CN204374150U - 一种用于检测金属棒的超声无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于检测金属棒的超声无损检测装置，属于超声无损检测装置技术领域。该检测装置包括：第一固定部件(2)、第二固定部件(7)，以及位于第一固定部件(2)和第二固定部件(7)之间的超声波检测部件；所述超声波检测部件包括超声探头(13)以及耦合水供水装置(3)；所述检测装置还包括第一滑轨(10)、第一步进电机(1)、第二步进电机(9)、第一光电编码器(8)，第二光电编码器(11)以及控制模块(14)。光电编码器检测步进电机的实际运动情况并将检测结果反馈给控制模块，避免了由于步进电机失步造成的对金属棒缺陷位置定位不准确的问题，提高金属棒缺陷检测准确度。

Description

一种用于检测金属棒的超声无损检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于检测金属棒的超声无损检测装置，属于超声无损检测装置技术领域。

背景技术

金属棒材料特别是铜棒材料在机械制造、电子技术等领域应用广泛。如果金属棒内部存在缺陷(如裂纹、夹杂、气孔等)则会影响金属棒的使用。以铜棒为例，长期以来由于缺乏有效的检测设备，铜棒材料内部缺陷检测问题一直没有得到很好地解决。很大程度上制约了国内大多数铜棒生产企业效益和发展。所以，很有必要专门针对铜棒内部缺陷的检测设备进行研究。

超声无损检测是五种常规的无损检测方法(超声检测、射线检测、磁粉检测、渗透检测、涡流检测)之一，与其他常规无损检测技术相比，它具有被测对象范围广，检测深度大，缺陷定位准确，检测灵敏度高，成本低，使用方便，速度快，对人体无害以及便于现场使用等优点。因此，超声无损检测技术是国内外应用最广泛、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术。目前市场中也有基于超声波无损检测的铜棒探伤仪，包括铜丝铜棒超声波探伤器、超音波无损检测仪器、数字超声波探伤仪等。这类仪器的工作流程参见图1，步进电机的驱动电路发出控制脉冲，步进电机发生转动，并带动其执行机构运动(超声探头或被测工件)，然后超声探头开始发射超声波进行超声检测。数据处理***根据控制脉冲来判断缺陷的位置。但是在实际应用过程中，由于步进电机与驱动电路组成的控制***是开环的，步进电机往往会产生失步现象，即步进电机实际的转动角度与控制脉冲不相符，而数据处理***还是根据控制脉冲来判定缺陷的位置，这样就会使缺陷位置定位错误，影响超声检测的准确性。

综上，设计人发现现有技术中至少存在以下问题：现有的超声无损检测装置不能检测步进电机在接收控制脉冲后的实际运动情况，会由于步进电机失步而造成对金属棒缺陷位置定位不准确，影响超声检测的准确性。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种用于检测金属棒的超声无损检测装置，具体而言，包括以下技术方案：

一种用于检测金属棒的超声无损检测装置，该检测装置包括：用于固定被测金属棒的第一端的第一固定部件，用于固定被测金属棒的第二端的第二固定部件，以及位于第一固定部件和第二固定部件之间的超声波检测部件；

所述超声波检测部件包括用于发射和/或接收超声波的超声探头以及用于向超声探头和被测金属棒之间提供耦合水的耦合水供水装置；

所述检测装置还包括第一滑轨、第一步进电机、第二步进电机、第一光电编码器，第二光电编码器以及控制模块；

所述第一步进电机，与所述第一固定部件连接，用于驱动被测金属棒绕自身中心轴旋转；

所述第二步进电机，与用于引导所述超声波检测部件沿被测金属棒的长度方向移动的所述第一滑轨连接，用于驱动所述超声波检测部件沿被测金属棒的长度方向移动；

所述第一光电编码器，与所述第一步进电机同轴安装；用于检测第一步进电机的转动角度，获得第一检测信号，并将所述第一检测信号发出；

所述第二光电编码器，与所述第二步进电机同轴安装；用于检测第二步进电机的转动角度，获得第二检测信号，并将所述第二检测信号发出；

所述控制模块，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并向所述第一步进电机和/或所述第二步进电机发出控制信号以控制所述第一步进电机和/或所述第二步进电机的转动。

进一步地，所述检测装置还包括连接板，所述连接板安装在第一滑轨上，所述超声波检测部件通过所述连接版与第一滑轨连接。

进一步地，所述超声探头包括第一超声探头以及第二超声探头，所述第一超声探头和所述第二超声探头相对设置，所述第一超声探头的中心和第二超声探头的中心的连线与所述第一固定部件用于与被测金属棒第一端连接的部位的中心和所述第二固定部件用于与被测金属棒第二端连接的部位的中心的连线垂直。

