超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置及方法，通过微米级光电位移传感器测量工件待测区域与超声探头夹持机构的相对几何关系，实时计算超声探头与工件待测区域的垂直度，并以此对超声探头姿态进行自动调节，使得超声探头与工件的耦合达到理想状态。调节装置由连接座、微型直线电机、控制器、万向球铰链、浮动座及微米级光电位移传感器构成。控制器通过控制三套微型直线电机来调节浮动座与工件待测区域表面的相对角度，使其上安装的超声探头的姿态达到良好耦合的要求。本发明专利技术实时计算探头与工件待测区域的垂直度，并以此对探头姿态进行闭环调节，使得探头与工件的耦合达到理想状态。

Attitude adaptive photoelectric feedback closed loop adjusting device and method for ultrasonic probe

The invention relates to an adaptive optoelectronic feedback closed-loop adjusting device and method for ultrasonic probe attitude. By measuring the relative geometric relationship between the workpiece area to be measured and the ultrasonic probe clamping mechanism with a micron-level optoelectronic displacement sensor, the perpendicularity between the ultrasonic probe and the workpiece area to be measured is calculated in real time, and the attitude of the ultrasonic probe is carried out accordingly. Automatic adjustment makes the coupling between ultrasonic probe and workpiece ideal. The adjusting device is composed of a connecting seat, a micro linear motor, a controller, a universal ball hinge, a floating seat and a micron photoelectric displacement sensor. The controller controls three sets of micro linear motors to adjust the relative angles between the floating seat and the surface of the workpiece to be measured, so that the posture of the ultrasonic probe mounted on it can meet the requirements of good coupling. The invention calculates the perpendicularity of the probe and the workpiece to be measured in real time, and adjusts the probe attitude in a closed loop so that the coupling between the probe and the workpiece reaches an ideal state.

【技术实现步骤摘要】
超声探头姿态自适应光电反馈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
的一种探头姿态自适应光电反馈闭环调节技术，尤指一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置及方法。
技术介绍
随着装备制造领域对焊接接头质量要求的不断提高，超声波无损检测技术的应用越来越广泛。但是，目前绝大多数超声波无损检测都是采用人工手动的方式进行，在检测效率方面存在不足。因此，自动化的检测方法及装置显得愈发重要，也是各装备制造企业及科研机构所关注的热点。在自动化、半自动化的超声波无损检测过程中，如何保证超声探头与工件表面达到良好的耦合状态，是获得可靠检测结果的关键。尤其是在采用垂直入射型超声探头进行扫描检测时，超声探头与工件表面的垂直度在很大程度上决定了其与工件的耦合状态。在进行大批量的自动化、半自动化超声波无损检测时，工件自身的尺寸差异、装夹误差等因素都会对超声探头与工件表面的垂直度产生影响，从而使耦合状态存在差异。如何自动识别这种差异并对超声探头姿态进行智能调节，是目前亟待解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置及方法，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术通过微米级光电位移传感器测量工件待测区域与超声探头夹持机构的相对几何关系，实时计算超声探头与工件待测区域的垂直度，并以此对超声探头姿态进行自动调节，使得超声探头与工件的耦合达到理想状态。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，包括连接座1、微型直线电机2、控制器3、万向球铰链4、浮动座5及位移传感器6，三套微型直线电机2固定在连接座1上，分布在以连接座1轴线为中心的圆上；每套微型直线电机2的伸缩轴端部各安装有一个万向球铰链4，三个万向球铰链4的另一端分别与浮动座5连接在一起；浮动座5上每个万向球铰链4的连接点处分别安装有一个位移传感器6，分布在以浮动座5轴线为中心的圆上；浮动座5中心位置设置有超声探头连接接口，超声探头7安装在浮动座5中心的超声探头连接接口上，超声探头7的超声探头轴线71与调整面61垂直，调整面61即三个位移传感器6端部构成的平面；控制器3安装在连接座1侧面，通过信号线分别与三个位移传感器6、三个直线电机2相连。所述的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置通过连接座1上端的法兰盘与检测机器人或运动平台相连接。所述的位移传感器6为微米级光电位移传感器。所述的控制器3为嵌入式单板控制器；控制器3通过控制三套微型直线电机2来调节浮动座5与工件待测区域表面的相对角度，使其上安装的超声探头7的姿态达到良好耦合的要求。本专利技术的另一目的在于提供一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节方法，在自动化、半自动化超声波无损检测过程中，当超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置在机器人或运动平台的带动下到达检测位置时，浮动座5上安装的三个位移传感器6在控制器3的指令下连续测量自身与工件8表面的距离值62；工件8上三个测量点构成一个平面，即目标面81，调整面61与目标面81相互平行也即表示超声探头轴线71与目标面81相互垂直；控制器3根据三个位移传感器6所获得的距离值62，对调整面61与目标面81的相对角度关系，即平行度进行计算；当平行度未达到检测要求时，控制器3发送运动指令给微型直线电机2，通过万向球铰链4的带动，使得浮动座5的一个或两个连接点位置发生变化；在此过程中，位移传感器6不断重复测量，直到调整面61与目标面81的平行度达到设定值，则认为超声探头轴线71与目标面81相互垂直，停止调节；之后，三个微型直线电机2的输出轴同步伸长等同距离，直到超声探头7与工件8表面相接触，达到预定耦合效果。本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节方法，包括如下步骤：步骤（1）、在自动化、半自动化超声波无损检测过程中，超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置在机器人或运动平台的带动下到达检测位置；步骤（2）、浮动座5上安装的三个位移传感器6在控制器3的指令下连续测量自身与工件8表面的距离值62，工件8上三个测量点构成一个平面，即目标面81，控制器3实时获取三个位移传感器6的测量值为H1、H2、H3；步骤（3）、控制器3根据三个位移传感器6所获得的距离值62计算距离差值ΔH1-2、ΔH1-3，其中，ΔH1-2代表H1与H2之间的差值、ΔH1-3代表H1与H3之间的差值；并对调整面61与目标面81的相对角度关系，即平行度进行计算；步骤（4）、若ΔH1-2、ΔH1-3大于设定值，则以H1为基准，电机21静止，电机22、电机23进行伸缩运动，并重新获取三个位移传感器（6）的测量值H1、H2、H3及计算ΔH1-2、ΔH1-3，直到ΔH1-2、ΔH1-3小于设定值，此时，调整面（61）与目标面（81）相互平行也即表示超声探头轴线（71）与目标面（81）相互垂直；步骤（5）、控制器3控制三个微型直线电机2的输出轴同步伸长等同距离，直到超声探头7与工件8表面相接触，完成姿态调节及耦合控制。本专利技术的有益效果在于：针对自动化、半自动化超声波无损检测的操作要求，本专利技术通过微米级光电位移传感器测量工件待测区域与探头夹持机构的相对几何关系，实时计算探头与工件待测区域的垂直度，并以此对探头姿态进行闭环调节，使得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为本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置的俯视结构示意图；图2为本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置的仰视结构示意图；图3为本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置的工作示意图（调节前）；图4为本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置的工作示意图（调节后）；图5为本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节方法检测流程图。图中：1、连接座；2、微型直线电机；3、控制器；4、万向球铰链；5、浮动座；6、位移传感器；61、调整面；62、距离值；7、超声探头；71、超声探头轴线；8、工件；81、目标面。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5所示，本专利技术的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置及方法，通过微米级光电位移传感器测量工件待测区域与超声探头夹持机构的相对几何关系，实时计算超声探头与工件待测区域的垂直度，并以此对超声探头姿态进行自动调节，使得超声探头与工件的耦合达到理想状态。调节装置由连接座、微型直线电机、控制器、万向球铰链、浮动座及微米级光电位移传感器构成。控制器通过控制三套微型直线电机来调节浮动座与工件待测区域表面的相对角度，使其上安装的超声探头的姿态达到良好耦合的要求。参见图1及图2所示，本专利技术之超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，包括连接座1、微型直线电机2、控制器3、万向球铰链4、浮动座5及位移传感器6，三套微型直线电机2固定在连接座1上，分布在以连接座1轴线为中心的圆上；每套微型直线电机2的伸缩轴端部各安装有一个万向球铰链4，三个万向球铰链4的另一端分别与浮动座5连接在一起；浮动座5上每个万向球铰链4的连接点处分别安装有一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，其特征在于：包括连接座（1）、微型直线电机（2）、控制器（3）、万向球铰链（4）、浮动座（5）及位移传感器（6），三套微型直线电机（2）固定在连接座（1）上，分布在以连接座（1）轴线为中心的圆上；每套微型直线电机（2）的伸缩轴端部各安装有一个万向球铰链（4），三个万向球铰链（4）的另一端分别与浮动座（5）连接在一起；浮动座（5）上每个万向球铰链（4）的连接点处分别安装有一个位移传感器（6），分布在以浮动座（5）轴线为中心的圆上；浮动座（5）中心位置设置有超声探头连接接口，超声探头（7）安装在浮动座（5）中心的超声探头连接接口上，超声探头（7）的超声探头轴线（71）与调整面（61）垂直，所述调整面（61）即三个位移传感器（6）端部构成的平面；控制器（3）安装在连接座（1）侧面，通过信号线分别与三个位移传感器（6）、三个直线电机（2）相连。

