緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器的製作方法
2023-04-27 18:39:11
本發明涉及超聲波檢測領域，特別涉及一種緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器。
背景技術：
超聲波常用於進行工件內部缺陷檢測，在焊點超聲檢測領域，常採用單點式超聲探頭，通過手動移動超聲探頭位置，對某一位置進行A掃描檢測，判斷工件某區域內部質量狀態。這種檢測方式只適用於定性判斷，不能用於定量評估。
定量超聲波檢測一般有以下兩種方式：一是採用超聲相控陣探頭覆蓋於焊點上，可以實現焊點內部質量的定量檢測。由於相控陣探頭成本較高，難以廣泛應用。另一種方式是採用機械機構驅動單點式超聲探頭，通過對機械機構的控制，使超聲探頭按照一定的路徑，在特定的區域內進行覆蓋式掃查。為了保持檢測過程中超聲探頭與工件表面具有較好的耦合，一般採用水浸式掃查，將工件置於水箱中，超聲探頭端部浸入水中。這種方式成本高，佔用面積大，且不能應用於工件較大的情況，難以廣泛應用。亟待改進。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器，解決了現有技術存在的上述問題。本發明使用精密機械結構帶動單點式超聲探頭在掃查器內部運動，保障其掃查精度；通過水浸自密封結構，使超聲探頭與延遲塊之間保持較好的耦合，無需外置水浸系統；通過合理布局電機位置和傳動方式，使得超聲掃查器體積減小，便於手持式操作。
本發明的上述目的通過以下技術方案實現：
緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器，包括殼體模塊、X向運動模塊、Y向運動模塊、超聲發射/接收模塊和附件模塊，其中殼體模塊是連接和固定的基礎，X向運動模塊和附件模塊固定到殼體模塊上；X向運動模塊內置電機驅動裝置，實現相對於殼體模塊的X向掃查運動；Y向運動模塊連接在X向運動模塊上，內置電機驅動裝置，實現相對於X向運動模塊的Y向掃查運動；超聲發射/接收模塊固定到Y向運動模塊上，使超聲探頭在工件表面進行X-Y向掃查；附件模塊將掃查器內部線路與外部線路連接起來，實現內外部信號傳遞。
所述殼體模塊包括上殼體1、下殼體2和X向電機支架3，所述X向電機支架3通過螺栓固定在上殼體1上，上殼體1與下殼體2固定連接。
所述的X向運動模塊通過X向電機驅動，實現Y向電機支架、Y向運動模塊和超聲發射/接收模塊一起在X方向上作直線運動，結構包括X向電機4、Y向電機支架5和X向滑軌6，其中，所述X向電機4為步進式直線電機，其輸出端為可旋轉運動的絲槓4-1及在絲槓上進行直線運動的內螺紋法蘭塊4-2，絲槓4-1和內螺紋法蘭塊4-2之間為螺紋連接；X向電機4通過螺栓連接固定在X向電機支架3上；所述Y向電機支架5為固定Y向電機7的支架，該Y向電機支架5通過螺栓固定在X向電機4的內螺紋法蘭塊4-2上，當X向電機4工作時，Y向電機支架5沿X向作直線運動；所述X向滑軌6為微型精密滾珠滑組，其基本結構由X向滑軌外滑塊、X向滑軌內滑塊及中間的X向滑軌滾珠傳動系統組成，可實現X向滑軌內、外滑塊間相對運動；X向滑軌6共兩個，其X向滑軌內、外滑塊分別螺接在X向電機支架3和Y向電機支架5上，保障Y向電機支架5相對X向電機支架3作X向直線運動。