进一步地，所述第一超声探头和第二超声探头为具有发射超声波和接收超声波功能的超声探头，即收发一体的超声探头。

进一步地，所述第二固定部件通过滑块安装在第二滑轨上，所述第二滑轨与所述第一滑轨平行。

进一步地，所述第一滑轨上还设置有光电控制限位开关，用于根据被测金属棒的长度限制所述连接板的移动范围。

进一步地，所述检测装置还包括底座，所述第一滑轨、第一步进电机以及第二步进电机安装在底座上。

本实用新型实施例提供的技术方案的有益效果是：在超声无损检测检测装置中设置光电编码器，光电编码器与步进电机同轴安装，控制模块向步进电机发出控制脉冲后，光电编码器会检测步进电机实际的转动角度，并将检测结果反馈给控制模块，这样步进电机、光电编码器以及控制模块形成了一个闭环的控制***。如果步进电机出现失步现象，控制模块则会重新向步进电机发出控制脉冲。这样就避免了由于步进电机失步造成的其带动的第一固定部件、超声波检测部件对金属棒缺陷位置定位不准确的问题，提高了金属棒缺陷检测的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中超声检测流程示意图；

图2为本实用新型实施例的超声无损检测装置结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为具体实施方式检测步进电机失步的流程图。

图中的标记分别表示：

1、第一步进电机；2、第一固定部件；3、耦合水供水装置；

4、金属棒；41、金属棒第一端；42、金属棒第二端；

5、第二滑轨；6、滑块；

7、第二固定部件；8、第一光电编码器；9、第二步进电机；

10、第一滑轨；11、第二光电编码器；12、连接板；

13、超声探头；131、第一超声探头；132、第二超声探头；

14、控制模块；

15、光电控制限位开关；16、底座。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例的用于检测金属棒的超声无损检测装置的结构如图2所示，图3是图2的俯视图。结合图2和图3，该检测装置包括：

用于固定被测金属棒4的第一端41的第一固定部件2，用于固定被测金属棒4的第二端42的第二固定部件7，以及位于第一固定部件2和第二固定部件7之间的超声波检测部件；所述超声波检测部件包括用于发射和/或接收超声波的超声探头13以及用于向超声探头13和被测金属棒4之间提供耦合水的耦合水供水装置3。

所述检测装置还包括第一滑轨10、第一步进电机1、第二步进电机9、第一光电编码器8，第二光电编码器11以及控制模块14；

所述第一步进电机1，与所述第一固定部件2连接，用于驱动被测金属棒绕自身中心轴旋转；

所述第二步进电机9，与用于引导所述超声波检测部件沿被测金属棒的长度方向移动的所述第一滑轨10连接，用于驱动所述超声波检测部件沿被测金属棒的长度方向移动；

所述第一光电编码器8，与所述第一步进电机1同轴安装；用于检测第一步进电机1的转动角度，获得第一检测信号，并将所述第一检测信号发出；

所述第二光电编码器11，与所述第二步进电机9同轴安装；用于检测第二步进电机9的转动角度，获得第二检测信号，并将所述第二检测信号发出；

所述控制模块14，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并向所述第一步进电机1和/或所述第二步进电机9发出控制信号以控制所述第一步进电机1和/或所述第二步进电机9的转动。

上述检测装置中，光电编码器是一种光学器件，将其安装在步进电机的减速机构的负载输出轴上，步进电机在接收来自控制模块14的控制脉冲而发生转动时，也会带动光电编码器转动，此时光电编码器内的精密的光学元件通过检测步进电机负载输出轴的转动角度进而检测步进电机的转动角度，并将检测结果反馈给控制模块14，与控制脉冲信号进行比较，判断步进电机实际转动的角度是否与控制脉冲相对应，如果不一致，控制模块14则重新向步进电机发出控制脉冲，这样步进电机、光电编码器以及控制模块形成了一个闭环的控制***，避免了由于步进电机失步造成的对金属棒缺陷位置定位不准确的问题，提高金属棒缺陷检测准确度。

控制模块14中包括主控CPU(微处理器)、步进电机的驱动器以及相关的电路等。对光电编码器的检测结果和控制脉冲的分析比较由主控CPU完成，光电编码器的输出信号在传输回主控CPU之前，要先经过调理电路调理成为主控CPU认可的信号。

