串并联自动化超声波探伤及缺陷复检设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声波无损检测领域，特别涉及一种串并联自动化超声波探伤及缺陷复检设备。
技术背景
[0002]在机械工业领域，为保证工件的质量安全，出厂前或服役过程中需对其进行超声波无损检测。随着我国工业的不断发展，最初的手工超声波无损探伤正逐渐被自动化超声波探伤所替代，相比手工探伤，自动化探伤具有效率高、准确度高、无人为误差等优点。机械自动化探伤设备中关键技术在于探头架设计，探头架直接夹持超声波探头与工件相接触，在自动探伤中为保证超声波能顺利入射进入工件，需保证探头与工件表面始终耦合良好。对于复杂的曲面工件，探头架需要具有足够的自由度适应工件表面形状的变化，并有较高的稳定性。中国发明专利(公告号:CN101916599A)公开了一种核反应堆压力容器安全端焊缝超声波检查设备的探头架，该设备探头架具有三个随动自由度，以适应工件曲面形状。中国发明专利(公告号:CN101788535A)公开了一种螺旋焊管焊缝探头架，该探头架在探头夹持端提供升降和角度旋转两个自由度，以适应焊管表面形状，目前机械化自动探伤设备探头架多为串联形式探头架，串联式探头架刚度和稳定性较差，对探头和工件表面的耦合有一定的影响。
[0003]目前的自动化超声波探伤设备，特别是核电、加氢等大型压力容器领域的自动化超声波探伤设备，自动化程度相对较低，主要体现在对工件进行自动化超声波探伤时，系统检测到缺陷后，只能对缺陷的位置进行记录并在工件上标记，仍需由人工对缺陷当量大小进行具体复检。对于直探头缺陷复检，需要改变直探头相对缺陷的位置，并连续轻微偏斜直探头，改变直探头姿态，寻找最大缺陷回波，以最大回波确定缺陷当量大小。对于斜探头缺陷复检，需要改变斜探头相对缺陷的位置和斜探头探测方向，以获得最大回波。由于人为误差，对缺陷进行复检时，往往找不到缺陷的最大回波，且人工复检效率较低，严重限制了工件生产效率。
【发明内容】
[0004]基于上述问题，本发明将并联机构应用于自动化超声波探伤领域，提出一种串并联自动化超声波探伤及缺陷复检设备，本发明可适用于自动化超声波探伤和自动化缺陷复检，具有精度高，刚度大，结构稳定等优点。
[0005]本发明的技术方案具体如下:
[0006]一种串并联自动化超声波探伤及缺陷复检设备，由两自由度串联移动平台，粗调单元，3-RPCU并联探头架，混联探头架组成。所述两自由度串联移动平台由底座、纵向导轨、横向导轨、滑台、纵向电机、横向电机构成，其中:两条纵向导轨相互平行布置在底座上，并与底座固连，横向导轨垂直于纵向导轨安装在两条纵向导轨上，并可沿纵向导轨滑动，由固连在纵向导轨上的纵向电机驱动，滑台与横向导轨配合连接，并可沿横向导轨滑动，由固连在横向导轨上的横向电机驱动。
[0007]所述粗调单元由粗调导轨、粗调滑块、中间连杆、末端连杆构成，其中:粗调导轨轴线垂直于底座并与滑台固连，粗调滑块配合安装在粗调导轨上，并可沿粗调导轨移动形成移动副，且该移动副可锁死；中间连杆与粗调滑块间铰接形成转动副，且该转动副可锁死；末端连杆与中间连杆铰接形成转动副，且该转动副可锁死。
[0008]所述3-RP⑶并联探头架由第一支链、第二支链、第三支链、定平台、直探头壳组成，其中:定平台与末端连杆通过移动副连接，且该移动副可锁死；三条支链结构相同，从定平台到直探头壳之间依次由铰链、直线电机、联轴器、弹性挺杆、万向节组成。直线电机尾端与定平台间通过铰链连接，铰链轴线平行于定平台，且三个铰链轴线互不平行，也不汇交于一点；直线电机输出端与弹性挺杆尾端通过联轴器固连，且两者轴线共线，弹性挺杆的输出杆与万向节固连，万向节与直探头壳之间固连；弹性挺杆由输出杆、导向块、挺杆腔、弹簧组成，挺杆腔内装有弹簧，挺杆腔开口端装有导向块，导向块与挺杆腔固定连接，输出杆由导向块中间通孔处穿出，输出杆相对挺杆腔具有移动和转动自由度，弹性挺杆为从动件，当输出杆受轴向压力时，挺杆腔内的弹簧被压缩，施加给输出杆一轴向反弹力；三个万向节在直探头壳圆周上均布，且三个万向节中心处在同一平面内，直探头安装在直探头壳内，与直探头壳之间固连。