所述的Y向運動模塊通過Y向電機驅動，實現超聲探頭支架以及安裝在其上的超聲發射/接收模塊能夠在Y方向上的作直線運動，結構包括Y向電機7、同步帶輪8、環狀同步皮帶9、導輪10、皮帶導向支架11、直線同步皮帶12、超聲探頭支架13和Y向滑軌14，其中，所述Y向電機7為步進電機，輸出旋轉運動，其通過螺栓固定在Y向電機支架5上；同步帶輪8為齒形同步帶輪，固定在Y向電機7的旋轉軸上；環狀同步皮帶9分別與同步帶輪8、直線同步皮帶12嚙合；導輪10和皮帶導向支架11通過螺釘與Y向電機支架5固定在一起；超聲探頭支架13與直線同步皮帶12膠粘在一起，使得超聲探頭支架13隨直線同步皮帶12沿Y向進行直線運動；Y向滑軌14為微型精密滾珠滑組，其結構由Y向滑軌外滑塊、Y向滑軌內滑塊及中間的Y向滑軌滾珠傳動系統組成，實現Y向滑軌內、外滑塊的相對運動，Y向滑軌14共兩個，其Y向滑軌內、外滑塊分別螺接在Y向電機支架5和超聲探頭支架13上，保障超聲探頭支架13相對Y向電機支架5作Y向直線運動。
所述的環狀同步皮帶9為環狀齒形同步皮帶，由同步帶輪8和四組導輪10將其輪廓支撐為「凹」字型結構，即由一個U型曲線部分9-1和三個直線部分9-2組成，其U型曲線部分9-1與同步帶輪8嚙合，直線部分9-2則由四組導輪10在端點處固定，直線部分9-2下部與直線同步皮帶12嚙合；環狀同步皮帶9通過其「凹」字型結構將同步帶輪8的旋轉運動轉化為直線同步皮帶12的直線運動。
所述的超聲發射/接收模塊完成超聲波的發射和接收並通過超聲線束和超聲採集卡將超聲掃查反饋到工業計算機中，結構包括超聲探頭15、延遲塊16、擰緊螺母17、橡膠膜18和束帶19，其中，所述超聲探頭15為單點式水浸超聲探頭，固定在超聲探頭支架13上；所述延遲塊16為超聲探頭15與工件表面之間的硬質塑料耦合塊，延遲塊16通過擰緊螺母17固定在下殼體2上；所述橡膠膜18和束帶19將超聲探頭支架13、超聲探頭15、延遲塊16和下殼體2之間形成的空間封閉在一起，超聲探頭15工作前在其中加滿液態耦合劑24，以填充超聲探頭15和延遲塊16之間的間隙，確保超聲探頭15與延遲塊16之間的耦合。
所述的附件模塊包括X向行程開關20、Y向行程開關21、按鈕開關22、航空插頭23、電機線束和超聲線束，其中，所述X向行程開關20螺接在X向電機支架3上，當Y向電機支架5運動到指定位置即觸發X向行程開關20，並反饋行程信號，以方便用戶控制X向電機4的運動狀態；所述Y向行程開關21螺接在Y向電機支架5上，當超聲探頭支架13運動到指定位置即反饋行程信號，以方便用戶控制Y向電機7的運動狀態；所述按鈕開關22固定在上殼體1上，兩端連接電機線束，為X向電機4和Y向電機7的電源開關；所述航空插頭23固定在上殼體1上，電機線束通過航空插頭23與X向電機4、Y向電機7、X向行程開關20、Y向行程開關21、按鈕開關22連接。超聲線束通過航空插頭23與超聲探頭15連接，為超聲探頭15提供電源和信號傳輸，並把超聲掃查結果通過超聲採集卡反饋到工業計算機上。
所述的X向電機4為步進式直線電機，Y向電機7為步進電機，輸出旋轉運動，X向電機4、Y向電機7並排放置，其輸出軸平行；Y向電機7通過Y向電機支架5固定在X向電機4的內螺紋法蘭塊4-2上；Y向電機7通過環狀同步皮帶9和同步帶輪8、直線同步皮帶12間的嚙合，將旋轉運動轉化為直線同步皮帶的直線運動；通過合理布局兩電機位置和傳動方式，使得超聲掃查器在完成X向、Y向二維掃描運動的同時體積減小，更便於手持式操作。
