CN105717193A - 一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于螺栓的超声波检测装置，包括螺栓夹持部和探头夹持部；探头夹持部位于螺栓夹持部上方且两者之间能相对转动的连接在一起；螺栓夹持部包括一圆形底盘，圆形底盘中央具有通过孔；圆形底盘的通过孔孔壁沿圆周方向均匀设有三个锁紧螺钉；圆形底盘还设有锁紧螺钉联动机构；探头夹持部包括一中空的壳体，壳体下端开口，其开口端转动连接在圆形底盘的上部；壳体上相对的两侧横向穿设有径向调节螺杆，壳体内部设有探头夹持组件。本发明还提供一种检测方法。本发明可靠性和可重复性好，实现检测数据的全记录，减少操作步骤。

Description

一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法

技术领域

本发明是关于一种超声波检测装置及检测方法，尤其涉及一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法。

背景技术

螺栓联接是最常见的一种结构联接方式，在各种工程设计中被广泛采用。同样，在火力、水力和风力发电厂的设备也大量采用了螺栓对相关部件进行联接。在长期使用过程中，螺栓会产生裂纹，为了安全使用，需要对螺栓进行超声波检测。目前对螺栓进行超声波检测主要是采用单晶片的纵波直探头或纵波斜探头，使用常规超声波仪器，用手拿着探头在螺栓端面进行移动对螺栓的螺纹部位、螺杆部位进行超声波检测。主要包括如下步骤：1.调节合适的显示范围，检测时先检测探头放置端的螺纹部位；2.再调节合适的显示范围检测螺杆部位；3.对于两端都有螺纹的螺栓还要将探头放置在对侧端面，对那一侧的螺纹进行检测。

这种检测方式的缺点有：受人为操作方式影响大，重复性不高，手的压力大小、探头移动是否到位，都会对检测结果产生影响；采用小角度纵波探头时难以保证声束垂直入射到待检区域，容易造成漏检；没有采用位置记录等手段，检测数据无法与检测部位形成对应关系；由于受仪器、探头的限制，需要进行2次到3次的检测才能达到对一个螺栓的完整检测。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法，实现螺栓的半自动化检测，提高检测的可靠性和可重复性。

本发明的另一目的在于提供一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法，实现检测数据的全记录，建立检测数据与检测位置的对应关系。

本发明的又一目的在于提供一种用于螺栓的超声波检测装置及检测方法，一次扫查实现被检测螺栓本侧螺纹、螺杆部位和对侧螺纹的完整检测。

本发明的目的是这样实现的，一种用于螺栓的超声波检测装置，所述超声波检测装置包括用于夹持被检测螺栓的螺栓夹持部和用于夹持超声检测探头的探头夹持部；所述探头夹持部位于螺栓夹持部上方且两者之间能相对转动的连接在一起；所述螺栓夹持部包括一圆形底盘，所述圆形底盘中央具有供被检测螺栓穿过的通过孔；圆形底盘的通过孔的孔壁沿圆周方向均匀设有三个锁紧螺钉，所述三个锁紧螺钉均水平设在圆形底盘并能沿圆形底盘的径向移动，进而锁紧螺钉的一端能伸入到通过孔内；圆形底盘还设有能使三个锁紧螺钉同步径向移动的锁紧螺钉联动机构；所述探头夹持部包括一中空的壳体，壳体下端开口，其开口端转动连接在圆形底盘的上部；所述壳体上相对的两侧横向穿设有一个径向调节螺杆，径向调节螺杆与壳体转动连接，壳体内部设有一个与径向调节螺杆螺纹连接并能沿径向调节螺杆轴向移动的探头夹持组件。

