Tofd試塊自動掃查裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及到一種TOFD試塊自動掃查裝置，包括掃查架，其特征在于：所述掃查架套設在試塊外側，所述掃查架由X、Y、Z軸三維直線運動模組組成，X方向為掃查試塊時的運動方向；該X軸直線運動模組的滑塊上連接有編碼器，并且所述編碼器的輸入軸通過滾輪滾動耦合在所述掃查架的不運動部分、試塊表面或其它不運動物體的表面上；Z軸直線運動模組的滑塊上連接有連接座，第一探頭組設置在連接座上，并且所述連接座和第一探頭組之間還設有能使所述第一探頭組抵觸在試塊表面的第一彈性件；所述X軸直線運動模組采用電機驅動。本發明將掃查架設置在試塊外圍，數據采集平穩、圖譜平順無數據丟失，且操作方便。
【專利說明】TOFD試塊自動掃查裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及超聲波檢測領域，具體指一種TOFD試塊自動掃查裝置。
【背景技術】
[0002]TOFD技術是一種基于衍射信號實施檢測的技術，其利用波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續傳播的原理，采用一發一收兩個寬帶窄脈沖探頭進行檢測，探頭相對于焊縫中心線對稱布置。發射探頭產生非聚焦縱波波束以一定角度入射到被檢工件中，其中部分波束沿近表面傳播被接收探頭接收，部分波束經底面反射后被接收探頭接收。接收探頭通過接收缺陷尖端的衍射信號及其時差來確定缺陷的位置及其高度。TOFD技術具有檢測靈敏度高，掃查速度快，對于裂紋、未熔合等面狀危害性缺陷有極高的檢出率，可及時成像且無輻射污染等許多優點。
[0003]根據TOFD檢測標準NB/T47013.10-2010規定，利用TOFD技術進行設備缺陷的檢測前，應采用對比試塊進行檢測設置與校準，采用模擬試塊對檢測工藝進行驗證試驗。試塊調試的準確與否直接影響到實際檢測質量，可以說試塊掃查是TOFD檢測的前提與依據。
[0004]現有的試塊掃查裝置通常包括一個掃查架，掃查架的下端設有帶磁性的滾輪和編碼器，要能夠在試塊平面內平穩地行走，至少需要三個滾輪來適配試塊表面，通常采用對稱設置的四個滾輪；而編碼器一般連接在其中一個滾輪上；檢測探頭則對稱設置在掃查架的下部。
[0005]試塊掃查時，操作人員將掃查架放到試塊表面上，用手推動掃查架沿著焊縫的長度方向勻速行走，檢測探頭和編碼器的信號實時傳遞到處理模塊上，處理模塊繪制出掃查譜圖，根據掃查譜圖即可得知缺陷的結構以及所在位置。
[0006]但是，由于試塊的制造成本非常昂貴，為了降低成本和重量，試塊的長、寬尺寸都盡量的小。這樣，當掃查架直接放置到試塊表面進行掃查時，由于掃查架有一定的長度，因此不論將探頭放在掃查架的哪個位置，長度方向上必有一部分試塊是探頭掃查不到的，也就是說探頭對試塊的掃查是不完整的，導致數據的不可用。
[0007]針對這種情況，人們設計了托臺，在托臺的表面上制造一個與試塊同樣結構的凹槽,檢測時,將試塊放置到凹槽內，使托臺的表面和試塊的表面位于同一個平面內。通過托臺，掃查架得到了一個大于試塊長度和寬度的行走平面，這樣，掃查架上的探頭能夠在試塊長度方向上進行全程掃查，從而避免檢測死角。
[0008]但是，當掃查架上的磁性滾輪和探頭從托臺行走到試塊表面時，在試塊與托臺表面的接縫位置，磁性滾輪和探頭經過時均不可避免的會產生跳動，該跳動會導致數據丟失及圖譜畸變，嚴重影響儀器調試的準確性。尤其是當調試厚度大于50_的試塊時，對多通道掃查結果的影響更加明顯。并且，為了保證掃查精度，掃查架需要在平面上行走，這給凹槽的加工帶來了非常苛刻的尺寸精度要求。
