笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法制造方法及图纸

技术编号:19008224 阅读:76 留言:0更新日期:2018-09-22 08:14
本发明专利技术涉及一种笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法,以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值,通过直线电机与夹持机构调节笔式超声探头轴线与工件表面的夹角,使得笔式超声探头与工件的耦合达到最佳状态。调节装置由支撑座、X向电机座、Y向电机座、X向直线电机、Y向直线电机、X向关节轴承、Y向关节轴承、控制器、压紧弹簧构成。控制器通过直线电机控制两个关节轴承的相对位置关系,从而改变笔式超声探头轴线倾角,最终实现笔式超声探头与工件耦合状态的闭环调节。通过精密直线电机及关节轴承夹持机构装置,以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值,对笔式超声探头姿态进行闭环调节,使得笔式超声探头与工件的耦合达到理想状态。

Device and method for adjusting posture of pen ultrasonic probe

The invention relates to a pen-type ultrasonic probe attitude closed-loop adjusting device and method. The amplitude of the surface wave in the ultrasonic echo signal is taken as the control value, and the angle between the axis of the pen-type ultrasonic probe and the surface of the workpiece is adjusted by a linear motor and a clamping mechanism, so that the coupling between the pen-type ultrasonic probe and the workpiece can reach the optimal state. The regulating device is composed of a support seat, an X-direction motor seat, a Y-direction motor seat, an X-direction linear motor, a Y-direction linear motor, an X-direction joint bearing, a Y-direction joint bearing, a controller and a compression spring. The controller controls the relative position relationship between two joint bearings by linear motor, thereby changing the axis inclination angle of the pen ultrasonic probe, and finally realizes the closed-loop regulation of the coupling state between the pen ultrasonic probe and the workpiece. By means of precision linear motor and joint bearing clamping mechanism, the pen ultrasonic probe is closed-loop adjusted with the amplitude of the surface wave in the ultrasonic echo signal as the control value, which makes the coupling between the pen ultrasonic probe and the workpiece reach the ideal state.

