大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置的製作方法

2023-06-02 14:30:21

專利名稱：大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於超聲檢測自動跟蹤和自適應控制技術，特別是一種大型軸類鍛件超聲C掃自適應探頭與檢測運動裝置。特別適用於各種金屬材料的大型軸類鍛件變直徑弧 形部的無損超聲自動檢測，也適合無機非金屬材料以及有一定強度的高分子材料的圓形、 橢圓形和偏不規則圓形等軸類和管狀類軸類鍛件。特別適用於水浸超聲檢測、油浸超聲檢 測等軸類零件弧形部的非接觸式超聲檢測技術。
背景技術：
大型軸類產品通常採用超聲A掃檢測，國外已經開始研究水浸聚焦探頭的超聲檢測技術，一般採用交流伺服電機和精密旋轉運動裝置組成機械掃查系統，自動超聲C掃檢 測裝置，檢測系統裝置複雜、價格昂貴，且大型軸類鍛件變直徑弧形部檢測系統未見報導。 自動超聲C掃檢測大型軸類鍛件變直徑弧形部時，，在超聲自動檢測過程中，探頭平面與軸 類鍛件弧形部表面之間距離不斷變化，超聲檢測C掃參數無法保證在合理的範圍內，超聲C 掃圖像失真，影響裂紋、孔隙等缺陷大小、位置檢測的準確性和真實性。傳統的解決方法一般是通過人工手段不斷更正檢測參數來對探頭位置進行修正或者通過手動調節探頭的位置來改變探頭的位置，這個方法成本比較低，但是存在明顯的 不足就是準確性得不到提高，檢測結果仍然存在很多的不確定性，檢測效率較低。另外也有 一種先進的解決方法，即根據鍛件弧形部的曲線形式，將方程輸入超聲C掃系統的計算機， 通過相關數據模擬和分析軟體進行處理，再利用複雜的控制系統控制探頭沿鍛件的弧形部 表面作曲線運動，這種方法的優點非常明顯，不僅能夠保證探頭與鍛件弧形部表面的距離 不會發生變化，而且有利於提高檢測準確性和檢測效率，但是這種方法的不足在於成本較 高，不僅加大了整個裝置的複雜度，也對操作人員的技術水平提出較高的要求。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置。實現本實用新型目的的技術解決方案為本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部 超聲自適應探測裝置，該裝置包括底座、一對從動支撐滾輪和一對主動支撐滾輪、驅動電機 及減速機、控制器、超聲檢測儀以及探頭自適應裝置，所述裝置的從動支撐滾輪和主動支撐 滾輪通過鋼結構固定在底座上，主動支撐滾輪與減速機之間有齒輪傳動結構，減速機與驅 動電機之間通過傳動軸完成扭矩的傳遞，驅動電機與控制器之間通過數據線實現通訊，探 頭自適應裝置固定在行走機構的機架連接杆上，探頭與超聲檢測儀之間通過數據線實現通 訊。本實用新型與現有技術相比，其顯著優點1、與傳統的人工手段更正檢測參數對探頭位置進行修正的方法相比，本實用新型 在不改變檢測參數的條件下能夠自適應地調節探頭位置，檢測效率高，檢測過程的準確性、有效性較高。2、與傳統的手動調節探頭的位置來保證探頭與軸類鍛件表面之間的距離的方法 相比，本實用新型通過自適應裝置自動完成探頭位置的調節，提高了檢測過程的自動化水平。3、與計算機模擬軸類鍛件表面並利用複雜的控制機構進行探頭位置自適應調節 的方法相比，本實用新型的裝置簡單，成本低，對操作人員的技術水平要求低。

