一种超声换能器自动校准装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声换能器自动校准装置，属于机械设计与无损检测技术领域，移动机构由纵向移动框架、横向移动框架、竖向移动框架组成三层框架结构，移动机构位于水槽上部与安装框架固连；水槽固定在安装框架内，换能器安装框架通过角铁固定支撑在水槽内底部，换能器支架固定在换能器安装框架的中间部位,试块固定架安装在水槽内底部，液位计安装在水槽的外侧壁上。移动机构控制竖向移动电机、横向移动电机、纵向移动电机、摆动电机、旋转电机联动,实现超声换能器的五轴运动准确定位,保证校准测量精度。换能器自动校准装置具有结构简单易于操作的特点，校准测量过程全自动、无接触，检测精度高，提高了校准结果的可靠性。
【专利说明】
一种超声换能器自动校准装置
技术领域
[0001]本发明涉及机械设计与超声探伤无损检测技术领域，具体地说，涉及一种超声换能器自动校准装置。
【背景技术】
[0002]依据中华人民共和国国家计量技术规范JJF1294-2011《超声探伤仪换能器校准规范》，超声换能器是在超声频率范围内将电能转化为机械能和/或将机械能转化为电能的装置。超声换能器一般可分为直探头和斜探头。超声换能器校准参数包括脉冲宽度、中心频率、相对带宽、相对脉冲回波灵敏度、斜探头入射点和斜探头声束角度。超声换能器校准参数是影响超声换能器性能的重要因素，超声换能器的性能是影响超声探伤无损检测结果的重要因素。
[0003]目前行业中校准超声换能器还是采用传统的办法，即首先用探伤仪激励超声换能器，然后手动移动超声换能器在标准试块上的位置，接着用高分辨率的示波器采集超声回波并进行FFT变换，最后通过人眼读出示波器上时域和频域的参数并依据计量技术规范JJF1294-2011得出校准参数的结果。一个校准超声换能器的机构在校准超声换能器时工作量非常大，需要耗费大量的时间，都是由人工来完成，而且人眼校准极容易造成疲劳误差，直接影响超声换能器校准的效率和精度。
[0004]现有公开的技术文献中，国内外研究人员利用超声信号发生器代替探伤仪激励超声换能器，利用带存储功能的采集设备代替示波器，采用人工手动移动超声换能器校准位置的方法进行校准，但这种方法还是没有实现校准过程自动化，极易带来校准误差，难以保证校准结果的可靠性。
【发明内容】
[0005]为了避免现有技术存在的不足，克服传统的人工校准超声换能器方法校准结果误差大的缺陷，本发明提出一种超声换能器自动校准装置。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括水槽、安装框架、移动机构、超声换能器，其特征在于所述水槽包括水槽顶部安装框、液位计、换能器支架、进水阀、出水阀、试块固定架、换能器安装框架，水槽位于安装框架内通过水槽顶部安装框与安装框架固连，换能器安装框架通过角铁固定支撑在水槽内底部，换能器支架固连在换能器安装框架的中间部位，试块固定架固定在水槽内底部，换能器支架与试块固定架同轴安装，液位计固定在水槽内侧壁上，进水阀位于水槽的上部，出水阀安装在水槽底部;超声换能器位于换能器支架上;所述移动机构包括摆动杆、摆动电机、旋转杆、安装块、直线导轨、齿条、纵向移动电机、纵向移动框架、横向移动电机、横向移动丝杠、竖向移动框架、旋转电机、横向移动框架、横向移动轴杠、竖向移动丝杠、竖向移动轴杠、竖向移动电机，所述移动机构由纵向移动框架、横向移动框架、竖向移动框架组成三层框架结构，移动机构位于水槽上部与安装框架固连，直线导轨与安装块固连在水槽顶部安装框的两侧框上，齿条与直线导轨