專利名稱：一種大曲率復合材料超聲自動探傷臂的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及復合材料超聲波自動探傷，尤其涉及一種大曲率復合材料超聲自動探傷臂。
背景技術：
自二十世紀三十年代利用超聲波探測金屬物體的內部缺陷以來，超聲檢測技術在工業(yè)領域獲得了較快發(fā)展。在采用了計算機、微電子、傳感及圖像處理等新技術以后，超聲檢測技術以其獨特的優(yōu)點和廣泛的應用性在無損檢測領域占據(jù)著最重要的地位，成為目前用于復合材料(如航空結構件等)無損檢測最為主要的方法。實現(xiàn)自動化掃描成像檢測是目前國內外用于提高超聲檢測可靠性的一種主要方 法和技術途徑。近年來，英、美等國也相繼開發(fā)了大型超聲成像檢測系統(tǒng)或設備?，F(xiàn)代的超聲掃查裝置也在向自動化和智能化方向發(fā)展。掃查裝置是自動檢測系統(tǒng)的基礎部分，檢測結果正確性、可靠性都依賴于掃查裝置。從二十世紀九十年代以來，出現(xiàn)了各種智能檢測機器人，已經(jīng)形成了機器人檢測的新時代以及工程檢測機器人的系列與商業(yè)市場。由于超聲檢測原理和方法的復雜性，使得超聲檢測的對象多為形狀簡單的工件和曲率較小的曲面工件，主要為六軸聯(lián)動掃查器(脈沖反射法檢測時6軸即可，穿透法檢測時至少10軸以上)配合曲面跟蹤硬件或軟件就可以實現(xiàn)超聲檢測。隨著航空工業(yè)的發(fā)展，大量的大曲率復合材料獲得廣泛應用，而目前復合材料超聲波探傷系統(tǒng)只能檢測曲率較小的零件，尚未開發(fā)出大曲率半徑超聲自動探傷設備，主要原因是探頭姿態(tài)自由度U、V上的結構復雜、尺寸大，無法適應大曲率半徑工件的自動探傷，因此，利用原有的探傷設備，保留X、Y、Z自由度，改善探頭姿態(tài)自由度U、V上的結構形式和控制方法，研發(fā)用于大曲率復合材料超聲波自動探傷臂具有重要的實用價值。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了解決上述問題，提供一種大曲率復合材料超聲自動探傷臂，它具有結構緊湊、控制精度高、可用于大曲率復合材料自動探傷等優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案。一種大曲率復合材料超聲自動探傷臂，包括超聲波探頭部分、磁流變液阻尼器、編碼器、同步帶裝置、支撐板、連接軸、連接盤、探頭驅動伺服電機、支板旋轉伺服電機和控制單元；所述同步帶裝置縱向固定安裝于支撐板上，同步帶裝置橫向末端安裝超聲波探頭部分，磁流變液阻尼器和編碼器安裝在支撐板橫向末端和同步帶裝置上，支撐板橫向始端連接在連接軸上，連接軸固定連接在連接盤上，探頭驅動伺服電機固定在支撐板上并驅動同步帶裝置，實現(xiàn)探頭的旋轉，連接盤內還設有驅動連接軸的支板旋轉伺服電機，支板旋轉伺服電機驅動連接軸能夠實現(xiàn)支撐板的旋轉，探傷臂安裝在具有單套或雙套X、Y、Z方向自由度的探傷設備上，通過測控單元能夠實現(xiàn)大曲率復合材料超聲波自動探傷。