圖1為本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置中的探頭自 適應裝置的機械結構示意圖。圖2為本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置示意圖。圖3為本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置中的探頭自 適應裝置在大型軸類鍛件上的位置示意圖。圖4為本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置中的探頭自 適應裝置工作原理圖。其中，(a) (b) (c) (d)為軸類鍛件旋轉的不同角度下探頭與鍛件表面 的距離波動原理圖，A為支撐滾輪承載鍛件的情況下的理論中軸線，B為軸類鍛件的實際中 軸線，D為表示探頭與軸類鍛件表面之間的距離。圖5為無自適應裝置條件下出現的探頭與鍛件表面之間的距離波動示意圖。其 中，D表示探頭與軸類鍛件表面之間的初始距離；a表示偏心距的值。圖6為本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置中的探頭自 適應裝置工作流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。結合圖2、圖3，本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，包 括底座12、一對從動支撐滾輪13和一對主動支撐滾輪14、驅動電機15及減速機16、控制 器17、超聲檢測儀18以及探頭自適應裝置19，軸類鍛件20放置在從動支撐滾輪13和14 上，由控制器17發出信號，驅動電機15驅動減速機16、帶動主動支撐滾輪14旋轉，使軸類 鍛件20旋轉運動。探頭自適應裝置19放置在軸類鍛件20上方，調節探頭自適應裝置19， 使探頭5與鍛件表面之間的距離符合具體檢測規程的要求。自適應裝置19安裝在行走機 構的機架連接杆1上作橫向運動，隨著軸類鍛件20在減速機16的帶動下旋轉，可以實現 探頭5對軸類鍛件20內部的缺陷進行全方位檢測，探頭髮出超聲檢測信號的同時也接受工 件反射的超聲回波，通過數據線將信號信息傳輸給超聲檢測儀18進行處理，並給出檢測結 果。該系統利用探頭自適應裝置19實現對探頭5與軸類鍛件20表面之間的距離的實時、 準確地自動調節功能，當軸類鍛件20的裝夾或者弧形部的形狀改變導致探頭5與軸類鍛件 20表面之間的距離發生明顯的波動時，自適應裝置19能夠帶動探頭5實時跟蹤軸類鍛件 20表面的形狀變化，保證探頭5與軸類鍛件20表面的距離維持恆定。本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，超聲探頭5和螺杆 10通過裝配板7組裝於一體，並且始終保持相對固定的位置，探頭5的高度位置可以通過調節螺母6來改變，以滿足不同的超聲檢測規程對探頭5與軸類鍛件20表面之間的距離的求。滾珠11與軸類鍛件20表面保持緊密的滾動接觸，降低運行過程的阻力。由圖1不 難看出，只要自適應螺杆10內的滾珠11與軸類鍛件20之間保持壓緊接觸，就可以保證探 頭5與軸類鍛件20表面之間的距離不會發生變化。因此，為了達到這個設計目的，採用了 預壓緊的彈簧來進行調節。彈簧被置於自適應螺杆10內部，並且通過預先調節給予一定的 預壓緊力，使自適應螺杆10在彈簧的張力下與軸類鍛件20內的滾珠11緊密接觸，當軸類 鍛件20形狀發生變化或者出現如圖4所示的偏心時，彈簧的伸縮能夠保持滾珠11與軸類 鍛件20始終緊密接觸，自適應的目的得以順利實現。利用聯軸套筒4將定位杆2與自適應螺杆10組裝在一起，在定位杆上設置了鍵 槽，通過鍵槽和定位螺釘3又能夠實現定位杆2與自適應螺杆10之間進行相對滑動。其中， 定位螺釘3的功能有兩個(a)保證定位杆2與自適應螺杆10之間的周向位置相對靜止， 不會出現轉動；(b)確定了定位杆2與自適應螺杆10之間的相對滑動距離，即等於鍵槽的 長度。為了對探頭5實現良好的屏蔽效果，降低電機等電氣設備的電噪聲幹擾，在裝配板7 的選擇上作出了適當的調整。