[0009]現有的各種手動掃查方式，不僅勞動強度大，而且調試校準質量受到諸多因素的影響，數據容易丟失和畸變，圖譜還容易彎曲不直，不利于數據的判讀和測量，采集到的圖譜與實際情況存在誤差。
【發明內容】
[0010]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀提供一種能對TOFD試塊進行平穩掃查的自動掃查裝置。
[0011]本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為:該TOFD試塊自動掃查裝置，包括掃查架，其特征在于:所述掃查架套設在試塊外側，所述掃查架由x、y、z軸三維直線運動模組組成，X方向為掃查試塊時的運動方向；該X軸直線運動模組的滑塊上連接有編碼器，并且所述編碼器的輸入軸通過滾輪滾動耦合在所述掃查架的不運動部分、試塊表面或其它不運動物體的表面上；Ζ軸直線運動模組的滑塊上連接有連接座，第一探頭組設置在連接座上，并且所述連接座和第一探頭組之間還設有能使所述第一探頭組抵觸在試塊表面的第一彈性件；所述X軸直線運動模組采用電機驅動。
[0012]上述方案中，連接座的結構可以有多種，較好的，所述連接座包括與ζ軸直線運動模組的滑塊相連接的基板，基板上設有第一滑軌，第一基座和第二基座分別相對于基板對稱地滑動設置在第一滑軌上；所述第一探頭組的兩個探頭分別設置在兩個第一固定座上；這兩個第一固定座分別通過第一連桿和第二連桿設置在第一基座和第二基座上，所述第一彈性件分別套設在第一連桿和第二連桿上，第一彈性件的兩端分別抵觸在對應的第一基座、第二基座和所述第一固定座上；所述第一連桿和第二連桿能分別相對于所述第一基座和第二基座上下移動。
[0013]上述各方案所提供的掃查裝置，由于只能設置一組探頭組，只能檢測特定厚度的試塊；為了使該掃查裝置能適配各種厚度的試塊的檢測，可以在所述基板上還設有至少一根第二滑軌，兩個第三基座相對于基板對稱的滑動設置在第二滑軌上；第二探頭組的兩個探頭分別通過連桿連接在所述第三基座上，壓簧套設在所述連桿上，并且壓簧的兩端分別抵觸在第二固定座和第三基座上；所述連桿能相對于所述第三基座上下移動；
[0014]所述第三基座上設有撥叉，撥叉的中部轉動連接在第三基座上；
[0015]拉簧一端連接在撥叉的第一叉上，另一端連接在第三基座上；撥叉第二叉的下端低于試塊的上表面；
[0016]所述撥叉的第一叉還樞接有拉板，拉板上設有導向孔，連接軸穿過導向孔連接第
二固定座。
[0017]考慮到運動穩定性的控制，所述三維直線運動模組可以為同步帶型直線運動模組或滾珠絲杠型直線運動模組或者為兩者組合使用。
[0018]作為改進，還可以將所述三維直線運動模組上至少有一維直線運動模組還設有用于手動驅動三維直線運動模組的手輪。
[0019]為了達到掃查過程的自動控制，作為改進，所述三維直線運動模組中至少X軸直線運動模組由電機驅動，該電機連接控制電路，通過控制電路來控制電機的啟停和運轉。
[0020]與現有技術相比，本發明提供了一種TOFD試塊自動掃查裝置，該裝置將探頭組的掃查行走設置在試塊外圍，避免了現有技術中采用托臺掃查時探頭跳動所導致的數據丟失以及圖形畸變的問題，同時又避免了現有技術中直接在試塊上行走所帶來的掃查不完整的問題，該掃查裝置可在三維方向上移動探頭組，自動掃查，數據采集平穩、完整并且圖譜平順無數據丟失，且操作方便；優選方案中多組探頭組的設計，使得該掃查裝置能夠適應更多厚度規格的試塊，尤其是撥叉和拉簧、壓簧等部件的設計，能夠使后續的探頭組既不影響前一組探頭組的掃查，同時又能夠無跳動接觸試塊進入掃查狀態，獲得與第一探頭組同樣平順、完整的掃查數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1和圖9均為本發明實施例1使用狀態的立體示意圖；