所述的超聲波探頭部分包括探頭架、噴嘴、微型超聲波探頭、噴嘴螺釘、接水口和緊固螺釘，微型超聲波探頭通過緊固螺釘固定在探頭架內，噴嘴通過噴嘴螺釘固定在探頭架末端，接水口連接在探頭架始端。所述的噴嘴內開有錐形孔。所述的探頭架內開有連接噴嘴和接水口的通水孔道，及其出線孔道。所述的支撐板包括上支板和下支板；所述同步帶裝置縱向固定安裝于上支板和下支板之間，磁流變液阻尼器安裝在上支板橫向末端和同步帶裝置上，編碼器安裝在下支板橫向末端和同步帶裝置上，上支板和下支板橫向始端連接在連接軸上。 所述的同步帶裝置包括被動帶輪軸、小帶輪、同步帶、大帶輪、主動帶輪軸和軸承，小帶輪通過過盈配合安裝在被動帶輪軸上，大帶輪通過過盈配合安裝在主動帶輪軸上，同步帶連接大帶輪和小帶輪，被動帶輪軸通過小帶輪軸承安裝在上支板和下支板上，主動帶輪軸通過大帶輪軸承安裝在上支板和下支板上，主動帶輪軸通過聯(lián)軸器與探頭驅動伺服電機連接。所述的磁流變液阻尼器包括動圈、磁流變液、線圈、靜圈、連接螺釘、彈性擋圈和密封圈，動圈通過過盈配合安裝在被動帶輪軸上，線圈固定在靜圈內，靜圈通過連接螺釘固定在上支板上，靜圈和被動帶輪軸之間以及上支板和被動帶輪軸之間裝有密封圈，靜圈和上支板間充滿磁流變液。所述的編碼器為內孔式編碼器，編碼器固定在下支板上，編碼器還通過內孔與被動帶輪軸連接。所述的支板驅動伺服電機固定在連接盤上，通過鍵與連接軸連接，支板驅動伺服電機通過連接軸驅動整個支撐板旋轉。所述的控制單元與整個探傷系統(tǒng)的測控單元雙向通信，同時控制探頭驅動伺服電機、支板驅動伺服電機和磁流變液阻尼器，實現(xiàn)超聲波自動探傷。本發(fā)明的有益效果
1、由于采用同步帶進行傳動，因此探頭姿態(tài)誤差較大，為此在探頭旋轉軸上增加了磁流變液阻尼器，通過調整線圈電流的大小來控制旋轉軸的阻尼，結合探頭旋轉軸上的微型編碼器和伺服驅動電機，可實現(xiàn)探頭的精確定位，提高探傷精度；
2、采用了內孔式微型編碼器和微型超聲波探頭，并將編碼器和磁流變液阻尼器嵌入支撐架，可大大提高系統(tǒng)的結構緊湊性，擴展可探傷曲率范圍；
3、采用同步帶遠距離驅動，減小了探傷臂和探頭部分的結構尺寸，增大了探傷臂長度，可對大曲率復合材料進行超聲自動探傷。


圖I為大曲率復合材料超聲自動探傷臂探傷示意圖。圖2為大曲率復合材料超聲自動探傷臂的探頭部分。圖3為大曲率復合材料超聲自動探傷臂的驅動部分。其中，I噴嘴，2微型超聲波探頭，3小帶輪，4磁流變液，5密封圈，6小帶輪軸承，7彈性擋圈，8動圈，9線圈，10連接螺釘，11靜圈，12接水口，13上支板，14下支板，15被動帶輪軸，16微型編碼器，17探頭架，18緊固螺釘，19噴嘴螺釘，20同步帶，21大帶輪，22大帶輪軸承，23探頭驅動伺服電機，24聯(lián)軸器，25主動帶輪軸，26支板固定螺釘，27軸承蓋，28連接軸軸承，29連接軸，30鍵，31套筒，32支板驅動伺服電機，33連接盤，34控制單元。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例I :
本實施例的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，包括超聲波探頭部分、磁流變液阻尼器、微型編碼器16、同步帶裝置、支撐板、連接軸29、連接盤33、探頭驅動伺服電機23、支板旋轉伺服電機32和控制單元34 ;所述同步帶裝置縱向固定安裝于支撐板上，同步帶裝置橫向末端安裝超聲波探頭部分，磁流變液阻尼器和微型編碼器16安裝在支撐板橫向末端和同步帶裝置上，支撐板橫向始端通過支板固定螺釘26連接在連接軸29上，連接軸29通過連接 軸軸承28固定連接在連接盤33上，連接盤33橫向末端設有軸承蓋27，探頭驅動伺服電機23固定在支撐板上并驅動同步帶裝置，實現(xiàn)探頭的旋轉，連接盤33內還設有驅動連接軸29的支板旋轉伺服電機32，支板旋轉伺服電機32驅動連接軸29能夠實現(xiàn)支撐板的旋轉，探傷臂安裝在具有單套或雙套X、Y、Z方向自由度的探傷設備上，通過測控單元能夠實現(xiàn)大曲率復合材料超聲波自動探傷。