专利名称：一种大曲率复合材料超声自动探伤臂的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合材料超声波自动探伤，尤其涉及一种大曲率复合材料超声自动探伤臂。
背景技术：
自二十世纪三十年代利用超声波探测金属物体的内部缺陷以来，超声检测技术在工业领域获得了较快发展。在采用了计算机、微电子、传感及图像处理等新技术以后，超声检测技术以其独特的优点和广泛的应用性在无损检测领域占据着最重要的地位，成为目前用于复合材料(如航空结构件等)无损检测最为主要的方法。实现自动化扫描成像检测是目前国内外用于提高超声检测可靠性的一种主要方 法和技术途径。近年来，英、美等国也相继开发了大型超声成像检测系统或设备。现代的超声扫查装置也在向自动化和智能化方向发展。扫查装置是自动检测系统的基础部分，检测结果正确性、可靠性都依赖于扫查装置。从二十世纪九十年代以来，出现了各种智能检测机器人，已经形成了机器人检测的新时代以及工程检测机器人的系列与商业市场。由于超声检测原理和方法的复杂性，使得超声检测的对象多为形状简单的工件和曲率较小的曲面工件，主要为六轴联动扫查器(脉冲反射法检测时6轴即可，穿透法检测时至少10轴以上)配合曲面跟踪硬件或软件就可以实现超声检测。随着航空工业的发展，大量的大曲率复合材料获得广泛应用，而目前复合材料超声波探伤系统只能检测曲率较小的零件，尚未开发出大曲率半径超声自动探伤设备，主要原因是探头姿态自由度U、V上的结构复杂、尺寸大，无法适应大曲率半径工件的自动探伤，因此，利用原有的探伤设备，保留X、Y、Z自由度，改善探头姿态自由度U、V上的结构形式和控制方法，研发用于大曲率复合材料超声波自动探伤臂具有重要的实用价值。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种大曲率复合材料超声自动探伤臂，它具有结构紧凑、控制精度高、可用于大曲率复合材料自动探伤等优点。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。一种大曲率复合材料超声自动探伤臂，包括超声波探头部分、磁流变液阻尼器、编码器、同步带装置、支撑板、连接轴、连接盘、探头驱动伺服电机、支板旋转伺服电机和控制单元；所述同步带装置纵向固定安装于支撑板上，同步带装置横向末端安装超声波探头部分，磁流变液阻尼器和编码器安装在支撑板横向末端和同步带装置上，支撑板横向始端连接在连接轴上，连接轴固定连接在连接盘上，探头驱动伺服电机固定在支撑板上并驱动同步带装置，实现探头的旋转，连接盘内还设有驱动连接轴的支板旋转伺服电机，支板旋转伺服电机驱动连接轴能够实现支撑板的旋转，探伤臂安装在具有单套或双套X、Y、Z方向自由度的探伤设备上，通过测控单元能够实现大曲率复合材料超声波自动探伤。
所述的超声波探头部分包括探头架、喷嘴、微型超声波探头、喷嘴螺钉、接水口和紧固螺钉，微型超声波探头通过紧固螺钉固定在探头架内，喷嘴通过喷嘴螺钉固定在探头架末端，接水口连接在探头架始端。所述的喷嘴内开有锥形孔。所述的探头架内开有连接喷嘴和接水口的通水孔道，及其出线孔道。所述的支撑板包括上支板和下支板；所述同步带装置纵向固定安装于上支板和下支板之间，磁流变液阻尼器安装在上支板横向末端和同步带装置上，编码器安装在下支板横向末端和同步带装置上，上支板和下支板横向始端连接在连接轴上。 所述的同步带装置包括被动带轮轴、小带轮、同步带、大带轮、主动带轮轴和轴承，小带轮通过过盈配合安装在被动带轮轴上，大带轮通过过盈配合安装在主动带轮轴上，同步带连接大带轮和小带轮，被动带轮轴通过小带轮轴承安装在上支板和下支板上，主动带轮轴通过大带轮轴承安装在上支板和下支板上，主动带轮轴通过联轴器与探头驱动伺服电机连接。所述的磁流变液阻尼器包括动圈、磁流变液、线圈、静圈、连接螺钉、弹性挡圈和密封圈，动圈通过过盈配合安装在被动带轮轴上，线圈固定在静圈内，静圈通过连接螺钉固定在上支板上，静圈和被动带轮轴之间以及上支板和被动带轮轴之间装有密封圈，静圈和上支板间充满磁流变液。所述的编码器为内孔式编码器，编码器固定在下支板上，编码器还通过内孔与被动带轮轴连接。所述的支板驱动伺服电机固定在连接盘上，通过键与连接轴连接，支板驱动伺服电机通过连接轴驱动整个支撑板旋转。所述的控制单元与整个探伤系统的测控单元双向通信，同时控制探头驱动伺服电机、支板驱动伺服电机和磁流变液阻尼器，实现超声波自动探伤。本发明的有益效果
1、由于采用同步带进行传动，因此探头姿态误差较大，为此在探头旋转轴上增加了磁流变液阻尼器，通过调整线圈电流的大小来控制旋转轴的阻尼，结合探头旋转轴上的微型编码器和伺服驱动电机，可实现探头的精确定位，提高探伤精度；