图4是检测步进电机失步的流程图，结合图4，检测步进电机失步的具体流程为：

首先由控制模块14向第二步进电机9发出控制脉冲(即控制信号)，第二步进电机9在接收控制脉冲后进行转动，同时带动第二光电编码11转动以及超声波检测部件移动。第二光电编码器11检测第二步进电机9的实际转动角度，并将检测结果(即第二检测信号)反馈给控制模块14，判断第二步进电机9的实际转动角度是否与控制脉冲一致，如果不一致，控制模块14则重新发出控制脉冲，直至第二步进电机9的实际转动角度与控制脉冲相一致。避免由于第二步进电机9失步导致的对金属棒缺陷轴向定位错误。然后，控制模块14向第一步进电机1发出控制脉冲，第一步进电机1在接收控制脉冲后进行转动，同时带动第一光电编码8转动以及金属棒4绕自身中心轴转动。第一光电编码器8检测第一步进电机1的实际转动角度，并将检测结果(即第一检测信号)反馈给控制模块14，判断第一步进电机1的实际转动角度是否与控制脉冲一致，如果不一致，控制模块14则重新发出控制脉冲，直至第一步进电机1的实际转动角度与控制脉冲相一致。防止由于第一步进电机1失步导致的对金属棒4缺陷径向定位错误。当第一步进电机1和第二步进电机9的实际转动角度都与控制脉冲一致后，超声探头13发射和/或接收超声波，开始对金属棒4进行检测。

在上述的检测装置中，第一固定部件2、第二固定部件7的具体形式没有严格限定，只要能够使金属棒4在检测过程中保持稳定即可。同时，第一固定部件2的中心和第二固定部件7的中心的连线要与金属棒4的中心轴重合，保证金属棒4的同轴度。图2和图3中所示的第一固定部件2为三爪卡盘；第二固定部件7为顶尖，即具有尖部的固定部件。

在上述的检测装置中还包括连接板12，所述连接板12安装在第一滑轨10上，所述超声波检测部件通过所述连接版12与第一滑轨10连接。第二步进电机8通过带动连接板12在第一滑轨10上移动来带动超声波检测部件盐金属棒4长度方向移动。

图2和图3所示的超声检测装置中设置了两个超声探头，即第一超声探头131以及第二超声探头132，第一超声探头131和第二超声探头132相对设置，分别位于金属棒4的两侧，第一超声探头131的中心和第二超声探头132的中心的连线与第一固定部件2用于与被测金属棒第一端41连接的部位的中心和第二固定部件7用于与被测金属棒第二端42连接的部位的中心的连线垂直。且第一超声探头131和第二超声探头132为具有发射超声波和接收超声波功能的超声探头，即收发一体的超声探头。这样设置超声探头，使本实用新型的超声检测装置可以实现金属棒缺陷检测的三维化、数量化以及自动化，具体过程如下：

第二步进电机9接收控制脉冲后转动相应的角度，带动超声波检测部件沿金属棒4长度方向移动相应的距离，使第一超声探头131和第二超声探头132定位在金属棒4的某一剖面处。如果检测到第二步进电机9发生了失步，则由控制模块14重新发出控制脉冲。然后，第一步进电机1接收控制脉冲并转动相应的角度，带动卡盘2旋转相应的角度，金属棒4也随之绕自身中心轴旋转相应角度。如果检测到第一步进电机1发生了失步，则由控制模块14重新发出控制脉冲。此时，第一超声探头131和第二超声探头132分别发射和接收超声波，当金属棒4相对起始位置旋转180°后，完成对该剖面一个圆周360°的检测。得到金属棒4的二维径向剖面缺陷轮廓。当对一个二维径向剖面完成扫描后，第二步进电机9再接收控制脉冲并转动相应的角度，带动超声波检测部件沿金属棒4长度方向移动相应的距离，从而使第一超声探头131和第二超声探头132定位在金属棒4的下一剖面处，得到另一个金属棒4二维径向剖面缺陷轮廓。将每个二维的径向剖面轮廓与其对应的金属棒4长度方向的位置关系通过数据处理软件，分析得到整个金属棒4的三维缺陷图像，从而实现金属棒4缺陷检测的三维化、数量化。

在上述的检测装置中，第二固定部件7通过滑块6安装在第二滑轨5上，第二滑轨5与第一滑轨10平行。滑块6可以在第二滑轨5上滑动，从而带动第二固定部件7在第二滑轨5上移动，依据金属棒4的长短，调节第二固定部件7与第一固定部件2之间的距离，使金属棒4被固定。