[0022]圖2為本發明實施例1中掃查架和第一、二直線運動模組裝配后的立體示意圖；
[0023]圖3和圖4為本發明實施例1中基板及基板上的裝配各零件的立體不意圖；
[0024]圖5為本發明實施例1中部分基板和基座以及第一探頭組裝配結構的立體示意圖；
[0025]圖6為本發明實施例1中第二滑軌、底座和第二探頭組裝配結構的立體示意圖；
[0026]圖7為本發明實施例1中第二滑塊和第三直線運動模組裝配后的立體示意圖。
[0027]圖8為本發明實施例2中第三直線運動模組的立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0029]實施例1
[0030]如圖1至圖7所示，該TOFD試塊自動掃查裝置包括:
[0031]掃查架，套設在試塊4的外側，包括兩根平行設置的第一導軌11和連接在兩個第一導軌兩端部的連接板12所構成的底框,兩根第一導軌11沿試塊的長度方向(掃查方向)設置，兩根第一導軌11同時為本實施例中三維直線運動模組中第一模組的組件。
[0032]三維直線運動模組，用于驅動連接座6在X、Y、Z三維方向運動。本實施例中的三維直線運動模組均為采用同步帶結構的直線運動模組。
[0033]其中第一直線運動模組I用于驅動連接座6沿X軸方向運動，對試塊進行掃查。其包括與掃查架共用的兩根第一導軌11，第一導軌11的兩端均設有第一傳送輪13，第一傳送帶14沿第一導軌11的長度方向環繞在第一導軌兩端的第一傳送輪13上，第一傳送電機15驅動連接其中一個第一傳送輪；另一個第一傳送輪上設有第一手輪17。第一傳送帶14可以通過第一傳送電機15驅動轉動，也可以通過第一手輪17驅動轉動。在兩根第一導軌上相對應的第一傳送輪之間還連接有傳動軸16，通過傳動軸16將一個第一傳動輪上的轉動力矩傳遞到另一個第一傳動輪上。兩個第一傳送輪13上環繞有第一傳送帶14，第一傳送帶14上設有第一滑塊18，第一滑塊18隨第一傳送帶傳動沿X軸方向直線運動，從而使第一探頭組沿第一導軌11前后移動。
[0034]第二直線運動模組2，用于沿Y軸方向左右移動探頭組，以使探頭組中的兩個探頭相對于焊縫對稱布置。第二直線運動模組2通過兩根支撐臂21連接在兩塊第一滑塊18上，其包括連接在兩個支撐臂上的第二導軌22 ;第二導軌22的兩端均設有第二傳送輪23。第二傳送電機24和第二手輪25分別驅動連接兩個第二傳送輪23。第二傳送帶26沿第二導軌22的長度方向環繞設置在兩個第二傳送輪23上，第二滑塊27與第二傳送帶26固定連接，隨第二傳送帶26的傳動沿Y軸方向左右移動。[0035]第三直線運動模組3，設置在第二滑塊27上，用于沿Z軸方向上下移動探頭組，以適配不同厚度的試塊4。其包括設置在第二滑塊27上的第三導軌31，設置在第三導軌31兩端的兩個第三傳送輪32，第三傳送帶33環繞在兩個第三傳送輪32上，第三傳送電機34和第三手輪35均驅動連接在第三傳送輪32上。第三滑塊36與第三傳送帶33固定連接，并能隨第三傳送帶33的運動沿第三導軌31上、下移動，從而使探頭組沿Z軸方向上下移動。
[0036]連接座6，設置在第三滑塊36上，用于定位探頭組。包括設置在第三滑塊36上的基板61,基板61上設有第一滑軌62,第一基座63和第二基座64分別相對于基板61對稱設置在第一滑軌62上且能在外力作用下沿第一滑軌62移動；第一連桿65和第二連桿66的上端可移動連接在對應的第一基座63和第二基座64上,第一連桿65和第二連桿66的下端分別連接有第一固定座67,本實施例中第一彈性件68為彈簧,有兩個，分別套設在第一連桿65和第二連桿66上。