2、采用了内孔式微型编码器和微型超声波探头，并将编码器和磁流变液阻尼器嵌入支撑架，可大大提高系统的结构紧凑性，扩展可探伤曲率范围；
3、采用同步带远距离驱动，减小了探伤臂和探头部分的结构尺寸，增大了探伤臂长度，可对大曲率复合材料进行超声自动探伤。
图I为大曲率复合材料超声自动探伤臂探伤示意图。图2为大曲率复合材料超声自动探伤臂的探头部分。图3为大曲率复合材料超声自动探伤臂的驱动部分。其中，I喷嘴，2微型超声波探头，3小带轮，4磁流变液，5密封圈，6小带轮轴承，7弹性挡圈，8动圈，9线圈，10连接螺钉，11静圈，12接水口，13上支板，14下支板，15被动带轮轴，16微型编码器，17探头架，18紧固螺钉，19喷嘴螺钉，20同步带，21大带轮，22大带轮轴承，23探头驱动伺服电机，24联轴器，25主动带轮轴，26支板固定螺钉，27轴承盖，28连接轴轴承，29连接轴，30键，31套筒，32支板驱动伺服电机，33连接盘，34控制单元。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。实施例I :
本实施例的大曲率复合材料超声自动探伤臂，包括超声波探头部分、磁流变液阻尼器、微型编码器16、同步带装置、支撑板、连接轴29、连接盘33、探头驱动伺服电机23、支板旋转伺服电机32和控制单元34 ;所述同步带装置纵向固定安装于支撑板上，同步带装置横向末端安装超声波探头部分，磁流变液阻尼器和微型编码器16安装在支撑板横向末端和同步带装置上，支撑板横向始端通过支板固定螺钉26连接在连接轴29上，连接轴29通过连接 轴轴承28固定连接在连接盘33上，连接盘33横向末端设有轴承盖27，探头驱动伺服电机23固定在支撑板上并驱动同步带装置，实现探头的旋转，连接盘33内还设有驱动连接轴29的支板旋转伺服电机32，支板旋转伺服电机32驱动连接轴29能够实现支撑板的旋转，探伤臂安装在具有单套或双套X、Y、Z方向自由度的探伤设备上，通过测控单元能够实现大曲率复合材料超声波自动探伤。所述的超声波探头部分包括探头架17、喷嘴I、微型超声波探头2、喷嘴螺钉19、接水口 12和紧固螺钉18，微型超声波探头2通过紧固螺钉18固定在探头架17内，喷嘴I通过喷嘴螺钉19固定在探头架17末端，接水口 12通过螺纹连接在探头架17始端。所述的喷嘴I内开有锥形孔。所述的探头架17内开有连接喷嘴I和接水口 12的通水孔道，及其出线孔道。所述的支撑板包括上支板13和下支板14 ;所述同步带装置纵向固定安装于上支板13和下支板14之间，磁流变液阻尼器安装在上支板13横向末端和同步带装置上，微型编码器16安装在下支板14横向末端和同步带装置上，上支板13和下支板14横向始端连接在连接轴29上。所述的同步带装置包括被动带轮轴15、小带轮3、同步带20、大带轮21、主动带轮轴25、小带轮轴承6和大带轮轴承22，小带轮3通过过盈配合安装在被动带轮轴15上，大带轮21通过过盈配合安装在主动带轮轴25上，同步带20连接大带轮21和小带轮3，被动带轮轴15通过小带轮轴承6安装在上支板13和下支板14上，主动带轮轴25通过大带轮轴承22安装在上支板13和下支板14上，主动带轮轴25通过联轴器24与探头驱动伺服电机23连接。所述的磁流变液阻尼器包括动圈8、磁流变液4、线圈9、静圈11、连接螺钉10、弹性挡圈7和密封圈5，动圈8通过过盈配合安装在被动带轮轴15上，线圈9固定在静圈11内，静圈11通过连接螺钉10固定在上支板13上，静圈11和被动带轮轴15之间以及上支板13和被动带轮轴15之间装有密封圈5，静圈11和上支板13间充满磁流变液4。所述的微型编码器16为内孔式编码器，微型编码器16固定在下支板14上，微型编码器16还通过内孔与被动带轮轴15连接。所述的支板驱动伺服电机32固定在连接盘33上，通过键30与连接轴29连接，支板驱动伺服电机32通过连接轴29驱动整个支撑板旋转。
所述的控制单元34与整个探伤系统的测控单元双向通信，同时控制探头驱动伺服电机23、支板驱动伺服电机32和磁流变液阻尼器，实现超声波自动探伤。微型编码器16的信号、微型超声波探头2的信号、线圈9的电流、探头驱动伺服电机23、支板驱动伺服电机32均通过控制单元34控制。自动探伤臂通过连接盘33安装在具有X、Y、Z方向自由度的探伤机上，采用超声波反射法，通过探伤机的测控单元和控制单元34可实现大曲率复合材料的超声波自动探伤。实施例2