在上述的检测装置中，第一滑轨10上还设置有光电控制限位开关15，用于限制所述连接板12的移动范围。光电控制限位开关15的数量为2，它们的位置根据金属棒4测试的长度范围进行调节，分别安装在金属棒4测试的起始和结束位置，通过限制连接板12的移动范围进而控制超声波检测部件的移动范围。

在上述的检测装置中还包括底座16，所述第一滑轨10、第一步进电机1以及第二步进电机9等都安装在底座16上，便于检测装置的整体移动。

在上述的检测装置中，耦合水供水装置3的具体形式没有严格限定，只要能保证超声检测过程中超声探头13和金属棒4之间有充足的耦合水即可。图2和图3所示的耦合水供水装置3包括箱体、箱体内部的水槽和箱体内部的水泵；水泵将箱体内的水输送到水槽中，进行超声检测时，水槽内的水浸没超声探头13与被测金属棒4，在金属棒4局部被检测的部分实现全浸入式水耦合。在检测过程中，耦合水与超声探头13、金属棒4之间处于相对静止的状态，在耦合水用量少、装置体积小的前提下实现充分耦合。

综上，本实用新型实施例的金属棒缺陷超声无损检测装置在工作时，光电编码器会对与其同轴安装的步进电机的实际转动情况进行检测，并将检测结果反馈给控制模块，从而使步进电机、光电编码器以及控制模块形成了一个闭环的控制***。如果步进电机发生失步现象，控制模块在接收到光电编码器反馈的检测结果后会重新发出控制脉冲，避免了由于步进电机失步导致的对金属棒缺陷位置定位不准确的问题，提高了检测的准确度。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本实用新型的技术方案，并不用以限制本实用新型。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于检测金属棒的超声无损检测装置，包括：用于固定被测金属棒的第一端的第一固定部件(2)，用于固定被测金属棒的第二端的第二固定部件(7)，以及位于第一固定部件(2)和第二固定部件(7)之间的超声波检测部件；

所述超声波检测部件包括用于发射和/或接收超声波的超声探头(13)以及用于向超声探头和被测金属棒之间提供耦合水的耦合水供水装置(3)；

其特征在于，

所述检测装置还包括第一滑轨(10)、第一步进电机(1)、第二步进电机(9)、第一光电编码器(8)，第二光电编码器(11)以及控制模块(14)；

所述第一步进电机(1)，与所述第一固定部件(2)连接，用于驱动被测金属棒绕自身中心轴旋转；

所述第二步进电机(9)，与用于引导所述超声波检测部件沿被测金属棒的长度方向移动的所述第一滑轨(10)连接，用于驱动所述超声波检测部件沿被测金属棒的长度方向移动；

所述第一光电编码器(8)，与所述第一步进电机(1)同轴安装；用于检测第一步进电机(1)的转动角度，获得第一检测信号，并将所述第一检测信号发出；

所述第二光电编码器(11)，与所述第二步进电机(9)同轴安装；用于检测第二步进电机(9)的转动角度，获得第二检测信号，并将所述第二检测信号发出；

所述控制模块(14)，用于接收第一检测信号和第二检测信号，并向所述第一步进电机(1)和/或所述第二步进电机(9)发出控制信号以控制所述第一步进电机(1)和/或所述第二步进电机(9)的转动。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括连接板(12)，所述连接板(12)安装在第一滑轨(10)上，所述超声波检测部件通过所述连接版(12)与第一滑轨(10)连接。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述超声探头(13)包括第一超声探头(131)以及第二超声探头(132)，所述第一超声探头(131)和所述第二超声探头(132)相对设置，所述第一超声探头(131)的中心和第二超声探头(132)的中心的连线与所述第一固定部件(2)用于与被测金属棒第一端连接的部位的中心和所述第二固定部件(7)用于与被测金属棒第二端连接的部位的中心的连线垂直。

4.根据权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述第一超声探头(131)和第二超声探头(132)为具有发射超声波和接收超声波功能的超声探头。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第二固定部件(7)通过滑块(6)安装在第二滑轨(5)上，所述第二滑轨(5)与所述第一滑轨(10)平行。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一滑轨(10)上还设置有光电控制限位开关(15)，用于根据被测金属棒的长度限制所述连接板(12)的移动范围。

7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述检测装置还包括底座(16)，所述第一滑轨(10)、第一步进电机(1)以及第二步进电机(9)安装在底座(16)上。