超声检测五轴自动扫描系统

　　超声无损检测技术是一门综合性较强的边缘应用科学,在无损检测中占据着极其重要的地位。现代超声无损检测技术借助于计算机技术、回波频谱分析技术、电子技术、机电一体化技术等,向着数字化、图象化、智能化和自动化方向发展。在工业生产中,需要进行超声检测的产品或设备大多由平面、圆柱面、复杂曲面等组成,如何实现自动检测,从而提高检测的效率和可靠性,是超声无损检测研究的热点问题之一。对此本文研制开发了用于超声检测的五坐标自动扫描系统。将超声检测推向实用化、自动化,实现在线检测。

　　1　超声检测自动扫描系统的工作原理与构成

　　超声自动扫描系统是为自动检测平面、弧面、球面乃至复杂曲面的零部件而设计开发的,该系统由控制系统、伺服驱动系统、机械装置、超声波探伤仪等部分组成,其系统原理如图1所示。检测方法一般采用水浸探头进行检测,亦可采用直接接触法进行检测。首先将被检测零件的信息输入控制系统,控制系统进行编译处理,输出控制信号给伺服系统,伺服系统发出指令给机械系统,机械装置带动探头沿着与被检测零件表面法线相平行的方向进行扫描,获取正确的超声信号。扫描原理如图2所示。

　　2　自动扫描机械系统

　　自动扫描机械系统的作用是带动探头沿被检测零件表面运动,为了保证在检测过程中探头声束方向始终与零件上被检测点的法线重合,我们研制设计了五坐标运动系统,三个移动坐标控制探头检测点的空间位置,两个旋转坐标控制探头方向。五坐标机械装置结构如图3所示,导轨1、2、3分别完成三个直线方向的运动,转轴4、5分别完成两个旋转方向的运动。

　　2.1　直线运动构件

　　五坐标超声无损检测自动扫描装置水平面内的两个直线运动,采用电动机输出轴直接带动同步齿形带轮旋转,同步齿形带与动导轨相连,在静导轨上运动,从而实现将旋转运动转化成直线运动的目的,如图4所示。

　　垂直方向的直线运动采用同步齿形带与动导轨联接在一起,由电动机输出轴通过同步齿形带带轮带动同步齿形带,沿着静导轨上下运动,如图5所示。

　　2.2　旋转运动构件

　　自动扫描系统的两个旋转运动主要控制探头的方向,保证探头声束在被测点与被检测的表面相垂直,其运动的实现采用电机直接带动的方式,其结构简图如图6所示。其中B向运动由B向双轴伸步进电动机直接带动探头夹具体转动,A向运动由A向双轴伸步进电动机带动B向电动机及探头一起完成旋转运动。该种方式结构简单,属于单轴传动,对电动机及机械结构有较高的要求。