在本发明的一较佳实施方式中，锁紧螺钉联动机构包括旋转手柄、蜗轮套筒、软轴和蜗杆；蜗轮套筒和蜗杆均为三个，分别与三个锁紧螺钉位置对应设置；所述蜗轮套筒的外部为蜗轮、内部设有螺纹，蜗轮套筒同轴套设在锁紧螺钉外并与锁紧螺钉螺纹连接，锁紧螺钉与圆形底盘之间设有导向结构，蜗轮套筒转动设置在圆形底盘上；蜗杆分别与蜗轮套筒外的蜗轮啮合，三个蜗杆之间由软轴依次串联连接并能同步转动；位于端部的一个蜗杆与一旋转手柄固定连接，所述旋转手柄伸出到圆形底盘外部。

在本发明的一较佳实施方式中，导向结构包括圆形底盘上设置的固定键及锁紧螺钉上设置的导向槽，所述导向槽沿锁紧螺钉的轴向设置，所述固定键位于导向槽内。

在本发明的一较佳实施方式中，圆形底盘分为上底盘和下底盘，上、下底盘相互叠置在一起，上、下底盘之间设置有容纳所述锁紧螺钉联动机构的容置空间；所述蜗杆与软轴之间通过螺纹连接，软轴沿圆周方向设置在容置空间内；旋转手柄与蜗杆之间为螺纹连接。

在本发明的一较佳实施方式中，上底盘上环绕通过孔的上部边缘设有向上凸出的环形凸缘；探头夹持部壳体的开口端设有向下凸出的环形凸台，所述环形凸台扣合在环形凸缘外形成转动连接。

在本发明的一较佳实施方式中，圆形底盘上设有编码器容置槽，沿圆形底盘的径向设有与编码器容置槽相通的顶丝孔；一旋转式编码器设置在编码器容置槽内，顶丝孔内设有将旋转式编码器压紧的顶丝，使旋转式编码器的转动轮紧密贴合在探头夹持部壳体的环形凸台侧面。

在本发明的一较佳实施方式中，圆形底盘上还设有一编码器。

在本发明的一较佳实施方式中，头夹持组件包括一探头罩，所述探头罩为下端开口的中空壳体，其相对两侧设有供径向调节螺杆穿过的通孔；所述探头罩内与径向调节螺杆对应的位置设有径向调节块，所述径向调节螺杆穿过径向调节块并与其螺纹连接；探头罩内位于径向调节块的下部设有探头夹紧块，在径向调节块和探头夹紧块之间设有将探头压紧在被检测螺栓端面的弹簧。

在本发明的一较佳实施方式中，径向调节块的顶端设有一凸块，所述凸块伸出探头罩顶部；所述壳体的顶部设有与径向调节螺杆平行的长条形滑槽，所述凸块伸出到长条形滑槽内；凸块的顶端面设有指示线，长条形滑槽的边缘设有刻度线。

在本发明的一较佳实施方式中，探头夹紧块为上小下大的阶梯型，形成有台肩部，所述弹簧套设在探头夹紧块上部并位于台肩部与径向调节块底部之间。

在本发明的一较佳实施方式中，探头罩和壳体上均设有供超声检测探头的电连接线穿过的通过槽。

本发明的目的是这样实现的，使用所述检测装置的检测方法，包括如下步骤：

S1、将所述检测装置套到被检测螺栓的端面，转动旋转手柄使三个锁紧螺钉同时向被检测螺栓移动，并与被检测螺栓的侧面紧密结合；

S2、调节探头夹持部的径向调节螺杆，使超声检测探头位于被检测螺栓端面合适的位置；

S3、将超声检测探头、编码器与检测仪相连接；

S4、检测仪中设置三个显示窗口，第一个显示窗口设置为螺栓本侧螺纹部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；第二个显示窗口设置为螺栓螺杆部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；第三个显示窗口设置为螺栓对侧螺纹部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；