由於鋼板具有導磁性質，如果裝配板7採用鋼等金屬材料加 工而成，那麼就會使得探頭5與整個機身相接觸，必然受到電噪聲的影響。採用無導磁性質 的無機非金屬材料可以很好地解決對探頭5的屏蔽問題，利用無機非金屬材料裝配板7可 以有效地將探頭5與整個探頭自適應裝置19隔離開，電噪聲就不再通過探頭自適應裝置19 傳遞到探頭5上，從而可以屏蔽噪聲對探頭5的影響。在傳統的自動化超聲檢測過程中，探頭被直接固定在行走機構的機架連接杆1 上，當軸類鍛件20的形狀發生變化或者出現偏心現象時，探頭與軸類鍛件20表面之間的距 離就會出現圖5所示的周期性波動，嚴重影響檢測結果的準確度和有效性。利用自適應裝 置來維持探頭與軸類鍛件20表面之間的距離保持恆定的效果非常理想，超聲檢測波形的 始波能夠始終保持在固定的位置，不會出現明顯的左右移動的情況。因此，該探頭自適應裝 置具備很好的自適應調節能力，能夠實時準確地跟蹤探頭5與軸類鍛件20之間距離的改 變，維持探頭5與軸類鍛件20之間的距離的穩定。本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，所述探頭自適應裝 置19採用了兩顆上下放置的滾珠11與軸類鍛件20表面滾動接觸，以減小運行阻力，兩顆 滾珠11的定置通過螺釘壓緊實現；為了防止滾珠11掉出自適應螺杆10，將自適應螺杆10 下埠的孔徑留有加工餘量，保證該下埠直徑小於滾珠11的直徑。本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，自適應螺杆10與 探頭5的裝配方式採用了雙螺母結構，即兩個螺母6分別從裝配板7上下兩端通過螺紋連 接與自適應螺杆12裝配為一體，再將這對螺母6加墊圈8擰緊後夾緊裝配板7，即可實現自 適應螺杆10與探頭5的裝配。本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，將探頭5垂直安裝 在軸類鍛件20上方，在掃查過程中隨著軸類鍛件20表面的形狀改變而調整探頭5的高度 位置，使探頭5與軸類鍛件20表面之間的距離始終保持不變。本實用新型大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，裝配板7採用具有 隔磁性質的陶瓷材料加工製作，對探頭5起到屏蔽保護作用，從而降低電噪聲對探頭5的幹 擾影響。[0025]
以下結合附圖對本實用新型的具體實施過程進一步說明。首先採用「鋁合金電化學著色工藝」將定位杆2、定位螺釘3、聯軸套筒4、壓緊螺釘、螺母6、自適應螺杆10、緊固螺釘等零部件的表面進行黑化處理，形成黑化層，利用三氧 化二鋁陶瓷材料加工製作出裝配板7。用裝配板7將探頭5與自適應螺杆10組裝在一起， 並且分別用一對加墊圈8的螺母6和螺釘9進行固定。然後將滾珠11裝入自適應螺杆10， 再旋緊內部的緊固螺釘壓緊滾珠11，再將彈簧放入自適應螺杆10內，定位杆2插入自適應 螺杆10壓緊彈簧。通過聯軸套筒4可以將定位杆2與自適應螺杆10裝配在一起，再在鍵 槽的對應位置上旋入定位螺釘3，防止定位杆2滑出自適應螺杆10。最後將安裝了探頭5 的自適應裝置通過螺紋連接方式安裝到機架連接杆1上，保證整個裝置運行過程中穩定可罪。待檢工件屬於大型軸類鍛件，主要目的是掃查軸類鍛件20內部是否存在各種缺 陷。利用吊車將軸類鍛件20吊放在從動支撐滾輪13和主動支撐滾輪14上，調整探頭5的 位置對著軸類鍛件20的焊縫部位在圓周方向上的最高點即正中位置。調整自適應裝置19 的自適應螺杆10與定位杆2的相對位置，使定位杆2壓緊彈簧，保證探頭自適應裝置19與 軸類鍛件20表面保持壓緊接觸狀態。