軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置的製作方法

2023-10-21 05:55:07 1

專利名稱：軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置的製作方法
技術領域：
本發明是應用超聲波探傷技術對軌道交通用車軸及其它直軸類零件進行檢驗的裝 置，適用於軌道交通用車軸及其它直軸類被測車軸內部缺陷的無損檢測。
背景技術：
超聲檢測是指用超聲波來檢測材料和被測車軸、並以超聲檢測儀作為顯示方式的一 種無損檢測方法。超聲檢測是利用超聲波的眾多特性(如反射和衍射)，通過觀察顯示 在超聲檢測儀上的有關超聲波在被檢材料或被測車軸中發生的傳播變化，來判定被檢材 料和被測車軸的內部和表面是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和被測車軸
的情況下，評估其質量和使用價值。
現有的超聲波探傷裝置為簡易探頭盒內部澆灌樹脂固定超聲波晶片，手持操作，肉 眼觀察儀器顯示屏上的波形圖，來判斷是否存在缺陷。利用這種裝置進行探傷的方法是 手工探傷，技術工人拿著探傷裝置在被測車軸表面進行接觸式探傷，對其一部分探傷完後， 人工滾動車軸，再對車軸的其他部分進行探傷，這樣重複操作可保證完成對整個被測車軸的 探傷，使用手工探傷方法的好處在於價格低廉，但是由於探傷過程中探頭總與被測車軸保持 接觸，對探頭磨損比較嚴重，再有被測車軸的軸向尺寸不一樣，不可避免的誤操作使探頭會 撞擊被測車軸表面，造成探頭損壞。而且手工探傷要對被測車軸進行全面掃查，必然會耗費
大量的時間，產生了探傷質量與速度的矛盾；再有傳統的手工探傷是人工對探傷波形進行分
析，判斷是否為傷痕，因此會出現漏檢誤檢的現象。

發明內容
本發明針對現有探傷裝置存在的手工探傷易磨損探頭、探傷速度慢、容易出現漏檢 誤檢的現象、探傷結果不易保存的缺陷，提出了水下全浸式自動化超聲波探傷機構，並 採用了水下支撐旋轉機構，及伺服控制超聲波探頭沿數學模型自動掃査系統。
本發明解決的技術問題採用的技術方案是
軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，包括入料工作檯、擋放料機構、規正機構、
水槽機構、出料臺、機械手橫移支架、機械手和噴標機構；其中入料工作檯是上表面為 斜面的長方形鋼管焊接框架，擋放料機構固定在入料工作檯的中部，規正機構固定在入 料工作檯右端的前後兩側，機械手橫移支架是具有四根支撐梁的方鋼管焊接框架結構， 四根支撐梁以水槽機構為中心，固定於入料工作檯和出料臺的前後兩側，機械手橫移支架上裝有滑軌，機械手固定在滑軌上；水槽機構位於入料臺與出料臺之間，包括探傷支 架、水槽、水槽支架、滾珠絲槓支架、水下支撐機構和探傷機構；其中水槽支架為工型 鋼，固定在地面，探傷支架、水槽和滾珠絲槓支架固定在水槽支架上，探傷支架的上方 固定探傷機構，探傷機構和滾珠絲槓支架的上方固定水下支撐機構，噴標機構通過角鐵 固定在出料臺的前端，對有缺陷的被檢工件進行標識。 '
所述的擋放料機構包括氣缸鉸鏈支撐、擋放料驅動氣缸、翻轉圓盤和撥叉，擋放料 驅動氣缸與氣缸鉸鏈支撐相連，翻轉圓盤與擋放料驅動氣缸的輸出軸相連，撥叉與翻轉 圓盤固定。
所述的規正機構包括方鋼管框架、軸承座、鏈輪、左規正手、驅動氣缸、導向滑軌、 氣缸推板、右規正手和環形鏈條，其中方鋼管框架固定於地面，其表面安裝有導向滑軌， 其中部安裝有驅動氣缸，方鋼管框架的兩端通過軸承座固定鏈輪，鏈輪之間通過環形鏈 條相連，環形鏈條的一端與左規正手相連，另一端與氣缸推板和右規正手相連。左規正 手、氣缸推板和右規正手固定在導向滑軌上。