S5、转动所述检测装置的探头夹持部，带动超声检测探头沿被检测螺栓端面圆周方向旋转，进行检测；

S6、检测完成后存储检测数据。

由上所述，本发明采用三点定心原理，通过三个同步移动的锁紧螺钉夹紧被检测螺栓，使被检测螺栓与检测装置保持较好的同轴度，并通过探头夹持部使超声检测探头紧贴在被检测螺栓端面，实现螺栓的半自动化检测，提高检测的可靠性和可重复性。本发明通过设置编码器，实现检测数据的全记录，建立检测数据与检测位置的对应关系。本发明的检测方法采用同时开设三个显示窗口，通过转动探头夹持部进行圆周旋转检测，实现了一次扫查就能完整检测本侧螺纹、螺杆部位和对侧螺纹的目的。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明超声波检测装置的整体外形图。

图2：为本发明超声波检测装置的剖视图。

图3：为本发明中锁紧螺钉联动机构示意图。

图4：为本发明中导向结构处的放大视图。

图5：为本发明中编码器的示意图。

图6：为本发明中编码器安装位置放大示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，本发明提供了一种用于螺栓的超声波检测装置100，该超声波检测装置100包括用于夹持被检测螺栓90的螺栓夹持部10和用于夹持超声检测探头a的探头夹持部20；探头夹持部20位于螺栓夹持部10上方且两者之间能相对转动的连接在一起，通过转动探头夹持部20带动探头a转动对被检测螺栓90端部完成检测动作。螺栓夹持部10包括一圆形底盘11，圆形底盘11中央具有供被检测螺栓90穿过的通过孔；圆形底盘11的通过孔孔壁沿圆周方向均匀设有三个锁紧螺钉12，三个锁紧螺钉12均水平设在圆形底盘11中并能沿圆形底盘11的径向移动，锁紧螺钉12的一端能伸入到通过孔内，圆形底盘11还设有能使三个锁紧螺钉12同步径向移动的锁紧螺钉联动机构；进而根据三点定心原理，通过三个同步移动的锁紧螺钉12夹紧被检测螺栓90，使被检测螺栓90与检测装置保持较好的同轴度。探头夹持部20包括一中空的壳体21，壳体下端开口，其开口端转动连接在圆形底盘11的上部；壳体21上相对的两侧横向穿设有一个径向调节螺杆22，径向调节螺杆22与壳体21转动连接，壳体21内部设有一个与径向调节螺杆22螺纹连接并能沿径向调节螺杆轴向移动的探头夹持组件。通过转动径向调节螺杆22来调节探头a在被检测螺栓端面上的径向位置。探头夹持部20能调节探头a在被检测螺栓端面的径向位置，同时能稳定的夹持探头a，并给探头a以一定的压力，保证探头与螺栓端面的耦合，转动壳体21时带动探头a与被检测螺栓90产生相对运动。

本发明采用三点定心原理，通过三个同步移动的锁紧螺钉夹紧被检测螺栓，使被检测螺栓与检测装置保持较好的同轴度，并通过探头夹持部使超声检测探头a紧贴在被检测螺栓端面，实现螺栓的半自动化检测，提高检测的可靠性和可重复性。

进一步，圆形底盘11上还设有一编码器，用于记录探头在被检测螺栓端面圆周方向的位置，通过设置编码器，实现检测数据的全记录，建立检测数据与检测位置的对应关系。编码器为现有技术，可以采用不同的编码器，本实施方式中采用旋转式编码器30。