【技术实现步骤摘要】
笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法
本专利技术涉及过程控制领域,特别涉及焊接结构件超声波无损检测
的一种笔式超声探头姿态自反馈闭环调节技术,尤指一种笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法。
技术介绍
在汽车、轨道客车等装备制造领域薄板焊接结构的应用非常广泛,其焊接质量的超声波无损检测技术也越来越受到重视。目前,绝大多数薄板焊接接头的超声波无损检测一般都采用笔式聚焦探头。这种探头体积小,结构紧凑,且检测灵敏度较高。但是,笔式超声探头端部一般较细,与工件的接触面积小,探头的微小倾斜都会对其耦合状态造成影响,从而导致超声检测的准确度及可靠性降低。目前,在手动的超声波无损检测应用中,笔式超声探头姿态一般由操作者根据自身经验或感觉来控制,在准确度及可重复性方面存在欠缺。在自动化、半自动化的超声波无损检测应用中,笔式超声探头和扫查器的连接一般为刚性或半刚性,其与工件的耦合状态取决于扫查器的适应能力,调节余地较小。薄板焊接结构件的焊缝及周边区域一般存在一定的焊接变形,如何自动调节笔式超声探头姿态适应这种变形,是目前亟待解决的技术难题。超声检测的基本原理是由于耦合介质、工件及内部缺陷之间不同的声阻抗,导致超声波在耦合介质与工件上表面交界处,工件内部缺陷表面、工件下表面与耦合介质交界处均会发生反射。一般将超声波在耦合介质与工件上表面交界处反射的回波称为表面波,而当笔式超声探头在工件上进行移动扫描时,表面波不受工件内部状态的影响,其回波幅值则能够表征笔式超声探头与工件的耦合状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法,解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值,通过直线电机与夹持机构调节笔式超声探头轴线与工件表面的夹角,使得笔式超声探头与工件的耦合达到最佳状态。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现:笔式超声探头姿态闭环调节装置,包括支撑座1、X向电机座2、Y向电机座3、X向直线电机4、Y向直线电机5、X向关节轴承6、Y向关节轴承7、控制器8、压紧弹簧9,所述X向直线电机4、Y向直线电机5分别通过X向电机座2、Y向电机座3安装在支撑座1上,X向直线电机4、Y向直线电机5的轴线呈90度布置;X向直线电机4、Y向直线电机5的伸缩轴端部分别安装X向关节轴承6、Y向关节轴承7;笔式超声探头10安装在X向关节轴承6和Y向关节轴承7的内孔中;控制器8安装在支撑座1上,通过信号线分别与X向直线电机4、Y向直线电机5、超声检测仪相连。所述的X向关节轴承6的内圈与笔式超声探头10之间安装压紧弹簧9,对笔式超声探头10施加朝向工件11的压紧力。所述的控制器8为嵌入式单板控制器,通过X向直线电机4、Y向直线电机5控制X向关节轴承6、Y向关节轴承7的相对位置关系,从而实现笔式超声探头10轴线倾角的调节。本专利技术的另一目的在于提供一种笔式超声探头姿态闭环调节方法,包括如下步骤:步骤(1)、在超声波无损检测过程中,笔式超声探头姿态闭环调节装置放置在被测的工件11表面;步骤(2)、X向位置检测:控制器8通过X向直线电机4带动X向关节轴承6移动,在Y向关节轴承7位置不变的条件下,X向关节轴承6的移动使得笔式超声探头10的轴线与工件11表面的X向夹角产生变化;夹角的变化即表示笔式超声探头10与工件11接触点的耦合状态存在变化,在此过程中控制器8不断接收超声检测仪发送过来的回波信号,并记录每个瞬时的表面波幅值Ax;步骤(3):X向最佳姿态调节:控制器8对记录的各个瞬时表面波幅值Ax进行比较,当表面波幅值Ax达到最大值时,即表示笔式超声探头10轴线与工件11接触点在X方向上垂直,其耦合状态最好,此位置即为笔式超声探头10在X方向上的最佳姿态,控制器8记录X方向上最佳姿态时的X向直线电机4的调节距离,并通过调节X向直线电机4带动X向关节轴承6使其达到X方向上的最佳姿态;步骤(4)、Y向位置检测:控制器8通过Y向直线电机5带动Y向关节轴承7移动,在X向关节轴承6位置不变的条件下,Y向关节轴承7的移动使得笔式超声探头10的轴线与工件11表面的Y向夹角产生变化;夹角的变化即表示笔式超声探头10与工件11接触点的耦合状态存在变化,在此过程中控制器8不断接收超声检测仪发送过来的回波信号,并记录每个瞬时的表面波幅值Ay;步骤(5)、Y向最佳姿态调节:控制器8对记录的各个瞬时表面波复制Ay进行比较,当表面波幅值Ay达到最大值时,即表示笔式超声探头10轴线与工件11接触点在Y方向上垂直,其耦合状态最好,此位置即为笔式超声探头10在Y方向上的最佳姿态,控制器8记录Y方向上最佳姿态时的Y向直线电机5的调节距离,并通过调节Y向直线电机5带动Y向关节轴承7使其达到Y方向的最佳姿态。此时,笔式超声探头10姿态的闭环调节完成,笔式超声探头轴线与工件11接触点达到最佳耦合状态。本专利技术的有益效果在于:针对采用笔式超声探头进行超声波无损检测的操作要求,本专利技术通过精密直线电机及关节轴承夹持机构装置,以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值,对笔式超声探头姿态进行闭环调节,使得笔式超声探头与工件的耦合达到理想状态。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解,构成本申请的一部分,本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的笔式超声探头姿态闭环调节装置结构示意图;图2为本专利技术的笔式超声探头姿态闭环调节装置结构的工作原理示意图;图3为本专利技术的激光焊缝检测时调节前示意图;图4为本专利技术的激光焊缝检测时调节后示意图。图中:1、支撑座;2、X向电机座;3、Y向电机座;4、X向直线电机;5、Y向直线电机;6、X向关节轴承;7、Y向关节轴承;8、控制器;9、压紧弹簧;10、笔式超声探头;11、工件。具体实施方式下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其具体实施方式。参见图1至图4所示,笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法,以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值,通过直线电机与夹持机构调节笔式超声探头轴线与工件表面的夹角,使得笔式超声探头与工件的耦合达到最佳状态。本专利技术的笔式超声探头姿态闭环调节装置,包括支撑座1、X向电机座2、Y向电机座3、X向直线电机4、Y向直线电机5、X向关节轴承6、Y向关节轴承7、控制器8、压紧弹簧9,所述X向直线电机4、Y向直线电机5分别通过X向电机座2、Y向电机座3安装在支撑座1上,X向直线电机4、Y向直线电机5的轴线呈90度布置;X向直线电机4、Y向直线电机5的伸缩轴端部分别安装X向关节轴承6、Y向关节轴承7;笔式超声探头10安装在X向关节轴承6和Y向关节轴承7的内孔中;控制器8安装在支撑座1上,通过信号线分别与X向直线电机4、Y向直线电机5、超声检测仪相连。控制器通过X、Y向直线电机控制X、Y向关节轴承的相对位置关系,从而改变笔式超声探头轴线倾角,最终实现笔式超声探头与工件耦合状态的闭环调节。所述的压紧弹簧9安装在X向关节轴承6的内圈和笔式超声探头10之间,负责对笔式超声探头10施加朝向工件11的压紧力。所述的控制器8为嵌入式单板控制器,可以记录超声检测仪发送的表面波幅值并进行对比,求出最大值;可以通过X向直线电机4、Y向直线电机5控制X向关节轴承6、Y向关节轴承7的相本文档来自技高网...
笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法

