图5是图1中工件回转模块的结构示意图；
图6是门架形式本体结构示意图；
其中：1、机罩，2、连接部件，3、第一滑块，4、第一导轨，5、本体，6、X轴横梁托板，7、基座，8、X轴传动件，9、第一联轴器，10、X轴光栅，11、X轴电机，12、连接孔，13、Y轴电机，14、电机座，15、第二联轴器，16、Y轴传动件，17、同心套筒，18、Y轴导轨，19、第二滑块，20、传动座，21、电机板，22、Z轴立柱，23、Z轴电机，24、第三联轴器，25、Z轴传动件，26、第三滑块，27、第一连接件，28、第二导轨，29、第四滑块，30、Z轴导轨，31、探头光杆，32、Y轴光栅，33、轴承，34、探头，35、第二连接件，36、摆头基座，37、B轴摆动电机，38、探头座，39、B轴编码器，40、过渡套筒，41、C轴摆动电机，42、C轴编码器，43、A轴摆动电机，44、A轴编码器，45、支撑盘，46、回转电机，47、检测板，48、外底座，49、底座，50、定心环，51、驱动环，52、钢珠，53、驱动盘，54、整体套环，55、键结构，56、第一密封件，57、第二密封件。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，包括固定整个装置的本体5，所述本体5上设有上部运动***、下部运动***，所述上部运动***包括实现沿空间正交X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述下部运动***包括支撑工件做回转运动的工件回转模块，所述上部运动***通过连接部件2与所述本体5连接，所述下部运动***固定设于检测板47上，所述上部运动***还包括实现绕A轴、B轴或C轴摆动的摆动模块。通过移动模块、摆动模块、工件回转模块中任意组合结构，组成四-七轴的联动结构带动探头34实现曲线、曲面、任意形状超声、涡流探伤。
如图1所示，整个四-七轴联动装置可以安装在机罩1内，对于较大型结构也可以不使用机罩1直接放置于室内空间中。
移动模块包括如图1所示的X轴移动模块，所述连接部件2与本体5之间通过第一导轨4以及与第一导轨4配合的第一滑块3连接，连接部件2与X轴横梁托板6连接，所述X轴横梁托板6上通过基座7连接设有X轴传动件8，所述X轴传动件8的通过第一联轴器9与X轴电机11连接，X轴传动件8两端设有轴承座，在X轴移动模块的运动方向上设有X轴的位置感应元件，本方案选用光栅10，伺服***或步进电机的反馈***需要X轴光栅10提供X轴运动位置的信息，X轴传动件8与X轴光栅10通过在X横梁托板8上的精确加工确保三者在X方向的平行度。
其中，第一导轨4的结构为圆柱形导轨、方形导轨、滑枕形式的导轨，所述第一滑块3结构与第一导轨4结构相配合。对于小型结构，导轨滑块可以使用圆柱型结构，也可以使用成品方形结构，就是本方案图中的滑块3安装于方导轨4上的组合结构，还可以使用滑枕结构，采用导轨贴塑或贴塑导轨上在连接部件2与第一导轨4的连接处设置静压油膜结构。
如图2所示，Y轴移动模块，包括设置在连接部件2上Y轴方向的连接孔12、所述连接孔12内设有驱动Y轴移动模块的Y轴电机13，所述Y轴电机13与一电机座14固定连接，所述电机座14固定于本体5上，通过第二联轴器15与所述Y轴电机13连接设有Y轴传动件16驱动Y方向的运动，在Y轴的运动方向的精度在该方向的Y轴位置感应元件保证，本案采用Y轴光栅32，所述Y轴传动件16上与其同轴心设有同心套筒17，所述本体5上还固定设有Y轴导轨18，与所述Y轴导轨18配合设有两块第二滑块19，所述第二滑块19与同心套筒17之间通过一传动座20固定连接，所述传动座20与X轴横梁托板6固定连接。传动座20可以减少Z轴负载偏心引起的微小变形。
如图3-4所示，Z轴移动模块，包括固定于本体5上的电机板21、与电机板21固定连接的Z轴立柱22，所述电机板21上安装有Z轴电机23，所述Z轴立柱22内通过第三联轴器24与Z轴电机23连接设有Z轴传动件25，所述Z轴传动件25上设有第三滑块26，所述Z轴立柱22与X轴横梁托板6之间通过第一连接件27连接，所述第一连接件27上设有一对与X轴横梁托板6的轴向平行的第二导轨28，所述第二导轨28置于X轴横梁托板6上，本案选择将第二导轨28置于X轴横梁托板6的上下两侧，最大限度的扩大了Z轴的上下与X轴横梁托板6的作用范围，第二导轨28与X轴横梁托板6之间通过第四滑块29连接，为了保证垂直度，所述第一连接件27与Z轴立柱22的接触面之间通过槽结构形式活动卡接，可放置薄形平键定位；与所述Z轴立柱22上的槽结构固定连接有与第三滑块26配合的Z轴导轨30，与所述第三滑块26连接设有探头光杆31。