进一步，如图3所示，锁紧螺钉联动机构包括旋转手柄13、蜗轮套筒14、软轴15和蜗杆16；蜗轮套筒14和蜗杆16均为三个，分别与三个锁紧螺钉12位置对应设置。蜗轮套筒14的外部为蜗轮、内部设有螺纹，蜗轮套筒14同轴套设在锁紧螺钉12外并与锁紧螺钉12螺纹连接，锁紧螺钉12与圆形底盘11之间设有导向结构，蜗轮套筒14转动设置在圆形底盘11上；蜗杆16分别与蜗轮套筒14外的蜗轮啮合，三个蜗杆16之间由软轴15依次首尾串联连接，两端分别为两个蜗杆16，中间为一个蜗杆16，三个蜗杆16在软轴15的联动下能同步转动；位于端部的一个蜗杆16与一旋转手柄13固定连接，旋转手柄13的一端伸出到圆形底盘11外部供检测人员的手部操作。需要夹紧被检测螺栓90时，通过转动旋转手柄13带动三个蜗杆16同步旋转，分别与三个蜗杆16啮合的三个蜗轮套筒14同步转动，由于锁紧螺钉12与圆形底盘11之间设有导向结构，使锁紧螺钉12与圆形底盘11之间不会产生相对转动，因此与蜗轮套筒14螺纹连接的三个锁紧螺钉12由于蜗轮套筒的转动而产生沿圆形底盘11的同步径向移动，三个同步移动的锁紧螺钉12夹紧被检测螺栓90，使被检测螺栓与检测装置保持较好的同轴度。

进一步，如图4所示，导向结构包括圆形底盘11上设置的固定键17及锁紧螺钉12上设置的导向槽18，导向槽18沿锁紧螺钉12的轴向设置，固定键17位于导向槽18内。该导向结构不限于上面的一种技术方案，例如固定键可以设置在锁紧螺钉上，而导向槽设置在圆形底盘上；其它类似的结构也可以用于本发明中。

进一步，如图2所示，圆形底盘11分为上底盘111和下底盘112，上、下底盘相互叠置在一起，上、下底盘之间设置有容纳锁紧螺钉联动机构的容置空间。蜗杆16与软轴15之间通过螺纹连接，蜗杆16与软轴15形成的一串结构沿圆周方向设置在容置空间内；旋转手柄13与蜗杆16之间也为螺纹连接。圆形底盘分为上下两层的结构易于制造和其内部零部件的装配。

进一步，上底盘111上环绕通过孔的上部边缘设有向上凸出的环形凸缘1111；探头夹持部壳体21的开口端设有向下凸出的环形凸台211，环形凸台211扣合在环形凸缘1111外形成转动连接。

进一步，如图6所示，圆形底盘11上设有编码器容置槽，沿圆形底盘11的径向设有与编码器容置槽相通的顶丝孔；本实施方式采用现有的旋转式编码器30，如图5所示，旋转式编码器30上端具有一个转动轮31。旋转式编码器30设置在编码器容置槽内，顶丝孔内设有将旋转式编码器压紧的顶丝32，通过调节顶丝32，使旋转式编码器30的转动轮31紧密贴合在探头夹持部壳体21的环形凸台211侧面，避免旋转式编码器晃动，产生记录误差。圆形底盘11上可以设有供旋转式编码器的连接线通过的开槽113。旋转式编码器的转动轮31与壳体下侧的环形凸台211侧面接触，检测时壳体旋转，圆形底盘11固定不动，该转动轮被环形凸台侧面带动旋转，通过转动轮旋转的弧长记录探头a的位置。

进一步，如图2所示，探头夹持组件包括一探头罩23，探头罩23为下端开口的中空壳体，其相对两侧设有供径向调节螺杆穿过的通孔；探头罩23内与径向调节螺杆22对应的位置设有径向调节块24，径向调节螺杆22穿过径向调节块24并与其螺纹连接。通过旋转径向调节螺杆22，使径向调节块24带动探头罩23沿被检测螺栓的端面径向移动，根据检测需要将探头a调节在合适的位置。探头罩内位于径向调节块24的下部设有探头夹紧块25，探头夹紧块25的下端可以将探头a夹紧，在径向调节块24和探头夹紧块25之间设有将探头压紧在被检测螺栓端面的弹簧26，使弹簧26在垂直方向可以对探头a产生一定的压力，保证检测时探头贴紧待检测螺栓的端面。

进一步，径向调节块24的顶端设有一凸块241，凸块241伸出探头罩23顶部；壳体21的顶部设有与径向调节螺杆22平行的长条形滑槽212，凸块241伸出到长条形滑槽212内；凸块241的顶端面设有指示线，长条形滑槽212的边缘设有刻度线。通过凸块上指示线指示的刻度线，可以知道探头a位于被检测螺栓端面上径向方向的位置。