所述的水下支撐機構包括伺服電機、同步帶、驅動軸、從動滾輪、滾珠絲槓和軸支 撐，其中軸支撐沿軸向固定在水槽的底部，伺服電機直接安裝於水槽上方方鋼管焊接的 框架上，同步帶與伺服電機和驅動軸相連，驅動軸固定在軸支撐上，從動滾輪置於驅動 軸上，滾珠絲槓安裝在滾珠絲槓支架的上方，並與從動滾輪相連，用於被測車軸的軸向 定位，有效的解決了水下防鏽等問題。
所述的探傷機構包括第一探頭組、第二探頭組、導軌、第三探頭組和第四探頭組， 其中第一探頭組、第二探頭組和第三探頭組、第四探頭組分別固定在導軌的左右兩端。
所述的噴標機構包括標準自噴漆罐，執行氣缸，自噴漆壓塊，噴標機構主框架，其 中主框架為型鋼焊接的框架，底部有圓孔槽，自噴漆罐放置在圓孔槽內，用於提供自噴 漆；執行氣缸固定在噴標機構主框架上的蓋板上，通過電磁閥控制通斷氣使氣缸動作， 完成對自噴漆罐噴頭施加壓力，達到噴漆的效果；自噴漆壓塊一側與執行氣缸固定，另 一側開有與自噴漆罐相配的V形槽，用以傳遞氣缸推力給自噴漆罐的噴頭。 本發明與傳統手工探傷相比較的優點在於
(1) 通過入料臺、機械手橫移機構、出料機構的緊密配合，實現了上、下料與探傷 全過程自動化，檢測效率顯著提高。
(2) 通過水下支撐機構使車軸緩慢旋轉，4組探頭組徑向移動，完成對車軸的軸向 和徑向的全面掃查，避免了漏檢現像的發生，通過同步帶傳到的方式有效的避免了水下 傳動機構的防水問題。(3)採用水膜法和水浸法探傷。利用探頭在每個工位探傷前進行測距和伺服電機精 確調整水膜厚度，保證對不同直徑部位檢測時的水層厚度恆定，防止了探頭撞擊被測車 軸。


圖1為本發明的系統示意圖2為本發明的擋放料機構示意圖3為本發明的規正機構示意圖，圖3a為主視圖，圖3b為俯視圖； 圖4為本發明水下支撐機構示意圖，圖4a為左視圖，圖4b為俯視圖； 圖5為本發明探傷機構示意圖，圖5a為主視圖，圖5b為俯視圖； 圖6為本發明超聲檢測示意圖； 圖7為本發明噴標機構示意圖。
具體實施例方式
軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，如圖1所示，包括入料工作檯1、擋放料 機構2、規正機構3、水槽機構4、出料臺5、機械手橫移支架6、機械手7和噴標機構； 其中入料工作檯1是上表面為斜面的長方形鋼管焊接框架，擋放料機構2固定在入料工 作臺1的中部，規正機構3固定在入料工作檯l右端的前後兩側，機械手橫移支架6是 具有四根支撐梁的方鋼管焊接框架結構，四根支撐梁以水槽機構4為中心，固定於入料 工作檯1和出料臺5的前後兩側，機械手橫移支架6上裝有滑軌，機械手7固定在滑軌 上；水槽機構4位於入料臺1與出料臺5之間，包括探傷支架41、水槽42、水槽支架 43、滾珠絲槓支架44、水下支撐機構9和探傷機構10;其中水槽支架43為工型鋼，固 定在地面，探傷支架41、水槽42和滾珠絲槓支架44固定在水槽支架43上，探傷支架 41的上方固定探傷機構IO，探傷機構10和滾珠絲槓支架44的上方固定水下支撐機構9， 噴標機構8通過角鐵85固定在出料臺5的前端，.對有缺陷的被檢工件進行標識。
所述的擋放料機構2，如圖2所示，包括氣缸鉸鏈支撐21、擋放料驅動氣缸22、翻 轉圓盤23和撥叉24，擋放料驅動氣缸22與氣缸鉸鏈支撐21相連，翻轉圓盤23與擋放 料驅動氣缸22的輸出軸相連，撥叉24與翻轉圓盤23固定。