本發明的有益效果在於：通過使用精密機械結構帶動單點式水浸超聲探頭在掃查器內部運動，保障手持式焊點超聲自動掃查器具有較高的掃查精度；通過使用水浸自密封結構，使超聲探頭與延遲塊之間保持較好的耦合，無需外置水浸系統，降低了掃查成本，同時降低了對待檢工件的尺寸要求；通過合理布局電機位置和傳動方式，使得超聲掃查器體積減小，便於手持式操作。實用性強。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。
圖1為本發明的結構示意圖；
圖2為本發明的X向運動模塊的結構示意圖；
圖3為本發明的Y向運動模塊的結構示意圖；
圖4為本發明的水浸自密封結構示意圖；
圖5為本發明的外部接線示意圖；
圖6為本發明的超聲探頭掃查軌跡示意圖。
圖中：1、上殼體；2、下殼體；3、X向電機支架；4、X向電機；5、Y向電機支架；6、X向滑軌；7、Y向電機；8、同步帶輪；9、環狀同步皮帶；10、導輪；11、皮帶導向支架；12、直線同步皮帶；13、超聲探頭支架；14、Y向滑軌；15、超聲探頭；16、延遲塊；17、擰緊螺母；18、橡膠膜；19、束帶；20、X向行程開關；21、Y向行程開關；22、按鈕開關；23、航空插頭；24、液態耦合劑；4-1、絲槓；4-2、內螺紋法蘭塊；9-1、U型曲線部分；9-2、直線部分。
具體實施方式
下面結合附圖，以直徑為15mm的MIG焊點工件檢測為例，進一步說明本發明的詳細內容及其具體實施方式。
參見圖1至圖6所示，本發明的緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器，包括殼體模塊、X向運動模塊、Y向運動模塊、超聲發射/接收模塊和附件模塊，其中殼體模塊是連接和固定的基礎，X向運動模塊和附件模塊固定到殼體模塊上；X向運動模塊內置電機驅動裝置，實現相對於殼體模塊的X向掃查運動；Y向運動模塊連接在X向運動模塊上，內置電機驅動裝置，實現相對於X向運動模塊的Y向掃查運動；超聲發射/接收模塊固定到Y向運動模塊上，使超聲探頭在工件表面進行X-Y向掃查；附件模塊將掃查器內部線路與外部線路連接起來，實現內外部信號傳遞。
所述殼體模塊包括上殼體1、下殼體2和X向電機支架3，所述上殼體1為手持式焊點超聲自動掃查器的上部殼體，下殼體2為手持式焊點超聲自動掃查器的下部殼體，殼體模塊是手持式焊點超聲自動掃查器其餘各零件連接和固定的基礎。所述X向電機支架3為固定X向電機4的支架，該X向電機支架3通過螺栓固定在上殼體1上，上殼體1與下殼體2固定連接；
參見圖1及圖2所示，所述X向運動模塊通過X向電機驅動，實現Y向電機支架、Y向運動模塊和超聲發射/接收模塊一起在X方向上作直線運動，結構包括X向電機4、Y向電機支架5和X向滑軌6，其中，所述X向電機4為步進式直線電機，其輸出端為可旋轉運動的絲槓4-1及在絲槓上進行直線運動的內螺紋法蘭塊4-2，絲槓4-1和內螺紋法蘭塊4-2之間為螺紋連接；X向電機4通過螺栓連接固定在X向電機支架3上；所述Y向電機支架5為固定Y向電機7的支架，該Y向電機支架5通過螺栓固定在X向電機4的內螺紋法蘭塊4-2上，當X向電機4工作時，Y向電機支架5沿X向作直線運動；所述X向滑軌6為微型精密滾珠滑組，其基本結構由X向滑軌外滑塊、X向滑軌內滑塊及中間的X向滑軌滾珠傳動系統組成，可實現X向滑軌內、外滑塊間相對運動；X向滑軌6共兩個，其X向滑軌內、外滑塊分別螺接在X向電機支架3和Y向電機支架5上，保障Y向電機支架5可以平穩順暢的相對X向電機支架3作X向直線運動。