所述的超聲波探頭部分包括探頭架17、噴嘴I、微型超聲波探頭2、噴嘴螺釘19、接水口 12和緊固螺釘18，微型超聲波探頭2通過緊固螺釘18固定在探頭架17內，噴嘴I通過噴嘴螺釘19固定在探頭架17末端，接水口 12通過螺紋連接在探頭架17始端。所述的噴嘴I內開有錐形孔。所述的探頭架17內開有連接噴嘴I和接水口 12的通水孔道，及其出線孔道。所述的支撐板包括上支板13和下支板14 ;所述同步帶裝置縱向固定安裝于上支板13和下支板14之間，磁流變液阻尼器安裝在上支板13橫向末端和同步帶裝置上，微型編碼器16安裝在下支板14橫向末端和同步帶裝置上，上支板13和下支板14橫向始端連接在連接軸29上。所述的同步帶裝置包括被動帶輪軸15、小帶輪3、同步帶20、大帶輪21、主動帶輪軸25、小帶輪軸承6和大帶輪軸承22，小帶輪3通過過盈配合安裝在被動帶輪軸15上，大帶輪21通過過盈配合安裝在主動帶輪軸25上，同步帶20連接大帶輪21和小帶輪3，被動帶輪軸15通過小帶輪軸承6安裝在上支板13和下支板14上，主動帶輪軸25通過大帶輪軸承22安裝在上支板13和下支板14上，主動帶輪軸25通過聯(lián)軸器24與探頭驅動伺服電機23連接。所述的磁流變液阻尼器包括動圈8、磁流變液4、線圈9、靜圈11、連接螺釘10、彈性擋圈7和密封圈5，動圈8通過過盈配合安裝在被動帶輪軸15上，線圈9固定在靜圈11內，靜圈11通過連接螺釘10固定在上支板13上，靜圈11和被動帶輪軸15之間以及上支板13和被動帶輪軸15之間裝有密封圈5，靜圈11和上支板13間充滿磁流變液4。所述的微型編碼器16為內孔式編碼器，微型編碼器16固定在下支板14上，微型編碼器16還通過內孔與被動帶輪軸15連接。所述的支板驅動伺服電機32固定在連接盤33上，通過鍵30與連接軸29連接，支板驅動伺服電機32通過連接軸29驅動整個支撐板旋轉。
所述的控制單元34與整個探傷系統(tǒng)的測控單元雙向通信，同時控制探頭驅動伺服電機23、支板驅動伺服電機32和磁流變液阻尼器，實現(xiàn)超聲波自動探傷。微型編碼器16的信號、微型超聲波探頭2的信號、線圈9的電流、探頭驅動伺服電機23、支板驅動伺服電機32均通過控制單元34控制。自動探傷臂通過連接盤33安裝在具有X、Y、Z方向自由度的探傷機上，采用超聲波反射法，通過探傷機的測控單元和控制單元34可實現(xiàn)大曲率復合材料的超聲波自動探傷。實施例2
可以將兩套實施例I的自動探傷臂通過連接盤33安裝在具有兩套X、Y、Z方向自由度的探傷機上，采用超聲波透射法，通過探傷機的測控單元和控制單元34可實現(xiàn)大曲率復合材料的超聲波自動探傷。上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。
權利要求
1.ー種大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，包括超聲波探頭部分、磁流變液阻尼器、編碼器、同步帶裝置、支撐板、連接軸、連接盤、探頭驅動伺服電機、支板旋轉伺服電機和控制單元；所述同步帶裝置縱向固定安裝于支撐板上，同步帶裝置橫向末端安裝超聲波探頭部分，磁流變液阻尼器和編碼器安裝在支撐板橫向末端和同步帶裝置上，支撐板橫向始端連接在連接軸上，連接軸固定連接在連接盤上，探頭驅動伺服電機固定在支撐板上并驅動同步帶裝置，實現(xiàn)探頭的旋轉，連接盤內還設有驅動連接軸的支板旋轉伺服電機，支板旋轉伺服電機驅動連接軸能夠實現(xiàn)支撐板的旋轉，探傷臂安裝在具有單套或雙套X、Y、Z方向自由度的探傷設備上，通過測控単元能夠實現(xiàn)大曲率復合材料超聲波自動探傷。
