用于水浸式和接触式探头评估的全自动多参数测量装置的制作方法

本发明涉及一种超声探头评估装置，特别涉及一种用于水浸式和接触式探头评估的全自动多参数测量装置。

背景技术：

在超声波检测的使用中，探头的性能可能会出现变化，为了确保系统中使用的探头性能参数始终符合产品的检测要求，厂家需要定期对超声波探头的性能进行评估。

比较常见的探头包括接触式探头和水浸式探头：

接触式探头评估要求系统将接触式探头压在试块工装上的特定试块表面，并实时供给耦合剂，在探头评估过程中要求系统能够控制探头在表面进行移动并进行探头的旋转操作；在每个试块内部设有特定反射体，在评估过程中实时对反射体的回波进行采集并成像，最终得出探头评估参数。

水浸式探头评估要求在水槽内摆放特定尺寸的球靶，探头评估过程要求系统可将探头指向球靶并在一定区域内移动，并在移动过程中实时获取球靶的反射回波，最终得到探头的参数。

目前国内探头的生产厂家及大量使用探头的厂家都是人工手动校准探头，缺乏探头性能评估方面的专用设备，人工手动校准会由于耦合和人为等因素对校准产生偏差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于水浸式和接触式探头评估的全自动多参数测量装置，结构简单紧凑，灵活性好，检测准确度高，能够按照探头性能评估标准的要求完成探头性能评估，既能够评估接触式探头又能够评估水浸式探头。

本发明的技术方案是：

一种用于水浸式和接触式探头评估的全自动多参数测量装置，包括：

基本框架，用于形成整个装置的主体和支撑部分；

x轴移动机构，安装在所述基本框架上，设有能够沿x轴方向上直线运动的x轴移动件，用于探头在x轴方向上的调节；

y轴移动机构，安装在所述x轴移动件上，设有能够沿y轴方向直线运动的y轴移动件，用于探头在y轴方向上的调节；

z轴移动机构，安装在所述y轴移动件上，设有能够沿z轴方向直线运动的z轴移动件，用于探头在z轴方向上的调节，z轴移动件上设有探头安装结构，用于安装探头；

接触式探头试块装置，设置在所述基本框架上，用于接触式探头对相关试块的标准探测，固定安装有若干接触式探头评估用的接触式探头标定试块；

水浸式探头试块装置，设置在所述基本框架上，用于水浸式探头对相关试块的标准探测，固定安装有若干水浸式探头评估用的水浸式探头标定试块，所述水浸式探头标定试块包括球靶和石英块。

所述接触式探头试块装置包括接触式探头试块框架和接触式探头试块安装板，所述接触式探头试块框架以固定或可拆卸的方式连接在所述基本框架上，所述接触式探头试块安装板安装在所述接触式探头试块框架的上部，所述接触式探头标定试块设置在所述接触式探头试块安装板上，各所述接触式探头标定试块的上表面与所述接触式探头试块安装板的上表面处于同一平面。

所述z轴移动件以上下直线运动的方式安装在所述y轴移动件上，所述z轴移动件包括接触式探头z轴移动件和水浸式探头z轴移动件，所述接触式探头z轴移动件和所述水浸式探头z轴移动件的底部分别设有接触式探头安装结构和水浸式探头安装结构：

所述接触式探头安装结构包括竖直空心轴，所述空心轴内设有正反转电机和减速机构，所述空心轴底端转动连接有横梁，所述横梁的下侧两端分别设有弹性伸缩轴，两个所述弹性伸缩轴之间设有转动连接的探头外框，所述探头外框内设有转动连接的探头内框，所述探头内框的转轴与所述探头外框的转轴互相垂直，所述探头内框内设有两个用于夹持探头的夹片，所述夹片的两端分别通过设置在内框壁上的导轨滑动连接在所述探头内框内，至少在一侧所述导轨处设有刻度条，所述夹片的外侧设有用于调节夹片位置使所述夹片夹紧探头的内六角调节螺钉；