并行安装，所述纵向移动电机固定在齿条侧端，纵向移动框架位于纵向移动电机的上面，通过纵向移动电机驱动连接在同轴杠上两端的齿轮沿齿条移动;所述横向移动电机通过齿轮与横向移动丝杠连接，横向移动丝杠连接在横向移动框架侧面下部，横向移动轴杠连接在横向移动框架侧面上部，横向移动电机通过齿轮驱动横向移动丝杠带动横向移动框架移动;所述竖向移动电机通过齿轮与竖向移动丝杠连接，竖向移动丝杠与竖向移动轴杠分别穿过竖向移动框架，且位于竖向移动框架内两侧平行同向安装，竖向移动电机通过齿轮驱动竖向移动丝杠带动竖向移动框架移动;所述旋转杆上端安装在竖向移动框架内，旋转电机与旋转杆连接，旋转杆旋转角度为360°;所述摆动电机固定在旋转杆底端侧部，摆动杆与摆动电机输出轴连接，摆动杆摆动角度为±90°。
[0007]所述水槽采用不锈钢材料。
[0008]所述安装框架为角钢焊接框架，安装框架四周采用不锈钢材料包裹。
[0009]有益效果
[0010]本发明超声换能器自动校准装置，属于机械设计与无损检测技术领域，移动机构位于水槽的上部与安装框架固连;水槽位于安装框架内，换能器安装框架通过角铁固定支撑在水槽内底部，换能器支架固定在换能器安装框架的中间部位，试块固定架固定在水槽内底部。移动机构采用高精度数据采集卡，转换速率200MS/S，控制竖向移动电机、横向移动电机、纵向移动电机、摆动电机、旋转电机联动，在竖直方向每10mm距离误差小于± 0.1mm，在横向、纵向位移精度为±0.5mm，角度轴位移精度分别为±0.1°，实现超声换能器的五轴运动准确定位，保证校准测量精度。
[0011]本发明超声换能器自动校准装置具有结构简单、易于操作的特点，校准测量过程全自动、无接触，检测精度高，提高了校准结果的可靠性。
【附图说明】
[0012]下面结合附图和实施方式对本发明一种超声换能器自动校准装置作进一步详细说明。
[0013]图1为本发明超声换能器自动校准装置结构示意图。
[0014]图2为本发明超声换能器自动校准装置的移动机构示意图。
[0015]图3为本发明超声换能器自动校准装置的移动机构侧视图。
[0016]图4为本发明超声换能器自动校准装置的水槽示意图。
[0017]图5为本发明超声换能器自动校准装置的水槽结构示意图。
[0018]图中:
[0019]1.摆动杆2.摆动电机3.旋转杆4.水槽顶部安装框5.安装块6.直线导轨7.齿条8.纵向移动电机9.纵向移动框架10.横向移动电机11.横向移动丝杠12.竖向移动框架13.旋转电机14.横向移动框架15.横向移动轴杠16.竖向移动丝杠17.竖向移动轴杠18.竖向移动电机19.水槽20.换能器支架21.安装框架22.进水阀23.角铁24.出水阀25.试块固定架26.钢板27.换能器安装框架28.液位计
【具体实施方式】
[0020]本实施例是一种超声换能器自动校准装置。[0021 ]参阅图1?图5，本实施例超声换能器自动校准装置由水槽19、安装框架21、移动机构和超声换能器组成;水槽19包括水槽顶部安装框4、液位计28、换能器支架20、进水阀22、角铁23、出水阀24、试块固定架25、钢板26、换能器安装框架27，水槽19固定在安装框架21内通过水槽顶部安装框4与安装框架21固定连接;换能器安装框架27通过角铁23固定支撑在水槽19内底部，换能器支架20固连在换能器安装框架27的中间部位，试块固定架25安装在水槽内底部，用来固定不同类型试块，换能器支架20与试块固定架25同轴安装。液位计28固定在水槽的内侧壁上，实时测量水槽内液位。进水阀22安装在水槽19的上部，出水阀22安装在水槽19底部;超声换能器安装在换能器支架20上。水槽19采用不锈钢材料;安装框架21为角钢焊接框架，安装框架21四周采用不锈钢材料包裹。
