CN102759570A - 单机械手自动化超声无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单机械手自动化无损检测工作装置，该装置的组成部分有：工控机、机械手装置、超声收发装置、水耦合装置和辅助装置。机械手装置：包括关节式六自由度机械手、机械手控制器、电源与信号集成线缆。超声收发装置：包括相控阵超声换能器、超声脉冲收发卡、高速数据采集卡。水耦合装置：包括喷水喷头、稳压稳流水泵、柔性导管。辅助装置：包括摄像头、监视器、可调整式工件支架、水回收槽。该装置适用于工件薄层、前表面的超声反射法检测，与传统的装置相比，该装置能够实现复杂非规则曲面的自动化超声检测，具有比较高的检测效率，具有非常广泛的零件适用性和***灵活度，并具有广阔的工业应用前景。

Description

单机械手自动化超声无损检测装置

一、技术领域

本发明属于无损检测技术领域，提供了一种快速准确的复杂曲面快速无损检测的检测装置，适用于复杂曲面工件中内部缺陷的检测。

二、背景技术

超声无损检测够对工件内部的制造缺陷进行检测和分析，是保证产品质量与性能、稳定生产工艺的重要手段，在产品的设计阶段、研制阶段、生产阶段和使用阶段均发挥着非常重要的作用。相比较于其他的无损检测方法，超声无损检测具有无辐射、设备体积小、检测环境易于实现、操作简单等特点，适合在工业生产中进行广泛应用。随着市场经济和生产技术的发展，工业产品中工件的形状、材料的复杂程度日益增强，对生产效率的要求日益提高，工业生产对超声无损检测的应用提出了高精度、高效率、高适应性、便于操作、易于实现等要求，这就需要我们提高超声无损检测***的自动化程度，提高检测效率，并要求超声无损检测对各种不同几何形状、材料、状态特征的工件具有较高的适应能力。

本发明所采用的检测方法为脉冲反射法超声无损检测，适用于工件薄层和前表面，是由超声波探头发射脉冲波到试件内部，通过观察来自内部缺陷或试件底面反射波的情况来对试件进行检测。由于超声波传播的一些特性，要求超声检测过程中保证超声波入射方向与工件上各检测点的曲面法矢方向一致，或者成某一个特定的角度，这就需要设备搭载的超声换能器随曲面变化进行实时随动。因此，传统自动化超声无损检测设备的可检测对象较少，主要是一些平面工件、圆筒、简单曲面等形状简单的工件，对具有复杂形状曲面工件的适应性很差。当前的工业生产应用领域，对复杂曲面进行超声检测缺乏有效的自动化检测设备，传统方法是利用人工进行手检，或者利用专用形状的探头进行检测，或者将超声探头搭载在固定形状的轨道上进行扫查。人工手检的检查效率非常低，劳动强度大；专用探头或者轨道只适用于某一个特定几何性状的工件，基本无法适应任意复杂曲面工件的超声检测。

当前有一些针对复杂曲面的多轴机械结构超声无损检测设备，部分解决了复杂曲面工件的超声检测难题。但是其***较为复杂，控制轴比较多，控制程序稳定性差，其***的主要部件均利用基本元器件进行搭建，运动***成熟度和稳定性都较差，与工业成品的距离还比较远。而且现存的方案均需要将工件置于水槽中，利用水作为超声检测的耦合剂，这就限制了可检测空间的尺寸，并对运动机构提出了特殊的要求与限制。总体而言，这些***的检测效率、适应性等方面还不很理想。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种快速准确的自动化超声无损检测装置，解决了传统的自动化检测设备对复杂曲面检测效率低、适应性差等难题。本发明可以适用于一般平面、规则曲面工件，也可以适用于具有复杂非规则曲面特征的工件，例如汽车行业中广泛使用的大型冲压件，航空航天领域中飞机蒙皮、导弹弹体等非规则曲面工件等等。本发明利用具有成熟技术的关节式六自由度机械手搭载超声探头进行空间曲线轨迹的扫查，通过工控机控制机械手、超声收发并对采集信号进行处理，扫查过程中以喷水耦合代替水槽。本平台结构紧凑简单、易于控制和操作，实现了对复杂曲面相关物理特性的检测，检测效率和适应性得到很大的改善。