在檢測之前，軸類鍛件20已經經過了車削加工進行預 處理，軸類鍛件20表面的氧化皮已經被去除掉並保持一定的光潔度，該條件下的軸類鍛件 20的中軸線B與從動支撐滾輪13和主動支撐滾輪14確定的理論中軸線A可能不在一條線 上，即存在如圖4所示的偏心現象，其中偏心距a表示中軸線A與中軸線B之間的距離。偏 心的存在會使探頭5與軸類鍛件20表面的距離出現如圖5所示的周期性波動變化，其中， 圖4(a)表示軸類鍛件20旋轉的初始位置0°，此時探頭5與軸類鍛件20表面的距離D為 按照檢測規程要求設定的，中軸線A與中軸線B處於同一高度位置，對應圖5中0°位置的 波形，偏心對軸類鍛件無影響；軸類鍛件20在減速機16的帶動下旋轉以後，中軸線A與中 軸線B出現高度差，達到圖4 (b)所示的90°位置時，中軸線B在中軸線A的正下方，探頭5 與軸類鍛件20表面之間的距離由初始值D增大至D+a，偏心對軸類鍛件的影響達到正最大， 對應圖5中90°位置的波形；軸類鍛件20旋轉至圖4 (c)所示的180°位置時，中軸線A與 中軸線B恢復到同一高度位置，探頭5與軸類鍛件20表面的距離恢復至D，偏心對軸類鍛件 的影響消失，對應圖5中180°位置的波形；軸類鍛件20旋轉至圖4(d)所示的270°位置 時，中軸線B在中軸線A的正上方，探頭5與軸類鍛件20表面之間的距離由初始值D減小 至D-a，偏心對軸類鍛件的影響達到負最大，對應圖5中270°位置的波形；軸類鍛件20旋 轉至360°位置時，軸類鍛件20的旋轉角度回到了初始狀態0°，即圖4(a)所示的0°位 置，中軸線A與中軸線B恢復到同一高度位置，探頭5與軸類鍛件20表面之間的距離恢復 至初始值D，偏心對軸類鍛件的影響消失，對應圖5中360°位置的波形。由於這樣的距離 波動過程對超聲C掃圖像的形成構成很大影響，嚴重影響檢測結果的準確性和有效性。所 以需要採取措施消除距離波動，使距離維持在初始設定的值不變。本實用新型能夠消除偏 心或者裝置以及軸類鍛件20本身形狀的不規則導致的探頭5與軸類鍛件20表面距離波動 的影響，其工作過程如下當驅動電機15在控制器17的控制下運轉以後，帶動軸類鍛件20轉動，自適應裝 置的自適應螺杆10與軸類鍛件20緊密接觸，自適應螺杆10受到壓縮彈簧的向下的壓力F1 和軸類鍛件20向上的支撐力F2,由於自適應螺杆10與探頭5已經被裝配為一個整體，因此，在保持探頭5與軸類鍛件20表面的距離不變的條件下，自適應螺杆10與軸類鍛件20表面在垂直方向上必然保持相對靜止狀態，因此在忽略其它的摩擦力等因素以後，F1與F2可以 看作是一對處於平衡狀態的作用力，即F1 =F2。結合圖6可以看出，當偏心出現正影響即 探頭5與軸類鍛件20表面之間的距離D有增大趨勢的時候，軸類鍛件20向下移動，F2開始 減小，使得F1也相應減小，這就使得被壓縮的彈簧得到伸展，「吸收」了偏心正影響增大的距 離，從而維持D的值不會改變。同理，當偏心出現負影響即探頭5與軸類鍛件20表面之間 的距離D有減小趨勢的時候，軸類鍛件20向上移動，F2開始增大，F1相應增大，彈簧被進一 步壓縮，「釋放」出偏心負影響減小的距離，維持D的值不變。總的來說，整個自適應裝置的 工作過程就是探頭5與軸類鍛件20表面之間距離波動的雙向負反饋調節過程。
權利要求一種大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，其特徵在於包括底座(12)、一對從動支撐滾輪(13)和一對主動支撐滾輪(14)、驅動電機(15)及減速機(16)、控制器(17)、超聲檢測儀(18)以及探頭自適應裝置(19)，從動支撐滾輪(13)和主動支撐滾輪(14)通過鋼結構固定在底座上，主動支撐滾輪(14)與減速機(16)之間有齒輪傳動結構，減速機(16)與驅動電機(15)之間通過傳動軸完成扭矩的傳遞，驅動電機(15)與控制器(17)之間通過數據線實現通訊，探頭自適應裝置(19)固定在行走機構的機架連接杆(1)上，探頭(5)與超聲檢測儀(18)之間通過數據線實現通訊。
