一种快速同步扫描装置的制作方法

本实用新型属于无损检测技术领域，特别涉及一种快速同步扫描装置。

背景技术：

无损检测是利用物质的声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷大小，位置，性质和数量等信息。它与破坏性检测相比，无损检测有以下特点。第一是具有非破坏性，因为它在做检测时不会损害被检测对象的使用性能；第二具有全面性，由于检测是非破坏性，因此必要时可对被检测对象进行100％的全面检测，这是破坏性检测办不到的；第三具有全程性，破坏性检测一般只适用于对原材料进行检测，如机械工程中普遍采用的拉伸、压缩、弯曲等，破坏性检验都是针对制造用原材料进行的，对于产成品和在用品，除非不准备让其继续服役，否则是不能进行破坏性检测的，而无损检测因不损坏被检测对象的使用性能。所以，它不仅可对制造用原材料，各中间工艺环节、直至最终产成品进行全程检测，也可对服役中的设备进行检测。

无损检测装置包括超声波显微镜、电磁、X射线等设备。广泛应用于电接触触点焊接质量检测、关键电子器件和精密机械部件的无损检测与评估，同时也广泛用于生物组织的显微观测。

无损检测装置中，常采用二维机械扫描机构携带检测模块完成对整个被测样品的检测。扫描机构的执行器一般都采用直线电机或旋转电机加精密滚珠丝杠。传统的二维机械扫描模式为栅格扫描模式，扫描轴负责扫描，每扫描完一行，步进轴运动一次，步进大小为一个像素所对应的大小。

为了提高扫描超声波显微成像的速度，德国KSI公司采用了多探头同时扫描方案，即每个探头扫描一个子区域，然后将各个子区域拼接起来，形成最终的扫描结果。采用N个探头，那么扫描时间就可以节约N倍。但是这种方法明显增加了成本。

公开号为CN102608208A的中国实用新型专利，公开了一种基于双轴联动式的栅格扫描模式，该方法通过两轴联动缩短了扫描和步进的时间，但是本质上仍然是步进栅格扫描模式，提升的扫描效率有限。

目前，国外大公司提高效率的方式都是在现有的栅格扫描模式下对每个电机的硬件结构提出优化，在满足运动精度的前提下，尽可能地提高X或Y电机的速度。但是这种方式不能根本性的显著提高电机速度，电机速度的最大值受限于光栅频率和分辨率。

因此，采用常规的技术思路即通过栅格扫描模式下的技术改进，已经很难再提升扫描速度，这制约了整个行业的进一步发展，成为了整个行业的技术难题。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是设计一种快速同步扫描装置，摒弃了常规的技术思路，能够快速有效的实现扫描，既能保证良好的扫描效果，又能大大提高扫描速度。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种快速同步扫描装置，包括：支撑部件、第一运动机构、平衡机构、检测部件、第二运动机构，其中：

所述支撑部件用于支撑所述第一运动机构、所述第二运动机构，所述第一运动机构沿第一方向做往复直线运动，所述第二运动机构沿第二方向运动；

所述检测部件与所述第一运动机构、所述第二运动机构中一个连接，检测样品则与所述第一运动机构、所述第二运动机构中另一个连接，所述第一运动机构、所述第二运动机构带动所述检测样品、所述检测部件实现第一方向往复直线运动、第二方向运动；

所述第一运动机构为实现往返直线运动的运动机构；

所述第二运动机构，是实现平面运动的运动机构、圆柱面运动的运动机构或复杂曲面运动的运动机构；或者，所述第二运动机构，是实现步进运动的运动机构、匀速直线运动的运动机构或变速直线运动的运动机构，从而带动所述检测样品实现步进运动、匀速直线运动或变速直线运动；

所述平衡机构与所述支撑部件连接，所述平衡机构与所述第一运动机构对称布置，运动相反方向，产生与所述第一运动装置大小相等、方向相反的作用力，抵消所述第一运动机构的作用力。

优选地，所述第二运动机构包括第二驱动部件和水平转盘，其中：

所述第二驱动部件安装于所述支撑部件上，所述第二驱动部件的输出端连接所述水平转盘并驱动所述水平转盘在水平面内进行步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动，检测样品或检测部件放置在所述水平转盘上并随所述水平转盘在水平面内做步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动。