[0022]本实施例中，移动机构包括摆动杆1、摆动电机2、旋转杆3、安装块5、直线导轨6、齿条7、纵向移动电机8、纵向移动框架9、横向移动电机1、横向移动丝杠11、竖向移动框架12、旋转电机13、横向移动框架14、横向移动轴杠15、竖向移动丝杠16、竖向移动轴杠17、竖向移动电机18;移动机构由纵向移动框架9、横向移动框架14、竖向移动框架12组成三层框架结构，移动机构位于水槽上部与安装框架21固定连接。直线导轨6与安装块5固连在水槽顶部安装框4的两侧框上，齿条7与直线导轨6并行安装。纵向移动电机8分别固定在齿条侧端，纵向移动框架9安装在纵向移动电机8的上面，并通过纵向移动电机8驱动连接在同一轴杠上两端的齿轮沿齿条7移动。横向移动电机10通过齿轮与横向移动丝杠11连接，横向移动丝杠11与横向移动框架14下侧面连接，横向移动轴杠15与横向移动框架14上侧面连接，横向移动电机10通过齿轮驱动横向移动丝杠11并带动横向移动框架14移动。竖向移动电机18通过齿轮与竖向移动丝杠16连接，竖向移动丝杠16与竖向移动轴杠17分别穿过竖向移动框架12，且位于竖向移动框架12内两侧平行同向安装，竖向移动电机18通过齿轮驱动竖向移动丝杠16带动竖向移动框架12移动。旋转杆3上端安装在竖向移动框架12内，旋转电机13与旋转杆3连接，旋转杆3旋转角度范围为360°。摆动电机2固定在旋转杆3内底端侧部，摆动杆I与摆动电机2输出轴连接，摆动杆I摆动角度范围为±90°。校准过程中，摆动杆I与换能器支架20连接，超声换能器安装在换能器支架20上。
[0023]本实施例中，纵向移动采用齿轮齿条传动方式，通过纵向移动电机8带动连接在一个轴杠两端的齿轮沿着两端的齿条移动，带动横向移动框架14移动，纵向行程为750mm，纵向位移精度± 0.5mm;横向和竖向移动采用丝杠、轴杠传动方式，横向移动电机10安装在横向移动丝杠11端部，通过横向移动丝杠11转动带动竖向移动框架12作横向移动;竖向移动电机18安装在竖向移动丝杠16顶部，通过竖向移动丝杠16转动带动Θ轴运动框架上下移动；横向行程为850mm，竖向行程为650mm，横向、竖向位移精度土 0.5mm，竖直方向每10mm距离误差为±0.1mm； Θ轴传动采用旋转电机直接驱动旋转杆方式，Θ轴旋转通过安装在小框架顶部的旋转电机13直接带动换能器旋转杆实现，旋转角度为360°，位移精度±0.1° ;Φ轴转动采用摆动电机2直接驱动摆动杆方式，Φ轴摆动通过安装在换能器旋转杆3下端的摆动电机2直接带动换能器摆动杆I实现，摆动角度±90°，位移精度±0.1°。横向移动框架14、纵向移动框架9、竖向移动框架12和Θ轴框架上均设置有零点开关与端部限位开关，保证设备安全运动。
[0024]操作过程
[0025]本实施例中，操作人员在超声换能器校准作业时，通过计算机中的控制软件自动规划最优的超声换能器运动路径，计算机通过PCI运动控制卡控制竖向移动电机18、横向移动电机1、纵向移动电机8、摆动电机2、旋转电机13。竖向移动电机18驱动竖向移动框架12带动旋转杆3上下移动，旋转杆3带动摆动杆I上下移动，摆动杆I带动换能器支架20上下移动，实现超声换能器在竖直方向的上下移动。横向移动电机1驱动横向移动框架14，横向移动框架14带动竖向移动框架12作横向移动，竖向移动框架12带动旋转杆3作横向移动，旋转杆3带动摆动杆I和换能器支架20作横向移动，实现超声换能器在横向的移动。