2.根據權利要求1所述的大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，其特徵在 於探頭自適應裝置(19)包括定位杆(2)、定位螺釘(3)、聯軸套筒(4)、螺母(6)、裝配板(7)、墊圈(8)、螺釘(9)、自適應螺杆(10)和滾珠(11)；定位杆(2)與機架連接杆(1)相連 接，定位杆(2)上設置鍵槽，通過定位螺釘(3)和聯軸套筒(4)將定位杆(2)與自適應螺杆 (10)裝配在一起，定位杆(2)插入自適應螺杆(10)，壓緊自適應螺杆(10)內部的彈簧；裝 配板(7)套在自適應螺杆(10)上，通過螺母(6)分別從裝配板(7)的上下兩部分夾緊固定； 在螺母(6)與裝配板(7)之間設置一對墊圈(10)，螺母(6)與自適應螺杆(10)聯接為一個 整體；在自適應螺杆(10)內設置螺紋孔，將兩顆滾珠(11)置於該孔內，再用螺杆旋入螺紋 孔壓緊滾珠(11)；所述探頭自適應裝置(19)與探頭(5)通過裝配板(7)裝配在一起，探頭 (5)與裝配板(7)之間屬於間隙配合，用螺釘(9)固定探頭(5)位置；將裝配板(7)上安裝 自適應螺杆(10)的圓孔加工為長條形。
3.根據權利要求2所述的大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，其特徵在 於探頭自適應裝置(19)採用了兩顆上下放置的滾珠(11)與軸類鍛件(20)表面滾動接 觸，以減小運行阻力，兩顆滾珠(11)的定置通過螺釘壓緊實現；將自適應螺杆(10)下埠 的孔徑留有加工餘量，保證該下埠直徑小於滾珠(11)的直徑。
4.根據權利要求2所述的大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，其特徵在 於自適應螺杆(10)與探頭(5)的裝配方式採用了雙螺母結構，即兩個螺母(6)分別從裝 配板(7)上下兩端通過螺紋連接與自適應螺杆(12)裝配為一體，再將這對螺母(6)加墊圈(8)擰緊後夾緊裝配板(7)，即可實現自適應螺杆(10)與探頭(5)的裝配。
5.根據權利要求2所述的大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，其特徵在 於將探頭(5)垂直安裝在軸類鍛件(20)上方，在掃查過程中隨著軸類鍛件(20)表面的形 狀改變而調整探頭(5)的高度位置，使探頭(5)與軸類鍛件(20)表面之間的距離始終保持 不變。
6.根據權利要求2所述的大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，其特徵在 於裝配板(7)採用具有隔磁性質的陶瓷材料加工製作。
專利摘要本實用新型公開了一種大型軸類鍛件變直徑弧形部超聲自適應探測裝置，包括底座、一對從動支撐滾輪和一對主動支撐滾輪、驅動電機及減速機、控制器、超聲檢測儀以及探頭自適應裝置，從動支撐滾輪和主動支撐滾輪通過鋼結構固定在底座上，主動支撐滾輪與減速機之間有齒輪傳動結構，減速機與驅動電機之間通過傳動軸完成扭矩的傳遞，驅動電機與控制器之間通過數據線實現通訊，探頭自適應裝置固定在行走機構的機架連接杆上，探頭與超聲檢測儀之間通過數據線實現通訊。本實用新型檢測效率高，檢測過程的準確性、有效性較高，提高了檢測過程的自動化水平，本實用新型的裝置簡單，成本低，對操作人員的技術水平要求低。
文檔編號G01N29/24GK201575985SQ200920283270
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者孫艾, 李海東, 王克鴻, 葛豔明, 逄美麗 申請人:江蘇金源鍛造股份有限公司