更优选地，所述第二运动机构包括第三驱动部件和垂直转盘，其中：

所述第三驱动部件安装于所述支撑部件上，所述第三驱动部件的输出端连接所述垂直转盘并驱动所述垂直转盘在竖直面内进行步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动，检测样品或检测部件放置在所述垂直转盘上并随所述垂直转盘在竖直面内做步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动。

更优选地，所述第二运动机构可以是由机器人执行的曲面运动机构，检测样品或检测部件放置在机器人运动输出部件上，并随机器人做相应的曲面运动。

优选地，第二驱动部件、第三驱动部件为电机，或者是气压、液压等其他形式的驱动部件，或者是由其他机构传动得到的驱动机构，或者是手动驱动的形式。

优选地，所述装置进一步包括：用于将所述第一运动机构与所述第二运动机构的同步扫描合成预定扫描轨迹的图像处理设备。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.本实用新型摒弃了常规的技术思路即通过栅格扫描模式下的改进，而是创造性地将第一方向运动和第二方向运动由不同的机构执行，再结合同步扫描，可以合成预定的扫描轨迹，从而克服了制约整个行业进一步发展的技术难题，对于整个行业的发展，具有重要的拓展意义。

2.本实用新型的第一运动机构和第二运动机构可以带动扫描部件或检测样品实现第一方向的运动和第二方向的运动。

3.进一步的，本实用新型第二方向运动为可以是平面运动，圆柱面运动或复杂曲面运动，具体可以为步进运动、匀速运动或变速运动，第一方向运动为快速往返直线运动，提高了扫描速度。

4.进一步的，本实用新型平衡机构可以提高装置整体的稳定性，减小了振动，保证了检测的精度。

5.进一步的，采用本实用新型的装置可以集成到在线检测并实现全检，即将所述装置和生产工件的设备连接之后，可以对生产的每一个工件进行检测。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中的装置结构示意图；

图2为本实用新型一实施例中第二运动机构的示意图；

图3为本实用新型另一实施例中第二运动机构的示意图；

图4为本实用新型另一实施例中采用多自由度机器人的第二运动机构的示意图；

图5为现有技术栅格扫描方式示意图；

图6为本实用新型一实施例的三角形扫描轨迹采样点Y轴等间距分布示意图；

图7为本实用新型一实施例的最终位图阵列矩阵合成像素图像示意图；

图中：

机架1、第一运动机构2、平衡机构3、检测部件4、检测样品5、第二运动机构6、第二驱动电机7、水平转盘8、第三驱动电机9、垂直转盘10、机器人 11。

具体实施方式

以下对本实用新型的技术方案作进一步的说明，以下的说明仅为理解本实用新型技术方案之用，不用于限定本实用新型的范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

如图1所示，为本实用新型所述实现快速扫描的装置的优选实施例，，包括：机架1、第一运动机构2、平衡机构3、检测部件4、检测样品5、第二运动机构 6；其中：

所述第一运动机构2与所述机架1连接，所述第一运动机构2与所述机架1 连接，所述检测部件4与所述第一运动机构2连接并随所述第一运动机构2实现第一方向往复直线运动，所述第二运动机构6连接所述检测样品5并带动所述检测样品5实现第二方向运动。所述第一运动机构2与所述第二运动机构6结合同步扫描，合成预定的扫描轨迹。所述平衡机构3与所述第一运动机构2的运动方向相反。

在其他实施例中，所述检测部件4也可以与所述第二运动机构6连接并随所述第二运动机构6实现第二方向运动，所述第一运动机构2则连接所述检测样品 5并带动所述检测样品5实现第一方向往复直线运动。

作为一优选的实施方式，所述检测部件4可以为超声换能器，也可以是其他的形式，包括发射和接收光或电磁波或诸如中子、电子、或者其他粒子或者流体、气体或声波或者磁场或电场的装置，或者其他可以检测或影响目标物的媒介。

如图2所示，为第二运动机构6的一实施例，所述第二运动机构6包括第二驱动电机7、水平转盘8；其中：

所述第二驱动电机7的底部固定与所述机架1上，所述水平转盘8通过连接轴与所述第二驱动部件7连接，所述检测样5放置在所述水平转盘8上；

当所述第二驱动电机7工作时，所述第二驱动电机7驱动所述水平转盘8 绕所述连接轴在水平面内进行步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动，所述检测样品5随所述水平转盘8做步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动；由于所述水平转盘8所选取的半径足够大，因此在检测部件4的运动范围内，所述检测样品5的运动可以近似为直线运动。