2.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的超聲波探頭部分包括探頭架、噴嘴、微型超聲波探頭、噴嘴螺釘、接水口和緊固螺釘，微型超聲波探頭通過緊固螺釘固定在探頭架內，噴嘴通過噴嘴螺釘固定在探頭架末端，接水口連接在探頭架始端。
3.如權利要求2所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的噴嘴內開有錐形孔。
4.如權利要求2所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的探頭架內開有連接噴嘴和接水ロ的通水孔道，及其出線孔道。
5.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的支撐板包括上支板和下支板；所述同步帶裝置縱向固定安裝于上支板和下支板之間，磁流變液阻尼器安裝在上支板橫向末端和同步帶裝置上，編碼器安裝在下支板橫向末端和同步帶裝置上，上支板和下支板橫向始端連接在連接軸上。
6.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的同步帶裝置包括被動帶輪軸、小帶輪、同步帶、大帶輪、主動帶輪軸和軸承，小帶輪通過過盈配合安裝在被動帶輪軸上，大帶輪通過過盈配合安裝在主動帶輪軸上，同步帶連接大帶輪和小帶輪，被動帶輪軸通過小帶輪軸承安裝在上支板和下支板上，主動帶輪軸通過大帶輪軸承安裝在上支板和下支板上，主動帶輪軸通過聯(lián)軸器與探頭驅動伺服電機連接。
7.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的磁流變液阻尼器包括動圈、磁流變液、線圈、靜圈、連接螺釘、弾性擋圈和密封圈，動圈通過過盈配合安裝在被動帶輪軸上，線圈固定在靜圈內，靜圈通過連接螺釘固定在上支板上，靜圈和被動帶輪軸之間以及上支板和被動帶輪軸之間裝有密封圈，靜圈和上支板間充滿磁流變液。
8.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的編碼器為內孔式編碼器，編碼器固定在下支板上，編碼器還通過內孔與被動帶輪軸連接。
9.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的支板驅動伺服電機固定在連接盤上，通過鍵與連接軸連接，支板驅動伺服電機通過連接軸驅動整個支撐板旋轉。
10.如權利要求I所述的大曲率復合材料超聲自動探傷臂，其特征是，所述的控制単元與整個探傷系統(tǒng)的測控單元雙向通信，同時控制探頭驅動伺服電機、支板驅動伺服電機和磁流變液阻尼器，實現(xiàn)超聲波自動探傷。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大曲率復合材料超聲自動探傷臂，包括超聲波探頭部分、磁流變液阻尼器、編碼器、同步帶裝置、支撐板、連接軸、連接盤、探頭驅動伺服電機、支板旋轉伺服電機和控制單元；探傷臂安裝在具有單套或雙套X、Y、Z方向自由度的探傷設備上，通過測控單元能夠實現(xiàn)大曲率復合材料超聲波自動探傷。本發(fā)明所述的自動探傷臂具有結構緊湊、控制精度高和可對大曲率復合材料進行自動探傷等優(yōu)點。
文檔編號G01N29/26GK102662005SQ20121016371
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權日2012年5月24日
發(fā)明者楊富春 申請人:山東大學