【技术特征摘要】
1.一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，其特征在于：包括连接座（1）、微型直线电机（2）、控制器（3）、万向球铰链（4）、浮动座（5）及位移传感器（6），三套微型直线电机（2）固定在连接座（1）上，分布在以连接座（1）轴线为中心的圆上；每套微型直线电机（2）的伸缩轴端部各安装有一个万向球铰链（4），三个万向球铰链（4）的另一端分别与浮动座（5）连接在一起；浮动座（5）上每个万向球铰链（4）的连接点处分别安装有一个位移传感器（6），分布在以浮动座（5）轴线为中心的圆上；浮动座（5）中心位置设置有超声探头连接接口，超声探头（7）安装在浮动座（5）中心的超声探头连接接口上，超声探头（7）的超声探头轴线（71）与调整面（61）垂直，所述调整面（61）即三个位移传感器（6）端部构成的平面；控制器（3）安装在连接座（1）侧面，通过信号线分别与三个位移传感器（6）、三个直线电机（2）相连。2.根据权利要求1所述的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，其特征在于：所述的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置通过连接座（1）上端的法兰盘与检测机器人或运动平台相连接。3.根据权利要求1所述的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，其特征在于：所述的位移传感器（6）为微米级光电位移传感器。4.根据权利要求1所述的超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置，其特征在于：所述的控制器（3）为嵌入式单板控制器；控制器（3）通过控制三套微型直线电机（2）来调节浮动座（5）与工件待测区域表面的相对角度，使其上安装的超声探头（7）的姿态达到良好耦合的要求。5.一种超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节方法，其特征在于：在自动化、半自动化超声波无损检测过程中，当超声探头姿态自适应光电反馈闭环调节装置在机器人或运动平台的带动下到达检测位置时，浮动座（5）上安装的三个位移传感器（6）在控制器（3）的指令下连续测量自身与工件（8）表面的距离值（62）；工件（8）上三个测量点构成一个平面，即目标面（81），调整面（61）与目标面（81）相互平行也即表示超声探头轴线（71...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春生，王洪潇，高文文，刘立国，
申请(专利权)人：中车长春轨道客车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22