[0009]所述混联探头架由第一支链、第二支链、第三支链、转动平台、斜探头壳、换向电机组成，其中:转动平台与换向电机机身固连，换向电机输出轴为四棱柱形，输出轴由转动平台中心处的通孔穿出与末端连杆连接形成移动副，且该移动副可锁死；三条支链结构相同，从转动平台到斜探头壳之间依次由铰链、弹性挺杆、万向节组成。弹性挺杆尾端与转动平台间通过铰链连接，铰链轴线平行于转动平台，且三个铰链轴线互不平行，也不汇交于一点；弹性挺杆输出杆具有移动和转动自由度，相当于圆柱副，弹性挺杆为从动件，当输出杆受轴向压力时，弹性挺杆压缩，并提供轴向反弹力，弹性挺杆输出杆与万向节固连，万向节与斜探头壳固连，斜探头安装在斜探头壳内，与斜探头壳之间固连。
[0010]直探头自动化超声波探伤及缺陷复检时，采用3-RP⑶并联探头架夹持超声波直探头工作。自动化超声波探伤时:3-RPCU并联探头架中直线电机锁死，此时3-RPCU并联探头架退化为3-RCU并联探头架，由于弹性挺杆为从动件，此时探头架具有两转一移三个随动自由度，其中两个转动自由度使直探头适应工件表面的曲率变化，移动自由度使直探头适应工件的径向跳动；两自由度串联移动平台工作，带动直探头在工件表面往复移动，对工件进行自动化超声波探伤。自动化缺陷复检时:两自由度串联移动平台工作，根据自动探伤时记录的缺陷位置，移动直探头寻找最大缺陷回波位置；3-RPCU并联探头架中直线电机工作，三条支链中直线电机伸缩量不同，对支链与直探头壳三个连接点处施加的压力将不同，从而连续、稳定改变直探头相对工件表面的姿态，通过缺陷回波反馈控制，寻找最大缺陷回波。
[0011]斜探头自动化超声波探伤及缺陷复检时，采用混联探头架夹持超声波斜探头工作。自动化超声波探伤时:换向电机锁死，此时混联探头架退化为3-RCU并联探头架，由于弹性挺杆为从动件，此时探头架具有两转一移三个随动自由度，其中两个转动自由度使斜探头适应工件表面的曲率变化，移动自由度使斜探头适应工件的径向跳动；两自由度串联移动平台工作，带动斜探头在工件表面往复移动，对工件进行自动化超声波探伤。自动化缺陷复检时:两自由度串联移动平台工作，根据自动探伤时记录的缺陷位置，移动斜探头寻找最大缺陷回波位置；混联探头架中换向电机工作，连续改变斜探头探测方向，通过缺陷回波反馈控制，寻找最大缺陷回波。
[0012]本发明有益效果:将3-RCU并联机构引入到探头架设计，并联探头架刚度大，结构稳定，抗干扰能力强；在3-RCU并联探头架中，采用随动圆柱副，使探头架具有两转一移三个随动自由度，可适用于复杂曲面工件自动化探伤；对于直探头探头架，在3-RCU并联机构基础上，在每个支链中引入一个主动移动副，在保证探头与工件耦合的同时，可连续稳定改变直探头姿态，自动完成缺陷复检；对于斜探头探头架，在3-RCU并联机构基础上串联一主动转动副，可主动改变斜探头扫查方向，自动完成缺陷复检。
【附图说明】
[0013]图1是本发明立体结构示意图；
[0014]图2是本发明3-RP⑶并联探头架结构示意图；
[0015]图3是本发明混联探头架结构示意图；
[0016]图4是本发明3-RP⑶并联探头架第一支链结构示意图；
[0017]图5是本发明弹性挺杆结构示意图；
[0018]图中:1.底座，(2、2^ ).纵向导轨，3.横向导轨，4.定平台，5.末端连杆，6.中间连杆，7.粗调滑块，8.粗调导轨，9.滑台，10.纵向电机，11.横向电机，(12、12^、12 "、20、20'、20 " ).铰链，(13、13'、13 " ).直线电机，(14、14'、14 " ).联轴器，(15、15'、15丨丨、21、21'、21丨丨).弹性挺杆，(16、16'、16丨丨、22、22'、22丨丨).万向节，17.直探头，18.直探头壳，19.转动平台，23.斜探头，24.斜探头壳，25.换向电机，26.输出杆，27.导向块，28.挺杆腔，29.弹簧。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
[0020]如图1、图2、图3所示，一种串并联自动化超声波探伤及缺陷复检设备，由两自由度串联移动平台，粗调单元，3-RPCU并联探头架，混联探头架组成。所述两自由度串联移动平台由底座1、纵向导轨(2、2^ )、横向导轨3、滑台9、纵向电机10、横向电机11构成，其中:两条纵向导轨(2、2')平行布置在底座I上，并与底座I固连，横向导轨3垂直于纵向导轨{2,2')安装在两条纵向导轨上，并可沿纵向导轨滑动，由固连