所述水浸式探头安装结构包括相互垂直的a轴和b轴，所述a轴和所述b轴内部设有正反转电机和减速机构，所述a轴横向设置且固定连接在所述z轴移动件的下端，所述b轴的中部连接在所述a轴的电机的输出端，所述b轴的电机的输出端设有水浸式探头连接头，所述a轴和所述b轴采用防水设计。

本发明的有益效果为：

本发明结构简单紧凑，灵活性好，检测准确度高，能够按照探头性能评估标准的要求完成探头性能评估，既能够评估接触式探头又能够评估水浸式探头；本发明将探头安装和移动装置、接触式探头试块装置和水浸式探头试块装置安装在同一个基本框架中，通过x、y、z三个方向的直线动作将探头移动到相应的试块或球靶位置；接触式探头安装装置通过五个自由度调节，使探头与试块表面极致贴合，尽量消除间隙，减小耦合对评估结果造成的影响；水浸式探头连接头采用两个自由度调节，保证水浸探头与石英块或球靶的垂直性，只要探头的防水等级允许都可以通过水浸系统详细测绘探头的声场分布。

附图说明

图1是本发明实施方式示意图；

图2是图1所示接触式探头试块装置示意图；

图3是图1所示z轴移动机构示意图；

图4是图3所示接触式探头安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1-图4所示，本发明涉及一种用于水浸式和接触式探头评估的全自动多参数测量装置，其特征在于包括：

基本框架5，用于形成整个装置的主体和支撑部分；

x轴移动机构1，安装在所述基本框架5上，设有能够沿x轴方向直线运动的x轴移动件，用于探头在x轴方向上的调节；

y轴移动机构2，安装在所述x轴移动件上，设有能够沿y轴方向直线运动的y轴移动件，用于探头在y轴方向上的调节；

z轴移动机构3，安装在所述y轴移动件上，设有能够沿z轴方向直线运动的z轴移动件，用于探头在z轴方向上的调节，z轴移动件上设有探头安装结构，用于安装探头；

接触式探头试块装置6，设置在所述基本框架5上，用于通过标定试块实现对探头的相关参数评估，包括多个试块；

水浸式探头试块装置4，设置在所述基本框架5上，用于通过球靶和石英块完成水浸式探头的相关参数评估，包括球靶和石英块。

所述接触式探头试块装置6和所述水浸式探头试块装置4位于所述x轴模块1、所述y轴移动机构2和所述z轴移动机构3的下方，通过x、y、z三个方向的直线运动，能够使探头移动到所述接触式探头试块装置6和所述水浸式探头试块装置4的任何位置，选择不同的试块或球靶完成相关参数的评估。

优选地，所述接触式探头试块装置6包括接触式探头试块框架67和试块安装板61，所述接触式探头试块框架67以固定或可拆卸的方式连接在所述基本框架5上，所述试块安装板61安装在所述接触式探头试块框架67的上部并设有多个标定试块62，各所述标定试块62的上表面与所述试块安装板61的上表面处于同一平面，这样保证在检测时，探头的平面移动不会遇到任何阻碍。

当所述接触式探头试块框架67以可拆卸的方式连接在所述基本框架5上时，所述基本框架5上设有一个或多个安装定位销52，所述定位销52为下大上小的圆台形，所述接触式探头试块框架67上设有与所述定位销相配合的定位孔68，所述定位孔68为圆柱形孔或上小下大的圆台形孔，形成稳定可靠的楔形连接定位，所述接触式探头试块框架67优选方形框架。

优选地，所述标定试块62至少包括en接触式460-170-50标定试块、半球形试块、横孔半球形试块、斜面切槽试块和多个半圆试块。

优选地，多个所述半圆试块同轴排列，所述半圆试块的侧面设有emat探头安装板64，所述emat探头安装板64上对应各所述半圆试块的位置设有emat探头安装孔64，所述emat探头安装板64与所述试块安装板61转动连接，所述半圆试块的轴线与所述emat探头安装板64的转轴的轴线重合。