如图3所示，为第二运动机构6的另一实施例，所述第二运动机构6包括第三驱动电机9、垂直转盘10：其中：

所述第三驱动电机9的底部固定与所述机架1上，所述垂直转盘10通过连接轴与所述第三驱动电机9连接，所述检测样品5放置在所述垂直转盘10上；

当所述第三驱动电机9工作时，所述第三驱动电机9驱动所述垂直转盘10 绕所述连接轴在竖直面内进行步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动，所述检测样品5随所述垂直转盘10做步进运动、匀速圆周运动或变速圆周运动；由于所述垂直转盘10的半径足够大，因此在检测部件4的运动范围内，所述检测样品5的运动可以近似为直线运动。

如图4所示，为第二运动机构6的另一实施例，所述第二运动机构6包括多自由度机器人11，其中：

所述多自由度机器人11安装在所述机架1上，检测样品5固定在所述多自由度机器人11的执行机构上，检测样品5进行复杂曲面运动。

所述第二运动机构6，是平面运动的运动机构、圆柱面运动的运动机构或复杂曲面运动的运动机构。

所述第二运动机构6，是步进运动的运动机构、匀速直线运动的运动机构或变速直线运动的运动机构。

以上是所述第二运动机构6的优选实施方式，所述第二运动机构6为可以实现第二方向运动的装置。在其他实施例中，也可以为凸轮连杆机构、曲柄滑块机构、圆柱凸轮机构、齿轮齿条机构、丝杠螺母机构、同步带机构、圆柱端面凸轮机构、槽条机构、电驱动缸等其他可以实现直线运动的装置。

本实用新型所述装置进行同步扫描，取消步进栅格的扫描方式(如图5所示)，而是采用双轴同步的方式，当第一运动机构往复运动的同时，第二运动机构同步运动以实现预设的轨迹。

具体的，采用上述装置进行同步扫描时，其具体原理和过程如下：

步骤一、第一运动机构2带动检测部件4做往复直线运动。同时，第二驱动电机7或第三驱动电机9驱动第二运动机构6使检测样品5做平面或曲面运动，或多自由度机器人11带着检测样品5做平面或曲面运动。扫描轨迹呈现三角形曲线、梯形曲线、正弦曲线或类似的各种曲线。

步骤二、采用光栅尺测量所述推杆4直线位置，等间距触发信号采集，从而实现第一运动方向等间距信号采集。光栅尺每次往复固定触发采集卡采集信号N 次必须满足以下公式，以保证第一运动方向检测分辨率满足需求：

N＞S*2/Y_resolution，

式中：S为扫描行程，Y_resolution为第一运动方向检测分辨率；

三角形扫描轨迹下的第一运动方向等间距信号采集如图6所示。

优选地，利用第一驱动电机2的旋转编码器信号，等间距触发信号采集，从而实现第一运动方向等间距信号采集。

优选地，采用光栅尺测量第二运动机构6的直线位置，等间距触发信号采集，从而实现第二运动方向等间距信号采集。

优选地，利用第二驱动电机7或第三驱动电机9的旋转编码器信号，等间距触发信号采集，从而实现第二运动方向等间距信号采集。

步骤三，将规划路径上的采集点所获取的电压值转换成图像灰度值并做插值计算，得出最终所需的位图阵列矩阵，合成像素图像如图6所示。

优选地，第二运动机构同时提供第一运动方向步进功能，针对大小超出第一运动机构扫描范围的检测样品，在步骤三之后，可以通过第二运动机构调节检测样品第一运动方向步进，使得未扫描部分处于扫描装置的扫描区域，再返回步骤三进行扫描(此时第二运动方向与前一次扫描相反)，重复直到整个检测样品扫描完成。

本实用新型所述的装置，可以进一步包括：用于将所述第一运动机构与所述第二运动机构的同步扫描合成预定扫描轨迹的图像处理设备。在设有图像处理设备的装置中，最后可以通过图像处理设备进一步根据通过所记录的位置信息完成图像拼接，合成预定扫描轨迹。该图像处理设备可以采用计算机、嵌入式处理器、可编程控制器等等，具体采用的图像合成技术可以采用现有技术实现，这对本实用新型的具体实现没有影响。

本实用新型克服了制约整个行业进一步发展的技术难题，创造性地采用两个不同运动机构，分别带动检测部件、检测样品进行不同方向的运动，再结合快速同步扫描操作，提高了扫描速度。

进一步的，本实用新型平衡机构可以提高装置整体的稳定性，减小了振动，保证了检测的精度。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。