所述的規正機構3包括方鋼管框架31、軸承座32、鏈輪33、左規正手34、驅動氣 缸35、導向滑軌36、氣缸推板37、右規正手38和環形鏈條39，如圖3所示，圖中(a) 為主視圖，(b)為俯視圖，其中方鋼管框架31固定於地面，其表面安裝有導向滑軌36， 其中部安裝有驅動氣缸35，方鋼管框架31的兩端通過軸承座32固定鏈輪33，鏈輪33 之間通過環形鏈條39相連，環形鏈條39的一端與左規正手34相連，另一端與氣缸推板37和右規正手38相連。左規正手34、氣缸推板37和右規正手38固定在導向滑軌 36上。
所述的水下支撐機構9包括伺服電機91、同步帶92、兩個驅動軸93、兩對從動滾 輪94、滾珠絲槓95和四個軸支撐96，如圖4所示，圖中(a)為左視圖，(b)為俯視圖， 其中四個軸支撐96在整個機構的中部和兩端，沿軸向固定在水槽42的底部，用以支撐 驅動軸93，伺服電機91安裝於水槽42上方方鋼管焊接的框架上，同步帶92與伺服電 機91和驅動軸93相連，兩個驅動軸93通過聯軸器相連，兩對從動滾輪94置於兩個驅 動軸93上，滾珠絲槓95安裝在滾珠絲槓支架44的上方(如圖3(a)所示)，並與從動 滾輪94相連，用於被測車軸的軸向定位。
所述的探傷機構IO包括第一探頭組101、第二探頭組102、導軌103、第三探頭組 104和第四探頭組105，如圖5所示，圖中(a)為主視圖，(b)為俯視圖，其中第一探頭 組101、第二探頭組102和第三探頭組104、第四探頭組105分別固定在導軌103的左 右兩端。
所述的噴標機構8，如圖7所示，包括標準自噴漆罐81，執行氣缸82，自噴漆壓 塊83，噴標機構主框架84，其中主框架84為型鋼焊接的框架，底部有圓孔槽，自噴漆 罐81放置在圓孔槽內，用於提供自噴漆；執行氣缸82固定在噴標機構主框架84上的 蓋板上，通過電磁閥控制通斷氣使氣缸動作，完成對自噴漆罐噴頭施加壓力，達到噴漆 的效果；自噴漆壓塊83—側與執行氣缸82固定，另一側開有與自噴漆罐81相配的V 形槽，用以傳遞氣缸推力給自噴漆罐81的噴頭。
下面介紹一下利用本發明所述的探傷裝置實現自動化探傷的全過程 在探傷工作前，事先確定有幾種形狀的車軸進行探傷，將其外形模型輸入控制系統 的主機內，然後將車軸置於入料工作檯l上，沿入料軌道運動到擋放料機構2處，利用 擋放料驅動氣缸22帶動翻轉圓盤23旋轉，該機構的功能是對車軸進行隔離，確保每次 只有一個車軸可通過規正機構進行規正。初始時，左規正手34和右規正手38在兩側的 虛線處，如圖3(b)所示，當進行規正操作時，驅動氣缸35帶動氣缸推板37和右規正手 38同時向左移動，此時由於環形鏈條39連接左規正手34、氣缸推板37以及右規正手 38，因此左規正手向右向移動，直至左規正手34與右規正手38與被測車軸兩側的軸端 相接觸，如圖3(b)中實線所示，規正完成後，兩規正手回到初始位置(虛線處)。由於 車軸放置到入料工作檯1時，會沿軸向方向有一定的錯位，該機構的作用就是將車軸歸 正到同一位置，以利於機械手的抓取以及檢測工位的檢測。
採用一組雙臂機械手7抓取車軸，其操作過程是從初始位置垂直向下，抓取車軸4垂直上升到安全高度，水平移動到探傷水槽4的上方—垂直向下，把車軸平穩放置 在從動滾輪94上，然後上升到安全高度4探傷完成—從安全高度垂直向下，抓取 車軸—垂直上升到安全高度，水平移動到出料臺上方4垂直向下，把車軸平穩放置 在出料臺，然後上升到安全高度—水平移動到初始位置，上述機械手的運動過程利用 現有的傳感器以及控制系統即可實現。 對車軸進行探傷的過程描述如下
機械手7將車軸放置於從動滾輪94上，伺服電機91通過同步帶92帶動驅動軸93 旋轉，驅動軸93帶動上面的兩組從動滾輪94沿同一方向旋轉，通過手動旋轉滾珠絲槓 95使得兩組從動滾輪94靠在被測車軸兩側的軸肩上進行定位，其作用防止被測車軸在 旋轉時發生軸向竄動。當從動滾輪94帶動被測車軸旋轉時，4組探頭101、 102、 104和 105水平移動，同時根據車軸軸徑的不同部位做徑向運動，同時車軸旋轉，進而完成整 根車軸的全面掃査。