[0037]第二滑軌71，平行于第一滑軌62設置在基板61上，本實施例中設置了兩根第二滑軌。第二滑軌以及探頭組的數量可以根據試塊的厚度以及各探頭掃差的深度而定。兩個第三基座72相對于基板61對稱滑動設置在第二滑軌71上；各第三基座72均連接有連桿74，連桿74的上端可上下移動地連接在對應的第三基座72，連桿74的下端連接第二固定座75 ;壓簧76套設在連桿74上，并且壓簧76的兩端分別抵觸在第三基座72和固定座75上。第三基座72上設有撥叉81，撥叉的中部轉動連接在第三基座72上；拉簧82 —端連接在撥叉的第一叉上，另一端連接在第三基座72上；撥叉第二叉的下端低于試塊的上表面。撥叉的第一叉還樞接有拉板83，拉板83上設有導向孔84，連接軸85穿過導向孔84連接探頭。
[0038]探頭組，本實施例中有三組，其中第一探頭組91的兩個探頭分別設置在第一基座63和第二基座64上，第二探頭組92和第三探頭組93的兩個探頭分別對應連接在第二滑軌和第三滑軌的第三基座上。三組探頭組的入射角度不同，各自負責一段厚度范圍的掃查，三者配合完成較大厚度試塊的掃查。
[0039]編碼器51設置在第一滑塊18上，編碼器的輸入軸上設有滾輪5，滾輪5抵靠在第一導軌的側壁上，隨第一滑塊18的運動在第一導軌的側壁上滾動，從而將位置信息傳遞給控制芯片。
[0040]上述第一傳送電機15、第二傳送電機24和第三傳送電機34均連接控制電路(圖中未示出)，通過控制電路來控制三個電機的工作。
[0041 ] 該TOFD試塊自動掃查裝置的工作原理描述如下:
[0042]對于厚度比較薄的試塊，可以只使用第一探頭組，將兩個第二探頭組以及兩根第二滑軌從基板上拆卸下來即可。
[0043]掃查時，根據試塊上焊縫所在位置，啟動第二傳送電機，使第二傳送帶帶動第一探頭組左右移動，使第一探頭組的兩個探頭相對于焊縫對稱；根據試塊的厚度，啟動第三傳送電機，第三傳送帶沿第三導軌傳動帶動第一探頭組上下移動至合適位置。調整完畢后，第一探頭組的兩個探頭應位于試塊表面的邊緣，即掃查起始位置；兩個探頭在第一彈性件的作用下以一定的壓力抵觸在試塊表面。此時，控制電路啟動第一傳送電機工作，第一探頭組在試塊表面以一定的速度行走，平順地對焊縫進行掃差，獲得平順、完整的掃查數據。當第一探頭組行走至試塊的尾端緣時，控制電路自動控制第一傳送電機停止工作。
[0044]對于厚度較大的試塊，需要第二探頭組甚至第三探頭組參與掃查工作。此時，將第二滑軌連同第三基座和第二探頭組一起安裝到基板上。
[0045]第二探頭組和第三探頭組設置有拉簧82，所述拉簧作用于撥叉的第一叉和拉板，通過拉板將固定座上移一定距離，擠壓第一彈性件，使第二探頭組的位置高于試塊的表面，這樣，在第二探頭組在剛剛進入試塊表面上方時不接觸試塊表面，不會與試塊之間產生碰撞。
[0046]當第一探頭組行走一段距離后，第二探頭組進入試塊表面上方。此時撥叉的第二叉碰觸到試塊的側壁，撥叉在試塊側壁的推動下向后轉動，撥叉的第一叉向下運動，第一彈性件在自身彈力的作用下伸張，推動固定座向下運動，使探頭組下移并抵觸在試塊表面，從而進入掃查狀態。探頭下移進而耦合到試塊表面的過程是漸進的，沒有振動和沖擊，對掃查過程沒有不良影響。
[0047]后續的第三探頭組的工作原理與上述相同。
[0048]實施例2