优选地，所述接触式探头试块装置6还设有耦合液收集装置，所述耦合液收集装置位于所述试块安装板61的下方，所述耦合液收集装置设有排液孔65，所述排液孔65设有用于连接耦合液管道的接头66。

优选地，所述水浸式探头试块装置4包括水槽43，所述水槽43以固定或可拆卸的方式连接在所述基本框架5上，当所述水槽43以可拆卸的方式连接在所述基本框架5上时，优选采用与所述接触式探头试块框架相同的连接方式，所述水槽43的内壁上设有照明灯42，用于为操作人员观察水槽内探头的情况提供足够的光线，所述水槽43的底部设有球靶和石英块，可以直接设置在水槽底部，也可以通过安装座设置在水槽底部。

优选地，所述水槽设有水循环系统，用于保证水质的清洁，所述水循环系统的进水管连通所述水槽的上部，出水管41连通所述水槽的底部，优选在所述水槽的侧壁上部设置两个孔，一个用于连接所述进水管，另一个用于连接所述出水管，即使孔与水管的连接做不到密封也不会漏水，所述出水管穿过设置在侧壁上的孔延伸到所述水槽的底部，所述进水管与所述出水管之间设有水泵和过滤装置。

优选地，所述z轴移动件以上下直线运动的方式连接在所述y轴移动件上，所述z轴移动件的数量为两个，分别为接触式探头z轴移动件38和水浸式探头z轴移动件31，所述接触式探头z轴移动件38和所述水浸式探头z轴移动件31的底部分别设有接触式探头安装结构和水浸式探头安装结构：

所述接触式探头z轴移动件38通过连接板36连接在所述y轴移动机构2上，所述连接板36的一端以可拆卸的方式连接在所述y轴移动机构2上，另一端设有接触式探头z轴移动件安装架37，所述接触式探头z轴移动件38竖直安装在所述接触式探头z轴移动件安装架37内，并能够上下直线移动，直线移动方式可以为旋进或推进，所述接触式探头z轴移动件安装架37的侧壁上设有锁紧旋钮35，用于固定所述接触式探头z轴移动件38。

可选地，所述锁紧旋钮35的前端为球头，所述接触式探头z轴移动件38上设有与所述球头相配合的凹槽，所述凹槽的数量至少为两个，分别对应检测位置和空闲位置，当然也可以选用现有技术的任意锁紧装置。

优选地，所述接触式探头安装结构包括竖直空心轴34，所述竖直空心轴34内设有正反转电机和减速机构，所述正反转电机的转动角度优选正反方向各90°，所述竖直空心轴34底端转动连接有横梁341，所述横梁341的下侧两端分别设有弹性伸缩轴342，所述弹性伸缩轴342可以通过在普通轴上设置弹簧或减震块实现，两个所述弹性伸缩轴342之间设有转动连接的探头外框343，所述探头外框343能够在两个所述弹性伸缩轴342之间自由转动，转动角度可以限制也可以不限制，所述探头外框343内设有转动连接的探头内框348，所述探头内框348的转轴与所述探头外框343的转轴互相垂直，从而实现另一个方向的转动调节，在探头靠近并接触到试块的过程中，通过竖直空心轴的上下移动、横梁的转动、弹性伸缩轴的伸缩、探头外框的转动和探头内框的转动，共五个自由度的自动调节，实现探头与试块表面极致贴合，尽量消除间隙，减小耦合对评估结果造成的影响。

所述探头内框348内设有两个用于夹持探头的夹片347，所述夹片347的两端分别通过设置在内框壁上的导轨345滑动连接在所述探头内框348内，至少在一侧所述导轨345处设有刻度条344，所述刻度条344上的刻度以中心位置为0刻度，并向两侧对称设置，通过刻度条344可以判断探头所处的位置（确定是否处于中央位置），所述夹片347的外侧设有用于调节夹片位置使所述夹片夹紧探头的内六角调节螺钉346，通过将所述内六角调节螺钉346旋进或旋出，可以使所述夹片347夹紧或松开探头。