可以将两套实施例I的自动探伤臂通过连接盘33安装在具有两套X、Y、Z方向自由度的探伤机上，采用超声波透射法，通过探伤机的测控单元和控制单元34可实现大曲率复合材料的超声波自动探伤。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式
进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
权利要求
1.ー种大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，包括超声波探头部分、磁流变液阻尼器、编码器、同步带装置、支撑板、连接轴、连接盘、探头驱动伺服电机、支板旋转伺服电机和控制单元；所述同步带装置纵向固定安装于支撑板上，同步带装置横向末端安装超声波探头部分，磁流变液阻尼器和编码器安装在支撑板横向末端和同步带装置上，支撑板横向始端连接在连接轴上，连接轴固定连接在连接盘上，探头驱动伺服电机固定在支撑板上并驱动同步带装置，实现探头的旋转，连接盘内还设有驱动连接轴的支板旋转伺服电机，支板旋转伺服电机驱动连接轴能够实现支撑板的旋转，探伤臂安装在具有单套或双套X、Y、Z方向自由度的探伤设备上，通过测控単元能够实现大曲率复合材料超声波自动探伤。
2.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的超声波探头部分包括探头架、喷嘴、微型超声波探头、喷嘴螺钉、接水口和紧固螺钉，微型超声波探头通过紧固螺钉固定在探头架内，喷嘴通过喷嘴螺钉固定在探头架末端，接水口连接在探头架始端。
3.如权利要求2所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的喷嘴内开有锥形孔。
4.如权利要求2所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的探头架内开有连接喷嘴和接水ロ的通水孔道，及其出线孔道。
5.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的支撑板包括上支板和下支板；所述同步带装置纵向固定安装于上支板和下支板之间，磁流变液阻尼器安装在上支板横向末端和同步带装置上，编码器安装在下支板横向末端和同步带装置上，上支板和下支板横向始端连接在连接轴上。
6.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的同步带装置包括被动带轮轴、小带轮、同步带、大带轮、主动带轮轴和轴承，小带轮通过过盈配合安装在被动带轮轴上，大带轮通过过盈配合安装在主动带轮轴上，同步带连接大带轮和小带轮，被动带轮轴通过小带轮轴承安装在上支板和下支板上，主动带轮轴通过大带轮轴承安装在上支板和下支板上，主动带轮轴通过联轴器与探头驱动伺服电机连接。
7.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的磁流变液阻尼器包括动圈、磁流变液、线圈、静圈、连接螺钉、弾性挡圈和密封圈，动圈通过过盈配合安装在被动带轮轴上，线圈固定在静圈内，静圈通过连接螺钉固定在上支板上，静圈和被动带轮轴之间以及上支板和被动带轮轴之间装有密封圈，静圈和上支板间充满磁流变液。
8.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的编码器为内孔式编码器，编码器固定在下支板上，编码器还通过内孔与被动带轮轴连接。
9.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的支板驱动伺服电机固定在连接盘上，通过键与连接轴连接，支板驱动伺服电机通过连接轴驱动整个支撑板旋转。
10.如权利要求I所述的大曲率复合材料超声自动探伤臂，其特征是，所述的控制単元与整个探伤系统的测控单元双向通信，同时控制探头驱动伺服电机、支板驱动伺服电机和磁流变液阻尼器，实现超声波自动探伤。
全文摘要
本发明公开了一种大曲率复合材料超声自动探伤臂，包括超声波探头部分、磁流变液阻尼器、编码器、同步带装置、支撑板、连接轴、连接盘、探头驱动伺服电机、支板旋转伺服电机和控制单元；探伤臂安装在具有单套或双套X、Y、Z方向自由度的探伤设备上，通过测控单元能够实现大曲率复合材料超声波自动探伤。本发明所述的自动探伤臂具有结构紧凑、控制精度高和可对大曲率复合材料进行自动探伤等优点。
文档编号G01N29/26GK102662005SQ20121016371
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者杨富春 申请人:山东大学