參見圖1及圖3所示，所述的Y向運動模塊通過Y向電機驅動，實現超聲探頭支架以及安裝在其上的超聲發射/接收模塊能夠在Y方向上的作直線運動，結構包括Y向電機7、同步帶輪8、環狀同步皮帶9、導輪10、皮帶導向支架11、直線同步皮帶12、超聲探頭支架13和Y向滑軌14，其中，所述Y向電機7為兩相直流步進電機，輸出旋轉運動，其通過螺栓固定在Y向電機支架5上；同步帶輪8為齒形同步帶輪，固定在Y向電機7的旋轉軸上；環狀同步皮帶9分別與同步帶輪8、直線同步皮帶12嚙合；導輪10和皮帶導向支架11通過螺釘與Y向電機支架5固定在一起，共同保障環狀同步皮帶9能夠平穩順暢的運動；超聲探頭支架13為固定超聲探頭的支架，其與直線同步皮帶12膠粘在一起，使得超聲探頭支架13隨直線同步皮帶12沿Y向進行直線運動；Y向滑軌14為微型精密滾珠滑組，其基本結構由Y向滑軌外滑塊、Y向滑軌內滑塊及中間的Y向滑軌滾珠傳動系統組成，實現Y向滑軌內、外滑塊的相對運動，Y向滑軌14共兩個，其Y向滑軌內、外滑塊分別螺接在Y向電機支架5和超聲探頭支架13上，保障超聲探頭支架13可以平穩順暢的相對Y向電機支架5作Y向直線運動。
所述的環狀同步皮帶9為環狀齒形同步皮帶，由同步帶輪8和四組導輪10將其輪廓支撐為「凹」字型結構，即由一個U型曲線部分9-1和三個直線部分9-2組成，其U型曲線部分9-1與同步帶輪8嚙合，直線部分9-2則由四組導輪10在端點處固定，直線部分9-2下部與直線同步皮帶12嚙合；環狀同步皮帶9通過其「凹」字型結構將同步帶輪8的旋轉運動轉化為直線同步皮帶12的直線運動。
參見圖1及圖4所示，所述的超聲發射/接收模塊完成超聲波的發射和接收並通過超聲線束和超聲採集卡將超聲掃查反饋到工業計算機中，結構包括超聲探頭15、延遲塊16、擰緊螺母17、橡膠膜18和束帶19，其中，所述超聲探頭15為單點式水浸超聲探頭，固定在超聲探頭支架13上；所述延遲塊16為超聲探頭15與工件表面之間的硬質塑料耦合塊，主要作用是增加聲程，避免超聲探頭在薄板檢測時的近區效應，提高超聲波的解析度；延遲塊16通過擰緊螺母17固定在下殼體2上；所述橡膠膜18和束帶19將超聲探頭支架13、超聲探頭15、延遲塊16和下殼體2之間形成的空間封閉在一起，超聲探頭15工作前在其中加滿液態耦合劑24，以填充超聲探頭15和延遲塊16之間的間隙，此種內置水浸機構，保障超聲探頭在作二維掃描運動時，確保超聲探頭15與延遲塊16之間的良好耦合。
參見圖1及圖5所示，所述的附件模塊包括X向行程開關20、Y向行程開關21、按鈕開關22、航空插頭23、電機線束和超聲線束等，其中，所述X向行程開關20螺接在X向電機支架3上，當Y向電機支架5運動到指定位置即觸發X向行程開關20，並反饋行程信號，以方便用戶控制X向電機4的運動狀態；所述Y向行程開關21螺接在Y向電機支架5上，當超聲探頭支架13運動到指定位置即反饋行程信號，以方便用戶控制Y向電機7的運動狀態；所述按鈕開關22固定在上殼體1上，兩端連接電機線束，為X向電機4和Y向電機7的電源開關；所述航空插頭23分為插頭部分和插座部分，其插座部分固定在上殼體1上，與內部電機線束和超聲線束相連，插頭部分固定在外部電機線束和超聲線束上，實現外部線束與內部線束的快速插拔。電機線束通過航空插頭23與X向電機4、Y向電機7、X向行程開關20、Y向行程開關21、按鈕開關22連接。超聲線束通過航空插頭23與超聲探頭15連接，為超聲探頭15提供電源和信號傳輸，並把超聲掃查結果通過超聲採集卡反饋到工業計算機上。
