超声水浸检测系统机械扫描装置的研制

　　1　概述

　　受中国南方航空动力机械公司的委托,中国科学院武汉物理与数学所与湖北省机电研究设计院历经两年共同研制了一套较高水平的超声水浸检测系统,其工作原理如图1所示。由超声探伤仪发出的脉冲信号加到超声换能器上,通过水介质(工件放在水中),将发射出的超声波入射到被检工件上并在工件内传播,经过底部或工件内不连续处反射,反射回来的信号经接收电路放大后再由同步控制电路启动高速数据通道,与此同时,同步控制电路启动由机械扫描控制电路控制的机械扫描装置对工件进行已编程的自动扫描,扫描收到的回波信号被高速采样并被高速存储,然后通过I/C接口送到微机系统实现A、B、C成像,并在显示器上显示或被拷贝,从而判别工件的内在质量。

　　该系统主要由机械扫描装置、成像装置、超声探伤仪、计算机及软件、控制电路等组成。除机械扫描装置由湖北省机电研究设计院承担之外,其余均由中国科学院武汉物理与数学所负责。本文主要对该系统中的执行机构——机械扫描装置作一简单介绍。

　　2　机械扫描装置

　　2.1　主要结构

　　机械扫描装置主要由三坐标部件、转盘部件、探头部件、水箱及机架四部分组成,如图2所示,现分述如下:

　　2.1.1　三坐标部件

　　三坐标部件实现X、Y、Z三个方向的步进扫描运动。X、Y方向采用滚珠丝杠和两侧导向的运行方式,步进电机与丝杠相连。Z方向采用蜗轮蜗杆加齿轮齿条的运行方式。驱动电机为:90BF006步进电机;步距角:0.36°/0.72°;电压:24V;最大静转矩:2.156NM;最高空载启动频率:2400Hz;最大频率4800Hz;分配方式:5相10拍。除电机驱动外,三个方向均可实现手动,其中Y、Z方向电机为双轴伸,X方向为单出轴,手动手柄在丝杆的另一端,为方便操作,Y方向丝杠的另一端也配有手动手柄。整个三坐标部件固定在水箱上方,仅与Z方向相接的探头部件伸入水中。工作中,既可在X、Y、Z三个方向作单独的扫描运动,也可实现复合的扫描动作。

　　2.1.2　转盘部件

　　转盘部件实现对工件的夹持、定心及旋转运动。转盘直径530mm,置于水箱内,由90BF002步进电机驱动。步距角:0.75°/1.5°;电压:80V;最大静转矩:3.92NM;最高空载启动频率:380Hz;最大频率:16000Hz;分配方式:5相10拍。转盘的传动方式为:电机→锥齿轮减速箱→同步带轮传动→转盘主轴,第一级速比为1∶3,第二级速比为1∶2,总速比为6。转盘面的三个卡具采用三根同步丝杆和锥齿轮传动副的夹持方式,转动其中的任何一个丝杆手柄,即可实现三卡同时向转盘中心方向的同步移动以夹持工件,并可使工件的回转中心与转盘的回转中心保持较高的同轴度。