纵向移动电机8驱动纵向移动框架9作纵向移动，纵向移动框架9带动竖向移动框架12作纵向移动，竖向移动框架12带动旋转杆3作纵向移动，旋转杆3带动摆动杆I和换能器支架20作纵向移动，实现超声换能器在纵向的移动。摆动电机2驱动摆动杆I带动换能器支架20上下摆动，实现超声换能器在Φ轴上±90°范围内上下摆动。旋转电机13驱动旋转杆3旋转，旋转杆3带动摆动杆I和换能器支架20旋转，实现超声换能器在Θ轴上360°范围内转动。调节试块固定架25改变试块位置。打开进水阀22向水槽19内注入水，根据液位计28的显示，使试块浸没在水中。超声换能器通过竖向移动、横向运动、纵向运动、上下摆动和旋转运动移动到试块的规定位置进行校准。校准测量结果实时显示，并自动生成报表和合格证书。
[0026]超声换能器自动校准装置配置有光电开关和行程开关，以保证测量过程中的设备和操作人员安全。采用超声换能器自动校准装置代替人工自动完成超声换能器校准工作。在实际操作中较采用传统人工校准的方法校准同一个超声换能器减少了一半的时间，测量过程全自动、无接触，检测精度高，提高了校准效率。而且，超声换能器自动校准装置采用高精度的数据采集卡采集数据，通过计算机计算结果，操作界面友好，提高了校准精度和可靠性。
【主权项】
1.一种超声换能器自动校准装置，包括水槽、安装框架、移动机构、超声换能器，其特征在于:所述水槽包括水槽顶部安装框、液位计、换能器支架、进水阀、出水阀、试块固定架、换能器安装框架，水槽位于安装框架内通过水槽顶部安装框与安装框架固连，换能器安装框架通过角铁固定支撑在水槽内底部，换能器支架固连在换能器安装框架的中间部位，试块固定架固定在水槽内底部，换能器支架与试块固定架同轴安装，液位计固定在水槽内侧壁上，进水阀位于水槽的上部，出水阀安装在水槽底部;超声换能器位于换能器支架上;所述移动机构包括摆动杆、摆动电机、旋转杆、安装块、直线导轨、齿条、纵向移动电机、纵向移动框架、横向移动电机、横向移动丝杠、竖向移动框架、旋转电机、横向移动框架、横向移动轴杠、竖向移动丝杠、竖向移动轴杠、竖向移动电机，所述移动机构由纵向移动框架、横向移动框架、竖向移动框架组成三层框架结构，移动机构位于水槽上部与安装框架固连，直线导轨与安装块固连在水槽顶部安装框的两侧框上，齿条与直线导轨并行安装，所述纵向移动电机固定在齿条侧端，纵向移动框架位于纵向移动电机的上面，通过纵向移动电机驱动连接在同轴杠上两端的齿轮沿齿条移动;所述横向移动电机通过齿轮与横向移动丝杠连接，横向移动丝杠连接在横向移动框架侧面下部，横向移动轴杠连接在横向移动框架侧面上部，横向移动电机通过齿轮驱动横向移动丝杠带动横向移动框架移动;所述竖向移动电机通过齿轮与竖向移动丝杠连接，竖向移动丝杠与竖向移动轴杠分别穿过竖向移动框架，且位于竖向移动框架内两侧平行同向安装，竖向移动电机通过齿轮驱动竖向移动丝杠带动竖向移动框架移动;所述旋转杆上端安装在竖向移动框架内，旋转电机与旋转杆连接，旋转杆旋转角度为360°;所述摆动电机固定在旋转杆底端侧部，摆动杆与摆动电机输出轴连接，摆动杆摆动角度为±90°。2.根据权利要求1所述的超声换能器自动校准装置，其特征在于:所述水槽采用不锈钢材料。3.根据权利要求1所述的超声换能器自动校准装置，其特征在于:所述安装框架为角钢焊接框架，安装框架四周采用不锈钢材料包裹。
【文档编号】G01N29/30GK105866256SQ201610189339
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】孙景峰, 刘慧英, 冯严波, 舒蓉, 王南军, 高晓彤, 陈琳, 傅宇航, 刘华兵
【申请人】西北工业大学