所述的X向電機4為步進式直線電機，Y向電機7為步進電機，輸出旋轉運動，為節省空間，X向電機4、Y向電機7並排放置，其輸出軸平行；Y向電機7通過Y向電機支架5固定在X向電機4的內螺紋法蘭塊4-2上；Y向電機7通過環狀同步皮帶9和同步帶輪8、直線同步皮帶12間的嚙合，將旋轉運動轉化為直線同步皮帶的直線運動；通過合理布局兩電機位置和傳動方式，使得超聲掃查器在完成X向、Y向二維掃描運動的同時體積減小，更便於手持式操作。
本發明的緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器的基本運動模式為：
X向運動模式為：參見圖2所示，當X向電機4啟動時，輸出軸旋轉運動，螺接到輸出端的內螺紋法蘭塊4-2沿著X向做直線運動，帶動固定於其上的Y向電機支架5一起作X向直線運動，從而帶動固定到Y向電機支架5上的超聲發射/接收模塊作X向直線運動。
Y向運動模式為：參見圖3所示，當Y向電機7啟動時，輸出軸旋轉運動，其動力由同步帶輪8輸出並撥動環狀同步皮帶9運動，使環狀同步帶9的直線端做直線運動，驅使與之嚙合的直線同步皮帶12保持Y向直線運動，並帶動固定到Y向電機支架5上的超聲發射/接收模塊作Y向直線運動。
在工作狀態下，本發明的緊湊型手持式焊點超聲自動掃查器的運動方式為：
1、開啟計算機，啟動掃查指令，X向電機4與Y向電機7同時運動，當運動到X向行程開關20和Y向行程開關21均壓入時，即達到行程終點位置，此時，X向電機4與Y向電機7反轉到零位，使超聲探頭15達到掃查起點。
2、掃查開始，Y向電機7啟動，Y向運動模塊帶動超聲發射/接收模塊沿Y向掃查一條直線；當到達Y向行程終點時，Y向行程開關21壓入，Y向電機7停止運動，同時啟動X向電機4運轉特定角度，帶動X向運動模塊、Y向運動模塊和超聲發射/接收模塊沿著X向運動特定距離；之後X向電機4停止運動，Y向電機7反轉，Y向運動模塊帶動超聲發射/接收模塊沿Y反方向掃查一條直線；當到達行程起點時，Y向電機7停止運動，同時啟動X向電機4運轉特定角度；如此間歇往復運動，在工件表面進行覆蓋式掃查。
3、當到達X向行程終點時，X向行程開關20壓入，X向電機4停止，Y向電機7繼續驅動Y向運動模塊沿著Y向繼續運動，直至Y向行程開關21壓入，此時工件到達X、Y向行程終點，掃查結束；X、Y向電機4、7同時反轉到零位，使超聲探頭15達到掃查起點，準備下一次掃查。
參見圖6所示，本發明的具體檢測方式為：在工件表面進行X-Y向的覆蓋式步進掃查，其掃查範圍為20mm*20mm，掃查精度為0.5mm。
以上所述僅為本發明的優選實例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡對本發明所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。