【技术保护点】
1.一种笔式超声探头姿态闭环调节装置,其特征在于:包括支撑座(1)、X向电机座(2)、Y向电机座(3)、X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)、X向关节轴承(6)、Y向关节轴承(7)、控制器(8)、压紧弹簧(9),所述X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)分别通过X向电机座(2)、Y向电机座(3)安装在支撑座(1)上, X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)的轴线呈90度布置;X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)的伸缩轴端部分别安装X向关节轴承(6)、Y向关节轴承(7);笔式超声探头(10)安装在X向关节轴承(6)和Y向关节轴承(7)的内孔中;控制器(8)安装在支撑座(1)上,通过信号线分别与X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)、超声检测仪相连。

【技术特征摘要】
1.一种笔式超声探头姿态闭环调节装置,其特征在于:包括支撑座(1)、X向电机座(2)、Y向电机座(3)、X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)、X向关节轴承(6)、Y向关节轴承(7)、控制器(8)、压紧弹簧(9),所述X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)分别通过X向电机座(2)、Y向电机座(3)安装在支撑座(1)上,X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)的轴线呈90度布置;X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)的伸缩轴端部分别安装X向关节轴承(6)、Y向关节轴承(7);笔式超声探头(10)安装在X向关节轴承(6)和Y向关节轴承(7)的内孔中;控制器(8)安装在支撑座(1)上,通过信号线分别与X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)、超声检测仪相连。2.根据权利要求1所述的笔式超声探头姿态闭环调节装置,其特征在于:所述的X向关节轴承(6)的内圈与笔式超声探头(10)之间安装压紧弹簧(9),对笔式超声探头(10)施加朝向工件(11)的压紧力。3.根据权利要求1所述的笔式超声探头姿态闭环调节装置,其特征在于:所述的控制器(8)为嵌入式单板控制器,通过X向直线电机(4)、Y向直线电机(5)控制X向关节轴承(6)、Y向关节轴承(7)的相对位置关系,从而实现笔式超声探头(10)轴线倾角的调节。4.一种笔式超声探头姿态闭环调节方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤(1)、在超声波无损检测过程中,笔式超声探头姿态闭环调节装置放置在被测的工件(11)表面;步骤(2)、X向位置检测:控制器(8)通过X向直线电机(4)带动X向关节轴承(6)移动,在Y向关节轴承(7)位置不变的条件下,X向关节轴承(6)的...

【专利技术属性】
技术研发人员:段珍珍贾坤宁王毅王敏
申请(专利权)人:长春工程学院
类型:发明
国别省市:吉林,22

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