4組探頭101、 102、 104和105分別至於導軌103上，起始位置為第一探頭組101 和第二探頭組102置於導軌103左側，第三探頭組104和第四探頭組105置於導軌103 右側，每組探頭完成被測車軸的四分之一掃描，開始掃描時第一探頭組101和第二探頭 組102向右運動，第三探頭組104和第四探頭組105向左運動，完成對被測車軸的整體 掃描。
探頭運動過程中採用的耦合方式兼容了現有技術的水膜法和水浸法兩種方法，利用 探頭在探傷前進行測距和伺服電機精確調整水膜厚度，每個探頭組中都有6個晶片，其 中l個晶片用於測量探頭與被測車軸之間的距離，會隨時反饋距離信息給伺服'機構進行 調節，另外5個晶片用於超聲波探傷，保證對不同直徑部位檢測時的水層厚度恆定(約 為2mm 3mm)，防止探頭撞擊被測車軸，如圖6所示，圖中L為探頭與被測車軸的距離， (D為被測車軸不同直徑部位的外徑，水浸法水層L的距離為1/4<D，如附圖6所示，圖 中ll表示某一探頭(101、 102、 104或105)，靠伺服電機91驅動軸向和徑向運動， 因為車軸是有臺階的，所以4組探頭進行探測時必須要適應不同的直徑，故有徑向移動， 12為耦合溶液， 一般為煤油或透明切削液以保證探傷的效果，減輕超聲衰減；13為被 測車軸。
在自動化探傷中，每根車軸完成檢測後，對探傷結果進行自動處理，並根據主機內 設定好的缺陷波標準進行評判。探傷機軟體具備自動識別的能力。
探傷結束後，機械手抓取被測車軸至出料臺，如果探傷機構認為車軸不符合質量要 求，可用噴標機構8標出廢品。 '
權利要求
1、軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，其特徵在於包括入料工作檯(1)、擋放料機構(2)、規正機構(3)、水槽機構(4)、出料臺(5)、機械手橫移支架(6)、機械手(7)和噴標機構(8)；其中入料工作檯(1)是上表面為斜面的長方體形狀方鋼管焊接框架，擋放料機構(2)固定在入料工作檯(1)的中部，規正機構(3)固定在入料工作檯(1)右端的前後兩側，機械手橫移支架(6)是具有四根支撐梁的方鋼管焊接框架結構，四根支撐梁以水槽機構(4)為中心，固定於入料工作檯(1)和出料臺(5)的前後兩側，機械手橫移支架(6)上裝有滑軌，機械手(7)固定在滑軌上；水槽機構(4)位於入料臺(1)與出料臺(5)之間，包括探傷支架(41)、水槽(42)、水槽支架(43)、滾珠絲槓支架(44)、水下支撐機構(9)和探傷機構(10)；其中水槽支架(43)為工型鋼，固定在地面，探傷支架(41)、水槽(42)和滾珠絲槓支架(44)固定在水槽支架(43)上，探傷支架(41)的上方固定探傷機構(10)，探傷機構(10)和滾珠絲槓支架(44)的上方固定水下支撐機構(9)，噴標機構(8)通過角鐵(85)固定在出料臺(5)的前端，對有缺陷的被檢工件進行標識。
2、 根據權利要求1所述的軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，其特徵在於-擋放料機構(2)包括氣缸鉸鏈支撐(21)、擋放料驅動氣缸(22)、翻轉圓盤(23) 和撥叉(24),擋放料驅動氣缸(22)與氣缸鉸鏈支撐(21)相連，翻轉圓盤(23)與 擋放料驅動氣缸(22)的輸出軸相連，撥叉(24)與翻轉圓盤(23)固定。