所述工程机为高性能工控机，能够实现***控制、数据处理、机械手轨迹规划、超声发射与数据采集等功能。所述机械手为关节式六自由度机械手，其特点为六个不同方向的关节串联，其单臂结构紧凑，运动灵活，能够精确定位球形空间内大部分区域的点。所述机械手控制器为高端机械手控制器，能够对机械手运动进行实时控制、在线编程和故障诊断。所述超声无损检测装置包括相控阵超声换能器、超声脉冲收发卡高速数据采集卡；其中相控阵超声换能器具有良好的声束可达性，能够对复杂形状的工件进行测量，并具有良好的分辨率、信噪比和灵敏度；脉冲收发卡和高速采集卡能够快速激发超声脉冲信号并对回波进行高速采集，能够显著提高超声检测的工作效率。所述水耦合装置包括喷水喷头、稳流稳压水泵和柔性导管，喷水喷头能够包覆超声换能器，并能喷出聚拢、稳定的水柱，连接相控阵超声换能器的发射端与工件表面，以提供耦合，其为两部分，一部分为喷水仓，水经导管流入喷水仓并从喷口流出，换能器的发射端也安置在喷水仓中；一部分为支架，连接在机械手工作端，并为换能器提供空间，换能器的接线端安置在支架空间内；稳流稳压水泵能够为喷头提供稳定流速、稳定压力并去除气泡和显著杂质的水流，还能够对回收水进行过滤和循环利用。所述辅助装置包括摄像头和监视器、可调整式工件支架、水回收槽；摄像头和监视器为平台工作提供实时监视，以方便检测人员进行操作；可调整式工作支架包括有四个立柱，每个立柱均能够沿导轨在X、Y平面移动，立柱的高度可调，这样就能够对不同大小、不同形状的工件提供有效支撑；水回收槽将工作中使用过的耦合水回收，流回水泵。

四、附图说明

图1为单机械手自动化超声无损检测***。

五、具体实施方式

下面为本发明的具体实施方式进行详细说明。

前述工控机与机械手控制器通过网线连接，能够传输控制程序以及机械手运动的点位文件；机械手控制器与机械手通过电源与信号集成线缆连接，能够为机械手提供电源，并且提供机械手各个关节的位置参数和运动参数的信号。关节式六自由度机械手能够根据控制器提供的信号进行运动，机械手的工作端有法兰盘，喷水喷头的支架固定在法兰盘上。相控阵超声换能器安装在喷水喷头内，喷水喷头分为两部分，一部分为喷水仓，水经导管流入喷水仓并从喷口流出，换能器的发射端也安置在喷水仓中；一部分为支架，连接在机械手工作端，并为换能器提供空间，换能器的接线端安置在支架空间内。超声脉冲收发卡和高速采集卡装在工控机上，由工控机控制进行脉冲信号的收发和采集。机械手与可调整式工件支架安装在水回收槽内的底座上，能够使大部分的耦合水能够流入水回收槽；支架安装在两横导轨上，两横导轨安装在两纵导轨上，每根支架有独立的升降机构，这样，四个支架能够对不同面积的曲面工件提供有效的支撑。

单机械手自动化超声无损检测装置工作时，水耦合剂循环***首先开启，喷头开始喷水，为超声检测提供水耦合，使用过的耦合水经过水回收槽回收，经过滤重新循环利用；扫查过程中机械手运动与超声脉冲发射采集同步进行。在这一过程中，工程控机首先为控制器传输程序和点为文件，机械手控制器运行控制程序，对机械手发出指令，驱动机械手完成逐点运动。与此同时，搭载在机械手工具端的超声换能器在超声脉冲收发卡的驱动下发射超声信号，回波信号由高速数据采集卡进行采集。最后，采集到的检测数据传输至工控机进行处理和分析。

Claims (3)

1.一种单机械手自动化无损检测工作装置，其特征在于，该平台的组成***有：工控机；机械手装置，包括关节式六自由度机械手、机械手控制器、电源与信号集成线缆；超声收发装置，包括相控阵超声换能器、超声脉冲收发卡、高速数据采集卡；水耦合装置，包括喷水喷头、稳压稳流水泵、柔性导管；辅助装置，包括摄像头、监视器、可调整式工件支架、水回收槽。

2.如权利1所述的单机械手自动化无损检测工作装置，其特征在于，工程机与机械手控制器通过网线进行连接和通讯；机械手控制器和关节式六自由度机械手通过电源与信号集成线缆进行连接和通讯；水泵通过柔性导管向喷水喷头供水，并通过水回收槽对水进行循环利用。

3.如权利1所述的单机械手自动化无损检测工作装置，其特征在于，超声换能器固定在喷水喷头内部，喷水喷头固定在关节式六自由度机械手的工具端，喷水喷头与超声换能器能够随机械手进行六自由度的运动。

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