为了减少Z轴上下运动给下部轴承的载荷，Z轴立柱22的下端部内设置的轴承33为双轴承两点支撑结构或单点支撑结构。
在Z轴移动模块运动的方向上同样设有Z轴位置感应元件，即为Z轴光栅，Z轴光栅的读数头与第三滑块26或探头光杆31用螺钉紧固相连。
探头光杆31内部通过单边铣削加工呈单边空心结构。在设计Z轴移动模块的结构时，通过将探头光杆31内部单边铣削加工成单边空心结构，使得探头光杆31的中心尽可能降低与Z轴导轨30的距离，以减少探头光杆31的偏心给X轴横梁托板6带来的扭矩。
与所述探头光杆31端部通过防松装置连接设有探头34，确保定位定向的精度，其中的探头34可为单探头，也可以安装探头组，以适应不同的探测工艺，如收发分置、双晶探头、TOFD或相控阵探头，或用来提高探测效率。
各移动模块中的直线电机驱动采用步进电机或伺服电机通过联轴节同轴或者经过变速同轴或非同轴驱动传动件方式带动与其相连部件，且各轴的定义应该遵守笛卡尔坐标系定义准则。传动件可优选为滚珠丝杠传动件。
为了满足复杂的曲面探伤时减少探头34运动而确保探头线寿命的要求，在应用上述三轴三个自由度的探头34的探测结构时，可以把工件通过夹具安装于工件回转模块之上成为四轴***，达成增加***可靠性的目的。
如图5所示，工件回转模块包括支撑工件的支撑盘45、置于支撑盘45下方驱动回转模块运转的回转电机46，所述支撑盘45与回转电机46之间设有检测板47，检测板47下方设有与回转电机46连接的外底座48，检测板47上方设有与所述外底座48固定连接的底座49，所述底座49与支撑盘45之间设有与底座49固定连接的定心环50，所述定心环50内圈设有与支撑盘45固定连接的驱动环51，驱动环51与定心环50之间设有一圈钢珠52，提供轴承，以在确保定心的同时减少摩擦；与所述驱动环51连接设有驱动盘53，所述驱动盘53与底座49、外底座48连接，为了增加驱动的定心精度，所述外底座48与驱动盘53之间设有一内部配设有轴承33的整体套环54，为了更为稳定的效果，可采用双轴承结构，所述整体套环54内设有连接驱动盘53与回转电机46的键结构55连接。
在所述轴承33上方的驱动盘53与整体套环54内侧之间设有第一密封件56，为了确保密封效果，可采用双密封圈结构，对于水浸法超声探伤，为了密封所述整体套环54外侧与外底座48之间设有第二密封件57。
而探头34的四个自由度运动可以分别增加一至三轴的运动成为五至七轴的联动结构。如图1所示，上部运动***还包括实现绕A轴、B轴或C轴摆动的摆动模块。摆动模块设置于探头光杆31与探头34之间，所述摆动模块通过第二连接件35与所述探头光杆31固定连接，在具体的应用结构中要设置防松螺栓或类似的结构，以确保探头34的角度不发生任何变化，也可以采取非螺纹结构，确保可靠安装、可靠的定向和定位。
当探伤不需要摆头结构时，可以按照工艺需求决定的探头34方向决定的角度实施探伤，可对工件进行平面纵波探伤的探头34安装方式，可以采用过盈配合或者螺纹连接等方式，该结构则为四个自由度的四轴联动装置。
如果探测需要随着工件表面的变化改变探伤角度，所述摆动模块的结构则需要包括B轴摆动模块，与所述第二连接件35连接设有摆头基座36，摆头基座36上设有通过B轴摆动电机37驱动的探头座38，探头座38上与B轴摆动电机37同轴连接有信号反馈装置，本方案优选B轴编码器39，所述探头34采用过盈配合或者螺纹连接等方式连接到在探头座38上，根据高分辨率扫描的需要，可以采用点聚焦探头、线聚焦探头或点线组合聚焦探头，即此结构与四轴联动结构配合则构成了具有五个自由度的五轴联动装置。
当需要摆动模块在不同的位置以不同的角度探测工件时，就需要有C轴摆动模块，包括与所述第二连接件35固定连接的过渡套筒40，所述过渡套筒40内装配有C轴摆动电机41以及与C轴摆动电机41同轴连接的信号反馈装置，本方案优选C轴编码器42，所述C轴摆动电机41输出与所述探头座38连接，此结构与五轴联动结构配合即构成了具有六个自由度的六轴联动装置。
如果有需要加入A轴摆动模块，包括A轴摆动电机43、与A轴摆动电机43同轴连接的信号反馈装置，本方案优选A轴编码器44，所述摆动电机的输出与探头34连接，即可实现探头34的360°的范围内进行准确定位探测。加入该摆动模块则与六轴联动装置配合为具有七个自由度的七轴联动装置。
所述本体5为机架、门架形式，如图1所示，本体5为机架形式，连接上部运动***与所述机架本体的连接部件2为主横梁，如图6所示，本体5为门架形式，连接上部运动***与所述门架本体的连接部件2为梁框架。门架形式本体5时，采用双步进电机同步驱动传动件。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (3)