3、 根據權利要求l所述的軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，其特徵在於 規正機構(3)包括方鋼管框架(31)、軸承座(32)、鏈輪(33)、左規正手(34)、 驅動氣缸(35)、導向滑軌(36)、氣缸推板(37)、右規正手(38)和環形鏈條(39)， 其中方鋼管框架(31)固定於地面，其表面安裝有導向滑軌(36)，其中部安裝有驅動 氣缸(35)，方鋼管框架(31)的兩端通過軸承座(32)固定鏈輪(33)，鏈輪(33) 之間通過環形鏈條(39)相連，環形鏈條(39)的一端與左規正手(34)相連，另一端 與氣缸推板(37)和右規正手(38)相連。左規正手(34)、氣缸推板(37)和右規正 手(38)固定在導向滑軌(36)上。
4、根據權利要求1所述的軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，其特徵在於 水下支撐機構(9)包括伺服電機(91)、同步帶(92)、驅動軸(93)、從動滾輪(94)、 滾珠絲槓(95)和軸支撐(96),其中軸支撐(96)沿軸向固定在水槽(42)的底部，伺服電機(91)直接安裝於水槽(42)上方方鋼管焊接的框架上，同步帶(92)與伺服 電機(91)和驅動軸(93)相連，驅動軸(93)固定在軸支撐(96)上，從動滾輪(94) 置於驅動軸(93)上，滾珠絲槓(95)安裝在滾珠絲槓支架(44)的上方，並與從動滾 輪(94)相連，用於被測車軸的軸向定位。
5、 根據權利要求l所述的軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，其特徵在於 探傷機構(10)包括第一探頭組(101)、第二探頭組(102)、導軌(103)、第三探 頭組(104)和第四探頭組(105)，其中第一探頭組(101)、第二探頭組(102)和第 三探頭組(104)、第四探頭組(105)分別固定在導軌(103)的左右兩端。
6、 根據權利要求l所述的軌道交通用車軸自動化超聲波探傷裝置，其特徵在於-噴標機構(8)包括標準自噴漆罐(81)，執行氣缸(82)，自噴漆壓塊(83)，噴標 機構主框架(84),其中主框架(84)為型鋼焊接的框架，底部有圓孔槽，自噴漆罐(81) 放置在圓孔槽內，用於提供自噴漆；執行氣缸(82)固定在噴標機構主框架(84)上的 蓋板上，通過電磁閥控制通斷氣使氣缸動作，完成對自噴漆罐噴頭施加壓力，達到噴漆 的效果；自噴漆壓塊(83) —側與執行氣缸(82)固定'，另一側開有與自噴漆罐(81) 相配的V形槽，用以傳遞氣缸推力給自噴漆罐(81)的噴頭。
全文摘要
本發明是應用超聲波探傷技術對軌道交通用車軸及其它直軸類零件進行檢驗的裝置，主要包括入料工作檯、擋放料機構、規正機構、水槽機構、出料臺、機械手橫移支架、橫移機械手、探傷機構和噴標機構，其中入料工作檯保證被測車軸可緩慢滾動至規正機構，擋放料機防止多軸進入規正機構，規正機構對進入規正臺的被測車軸進行規正，機械手橫移支架上的橫移機械手抓取被測車軸至水槽，探傷機構中的四組探頭分別做軸向和徑向運動，完成對被測車軸的全面掃查，橫移機械手將掃查完成的被測車軸抓取至出料被測車軸，噴標機構實現對有缺陷的被檢工件進行標識，該裝置適用於軌道交通用車軸及其它直軸類件內部缺陷的無損檢測。
文檔編號G01N29/04GK101614703SQ200910089090
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月28日 優先權日2009年7月28日
發明者劉江平, 吳海英, 姚鵬遠, 張建宏, 滕永平, 穎 董, 魯天喜 申請人:晉西車軸股份有限公司;北京精益通達自動化專用設備技術開發有限公司;北京交通大學