进一步，探头夹紧块25为上小下大的阶梯型，形成有台肩部251，弹簧26套设在探头夹紧块25上部并位于台肩部251与径向调节块24底部之间。探头罩和壳体上均设有供超声检测探头a的电连接线穿过的通过槽。

本发明还提供一种使用上述螺栓超声波检测装置的检测方法，该检测方法使用现有的线性相控阵超声探头a，也可以使用其他形式的探头，如单晶片探头。该检测方法包括如下步骤：

S1、将检测装置100套到被检测螺栓90的端面，转动旋转手柄13使三个锁紧螺钉12同时向被检测螺栓移动，并与被检测螺栓的侧面紧密结合；

S2、调节探头夹持部20的径向调节螺杆22，使超声检测探头a位于被检测螺栓端面合适的位置；

S3、将超声检测探头a、编码器30与检测仪相连接；

S4、检测仪中设置三个显示窗口，第一个显示窗口设置为螺栓本侧螺纹部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；第二个显示窗口设置为螺栓螺杆部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；第三个显示窗口设置为螺栓对侧螺纹部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；

S5、转动所述检测装置的探头夹持部，带动超声检测探头a沿被检测螺栓端面圆周方向旋转，进行检测；旋转时编码器与壳体的环形凸台侧面接触产生相对运动，通过记录旋转的弧长记录探头位置；

S6、检测完成后存储检测数据。

在步骤S1中，可以先在被检测螺栓上拧上一个螺母，然后将三个锁紧螺钉紧固在该螺母的侧面，由于螺母外侧面具有平面，可以更好的定位被检测螺栓。

该检测方法可以通过多窗口显示功能，一个窗口显示检测端的螺纹区域信号、一个窗口显示螺杆区域信号、一个窗口显示螺杆另一端螺栓头(或螺纹)区域，可以通过一次扫查实现整个螺栓的检测。

由上所述，本发明采用三点定心原理，通过三个同步移动的锁紧螺钉夹紧被检测螺栓，使被检测螺栓与检测装置保持较好的同轴度，并通过探头夹持部使超声检测探头紧贴在被检测螺栓端面，实现螺栓的半自动化检测，提高检测的可靠性和可重复性。本发明通过设置编码器，实现检测数据的全记录，建立检测数据与检测位置的对应关系。本发明的检测方法采用同时开设三个显示窗口，通过转动探头夹持部进行圆周旋转检测，实现了一次扫查就能完整检测本侧螺纹、螺杆部位和对侧螺纹的目的。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (12)

1.一种用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述超声波检测装置包括用于夹持被检测螺栓的螺栓夹持部和用于夹持超声检测探头的探头夹持部；所述探头夹持部位于螺栓夹持部上方且两者之间能相对转动的连接在一起；所述螺栓夹持部包括一圆形底盘，所述圆形底盘中央具有供被检测螺栓穿过的通过孔；圆形底盘的通过孔的孔壁沿圆周方向均匀设有三个锁紧螺钉，所述三个锁紧螺钉均水平设在圆形底盘并能沿圆形底盘的径向移动，进而锁紧螺钉的一端能伸入到通过孔内；圆形底盘还设有能使三个锁紧螺钉同步径向移动的锁紧螺钉联动机构；所述探头夹持部包括一中空的壳体，壳体下端开口，其开口端转动连接在圆形底盘的上部；所述壳体上相对的两侧横向穿设有一个径向调节螺杆，径向调节螺杆与壳体转动连接，壳体内部设有一个与径向调节螺杆螺纹连接并能沿径向调节螺杆轴向移动的探头夹持组件。