所述夹片347的内侧相互平行，能够夹持方形探头，所述探头夹片347的内侧设有圆弧状的凹槽，方便夹持圆柱形的探头，所述竖直空心轴34上还设有旋转零点传感器349，用于确定转动的起始参考位置及转动角度。

所述水浸式探头z轴移动件31的侧壁上设有齿条，所述y轴溜板箱22上设有与所述齿条相配合的齿轮以及驱动齿轮转动的正反转电机和蜗轮蜗杆减速机构，通过电机的正反转实现所述水浸式探头z轴移动件31的上下移动。

所述水浸式探头安装结构包括相互垂直的a轴32和b轴33，所述a轴32和所述b轴33内部设有正反转电机和减速机构，所述a轴32横向设置且固定连接在所述水浸式探头z轴移动件31的下端，所述b轴33的中部连接在所述a轴32的电机的输出端，所述b轴33的电机的输出端设有水浸式探头连接头，通过两个电机的旋转实现绕横轴和纵轴的两个转动自由度，从而调整水浸探头与石英块或球靶的垂直性，所述a轴32和所述b轴33采用防水设计。

所述a轴和所述b轴的连接方式并不唯一，只要能够实现沿横向的中心线和纵向的中心线的两个转动自由度即可，例如所述水浸式探头z轴移动件的下端设置电机，所述a轴的中部连接所述水浸式探头z轴移动件的电机的输出端，所述a轴内设置电机，所述a轴的电机的输出端连接所述b轴，所述b轴的一端设有水浸式探头连接头。

所述水浸式探头连接头还设有多种不同的水浸式探头转接头，通过设置转接头，能够对现有的多种型式的水浸式探头进行检测。

上述接触式探头z轴移动件38和所述水浸式探头z轴移动件31的上下直线移动方式只是在本发明中的优选方案，其他例如丝杠螺母等直线运动机构都可以作为选择方案。

优选地，所述x轴移动机构1设有x轴导轨11，所述x轴移动件包括x轴溜板箱12，所述x轴导轨11分为左右两组，每组的导轨数量为一个或多个，分别设置在所述基本框架5的左右两侧且相互平行，至少在一侧的x轴导轨11上设有x轴溜板箱12。

优选地，所述y轴移动机构2设有y轴导轨21，所述y轴移动件包括y轴溜板箱22，所述y轴导轨22与所述x轴溜板箱12固定连接，所述y轴导轨21的两端分别与相应侧的x轴导轨11滑动配合。

所述接触式探头z轴移动件38和所述水浸式探头z轴移动件31连接在所述y轴溜板箱22上。

当所述x轴溜板箱12沿所述x轴导轨11直线移动时，带动所述y轴导轨21沿x轴直线移动，当所述y轴溜板箱22沿所述y轴导轨直线移动时，带动所述z轴移动件沿y轴直线移动，所述z轴移动件的上下直线移动实现z轴方向的直线移动。

各所述溜板箱设有驱动电机和减速机构，所述减速机构优选蜗轮蜗杆减速机构，所述x轴导轨11和所述y轴导轨21采用不锈钢直线导轨，所述x轴导轨11和所述y轴导轨12上设有极限位置弹性挡块54，在移动过程中起到限位和保护的作用，所述x轴模块1、所述y轴模块2和所述z轴模块3均设有锁紧装置。

优选地，所述基本框架5和所述接触式探头试块基本框架67采用铝合金框架，所述基本框架5的底部设有调平垫脚51。

优选地，本发明还包括手动控制器53以及一个或多个急停开关，所述手动控制器53设有手动旋钮控制所述x轴移动机构1、所述y轴移动机构2和所述z轴移动机构3的直线移动，便于近距离观察探头，所述急停开关用于在紧急状况下关闭整个装置。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。