1.一种曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，包括固定整个装置的本体，所述本体上设有上部运动***、下部运动***，其特征在于：所述上部运动***包括实现沿空间正交的X轴、Y轴、Z轴方向移动的移动模块，所述上部运动***通过连接部件与所述本体连接，所述下部运动***固定设于检测板上；
所述下部运动***包括支撑工件做回转运动的工件回转模块；
所述移动模块包括
X轴移动模块，所述连接部件与本体之间通过第一导轨以及与第一导轨配合的第一滑块连接, 所述连接部件上与X轴横梁托板连接，所述X轴横梁托板上固定设有通过X轴电机驱动运动的X轴传动件；
Y轴移动模块,在连接部件上的Y轴方向上设有驱动Y轴移动模块的Y轴电机，与所述Y轴电机连接设有Y轴传动件，Y轴电机与本体连接，所述本体上还固定设有Y轴导轨，与所述Y轴导轨配合设有第二滑块，所述第二滑块与Y轴传动件之间通过传动座连接；
Z轴移动模块,包括与本体固定连接的Z轴电机，Z轴电机与Z轴传动件连接，所述Z轴传动件上设有第三滑块，与第三滑块配合设有Z轴导轨，所述第三滑块上连接设有探头光杆，所述Z轴导轨固定与一Z轴立柱上，Z轴立柱通过第一连接件与X轴横梁托板连接；
所述上部运动***还包括实现绕A轴、B轴或C轴摆动的摆动模块；
与所述探头光杆端部连接设有探头，所述摆动模块设置于探头光杆与探头之间，所述摆动模块通过第二连接件与所述探头光杆固定连接，所述摆动模块包括
B轴摆动模块, 与所述第二连接件连接设有摆头基座，摆头基座上设有通过B轴摆动电机驱动的探头座，所述探头设置在探头座上；
C轴摆动模块，包括与所述第二连接件固定连接的过渡套筒，所述过渡套筒内装配有C轴摆动电机，所述C轴摆动电机输出与所述探头座连接；
A轴摆动模块，包括A轴摆动电机，所述A轴摆动电机的输出与探头连接。
2.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于： X轴横梁托板的上设有与其轴向平行的第二导轨，第二导轨上配设有第四滑块，X轴横梁托板第一连接件之间通过第二导轨和第四滑块连接，所述第一连接件与Z轴立柱之间活动卡接。
3.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述X轴移动模块、Y轴移动模块、Z轴移动模块的运动方向上分别设有位置传感元件。
4.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述Z轴立柱的下端部内设置的轴承为双轴承两点支撑结构或单点支撑结构。
5.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述探头光杆内部呈单边空心结构。
6.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：工件回转模块包括支撑工件的支撑盘、置于支撑盘下方驱动回转模块运转的回转电机，所述支撑盘与回转电机之间设有检测板，检测板下方设有与回转电机连接的外底座，检测板上方设有与所述外底座固定连接的底座，所述底座与支撑盘之间设有与底座固定连接的定心环，所述定心环内圈设有与支撑盘固定连接的驱动环，与所述驱动环连接设有驱动盘，所述驱动盘与底座、外底座连接，所述外底座与驱动盘之间设有一整体套环，驱动盘与回转电机通过整体套环连接。
7.如权利要求6所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述整体套环内部配设有一轴承，在所述轴承上方的驱动盘与整体套环内侧之间设有第一密封件。
8.如权利要求6所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述整体套环外侧与外底座之间还设有第二密封件。
9.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述B轴摆动电机、C轴摆动电机、A轴摆动电机分别同轴连接设有的信号反馈装置。
10.如权利要求1所述的曲面三维超声探伤用四-七轴联动装置，其特征在于：所述本体为机架本体或门架本体形式，连接上部运动***与所述机架本体的连接部件为主横梁，连接上部运动***与所述门架本体的连接部件为梁框架。
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