2.如权利要求1所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述锁紧螺钉联动机构包括旋转手柄、蜗轮套筒、软轴和蜗杆；蜗轮套筒和蜗杆均为三个，分别与三个锁紧螺钉位置对应设置；所述蜗轮套筒的外部为蜗轮、内部设有螺纹，蜗轮套筒同轴套设在锁紧螺钉外并与锁紧螺钉螺纹连接，锁紧螺钉与圆形底盘之间设有导向结构，蜗轮套筒转动设置在圆形底盘上；蜗杆分别与蜗轮套筒外的蜗轮啮合，三个蜗杆之间由软轴依次串联连接并能同步转动；位于端部的一个蜗杆与一旋转手柄固定连接，所述旋转手柄伸出到圆形底盘外部。

3.如权利要求2所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述导向结构包括圆形底盘上设置的固定键及锁紧螺钉上设置的导向槽，所述导向槽沿锁紧螺钉的轴向设置，所述固定键位于导向槽内。

4.如权利要求3所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述圆形底盘分为上底盘和下底盘，上、下底盘相互叠置在一起，上、下底盘之间设置有容纳所述锁紧螺钉联动机构的容置空间；所述蜗杆与软轴之间通过螺纹连接，软轴沿圆周方向设置在容置空间内；旋转手柄与蜗杆之间为螺纹连接。

5.如权利要求4所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述上底盘上环绕通过孔的上部边缘设有向上凸出的环形凸缘；探头夹持部壳体的开口端设有向下凸出的环形凸台，所述环形凸台扣合在环形凸缘外形成转动连接。

6.如权利要求5所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述圆形底盘上设有编码器容置槽，沿圆形底盘的径向设有与编码器容置槽相通的顶丝孔；一旋转式编码器设置在编码器容置槽内，顶丝孔内设有将旋转式编码器压紧的顶丝，使旋转式编码器的转动轮紧密贴合在探头夹持部壳体的环形凸台侧面。

7.如权利要求1所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：圆形底盘上还设有一编码器。

8.如权利要求1或6所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述探头夹持组件包括一探头罩，所述探头罩为下端开口的中空壳体，其相对两侧设有供径向调节螺杆穿过的通孔；所述探头罩内与径向调节螺杆对应的位置设有径向调节块，所述径向调节螺杆穿过径向调节块并与其螺纹连接；探头罩内位于径向调节块的下部设有探头夹紧块，在径向调节块和探头夹紧块之间设有将探头压紧在被检测螺栓端面的弹簧。

9.如权利要求8所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述径向调节块的顶端设有一凸块，所述凸块伸出探头罩顶部；所述壳体的顶部设有与径向调节螺杆平行的长条形滑槽，所述凸块伸出到长条形滑槽内；凸块的顶端面设有指示线，长条形滑槽的边缘设有刻度线。

10.如权利要求9所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述探头夹紧块为上小下大的阶梯型，形成有台肩部，所述弹簧套设在探头夹紧块上部并位于台肩部与径向调节块底部之间。

11.如权利要求10所述的用于螺栓的超声波检测装置，其特征在于：所述探头罩和壳体上均设有供超声检测探头的电连接线穿过的通过槽。

12.使用如权利要求1至11中任一权利要求所述的检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将所述检测装置套到被检测螺栓的端面，转动旋转手柄使三个锁紧螺钉同时向被检测螺栓移动，并与被检测螺栓的侧面紧密结合；

S2、调节探头夹持部的径向调节螺杆，使超声检测探头位于被检测螺栓端面合适的位置；

S3、将超声检测探头、编码器与检测仪相连接；

S4、检测仪中设置三个显示窗口，第一个显示窗口设置为螺栓本侧螺纹部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；第二个显示窗口设置为螺栓螺杆部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；第三个显示窗口设置为螺栓对侧螺纹部位检测显示，声束设置为扇形扫查模式；

S5、转动所述检测装置的探头夹持部，带动超声检测探头沿被检测螺栓端面圆周方向旋转，进行检测；

S6、检测完成后存储检测数据。