[0049]如圖8所示，本實施例中的第三直線運動模組3’采用滾珠絲杠結構。其包括設置在第二滑塊27上的支架31’，支架31’設有滾珠絲杠32’，本實施例在絲杠的兩側還設有兩根導軌33’，第三滑塊34’穿設在絲杠和兩根導軌上，第三滑塊34’與滾珠絲杠32’的絲杠螺母固定連接，與兩根導軌33’滑動連接。第三傳送電機35’設置在支架31’上并與絲杠34’同軸連接。
[0050]相對于實施例1中的同步帶結構的第三直線運動模組，本實施例中滾珠絲杠結構的第三直線運動模組對探頭組的上、下定位更精確，并有斷電自鎖功能。
[0051]其余內容與實施例1相同，不再贅述。
【權利要求】
1.一種TOFD試塊自動掃查裝置，包括掃查架，其特征在于:所述掃查架套設在試塊外偵牝所述掃查架由X、Y、Z軸三維直線運動模組組成，X方向為掃查試塊時的運動方向；該X軸直線運動模組的滑塊上連接有編碼器(51)，并且所述編碼器(51)的輸入軸通過滾輪(5)滾動耦合在所述掃查架的不運動部分、試塊表面或其它不運動物體的表面上；Z軸直線運動模組的滑塊上連接有連接座出)，第一探頭組(91)設置在連接座(6)上，并且所述連接座(6)和第一探頭組之間還設有能使所述第一探頭組(91)抵觸在試塊表面的第一彈性件(68);所述X軸直線運動模組采用電機驅動。
2.根據權利要求1所述的TOFD試塊自動掃查裝置，其特征在于所述連接座(6)包括與Z軸直線運動模組的滑塊相連接的基板(61)，基板(61)上設有第一滑軌(62)，第一基座(63)和第二基座(64)分別相對于基板(61)對稱地滑動設置在第一滑軌(62)上；所述第一探頭組(91)的兩個探頭分別設置在兩個第一固定座(67)上；這兩個第一固定座(67)分別通過第一連桿(65)和第二連桿(66)設置在第一基座(63)和第二基座(64)上，所述第一彈性件(68)分別套設在第一連桿(65)和第二連桿(66)上，第一彈性件(68)的兩端分別抵觸在對應的第一基座(63)、第二基座(64)和所述第一固定座(67)上；所述第一連桿(65)和第二連桿(66)能分別相對于所述第一基座(63)和第二基座(64)上下移動。
3.根據權利要求1或2所述的TOFD試塊自動掃查裝置，其特征在于所述基板(61)上還設有至少一根第二滑軌(71)，兩個第三基座(72)相對于基板(61)對稱的滑動設置在第二滑軌(71)上；第二探頭組(92)的兩個探頭分別通過連桿(74)連接在所述第三基座(72)上，壓簧(76)套設在所述連桿(74)上，并且壓簧的兩端分別抵觸在第二固定座(75)和第三基座(72)上；所述連桿能相對于所述第三基座上下移動； 所述第三基座(72)上設有撥叉(81)，撥叉的中部轉動連接在第三基座(72)上； 拉簧(82) —端連接在撥叉的第一叉上，另一端連接在第三基座(72)上；撥叉第二叉的下端低于試塊的上表面； 所述撥叉的第一叉還樞接有拉板(83)，拉板(83)上設有導向孔(84)，連接軸(85)穿過導向孔(84)連接第二固定座(75)。
4.根據權利要求3所述的TOFD試塊自動掃查裝置，其特征在于所述三維直線運動模組為同步帶型直線運動模組或滾珠絲杠型直線運動模組或者為兩者組合使用。
5.根據權利要求4所述的TOFD試塊自動掃查裝置，其特征在于所述三維直線運動模組上至少有一維直線運動模組還設有用于手動驅動直線運動模組的手輪。
【文檔編號】G01N29/265GK103940913SQ201410180854
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】陳定岳, 鄭祥明, 王杜, 陳虎, 黃輝, 胡杰, 沈建民, 鮑偉光, 牛亞平, 許波, 吳文祥, 黃莎露 申請人:寧波市特種設備檢驗研究院