专利名称：一种移动式高精确度丝材超声检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及丝材超声检测技术，特别提供了一种移动式高精确度丝材超声检测系统。
背景技术：
丝材在航空、航天、医用等领域有着广泛的应用。因其使用环境非常苛刻，对丝材的质量有着非常高的要求，而丝材在冶炼、轧制等过程中，有时会产生裂纹、气孔、夹杂等缺陷，如果此类缺陷不能被检出，将严重影响产品的使用安全，造成严重的后果。目前，超声检测的方法公认为是最有效的丝材检测手段之一。现有超声检测系统主要针对大型工厂流水式生产检测而设计制作的，多采用“非数字化螺旋式前进的机械扫查系统”，这种系统主要包括呈直线布置的“送料机构、检测单元、出料机构”和其它辅助的分选机构等。丝材的螺旋式前进靠胶轮驱动，胶轮转速调节丝材转速，胶轮角度调节丝材行进速度。这种方式存在以下问题(1)丝材螺旋前进速度只能控制在一定的范围区间，参数设定误差较大。(2)丝材只能单方向螺旋前进，扫查形式单一，不利于缺陷的定性。(3)整个系统体积庞大。目前所采用的检测单元多为固定式水浸槽结构，探头及其调节机构固定布置在内部，丝材穿过水浸槽两侧的耦合套的检测方式。这种方式存在以下问题(1)探头、耦合套和丝材均是相对独立的，当丝材弯曲时，造成超声探头到工件的距离发生变化，引起检测参数的变化造成误判或漏判。(2)当丝材直径稍大，刚性强一些，水槽两侧的耦合套不能够将其“校直”，丝材会卡在耦合套两侧，不能够实施检测。(3)耦合套和丝材是刚性摩擦的，一般选用尼龙等材料，磨损损耗较大。(4) 一般水浸槽内部要安装水距参数的调节机构，造成水浸槽沿丝材轴向尺寸偏大，造成丝材两侧的检测盲区增大。(5)水循环系统设计易造成气泡对检测结果的干扰。为了克服现有技术的不足，本发明特别提供一种移动式高精确度丝材超声检测系统，检测单元跟随丝材径向运动，可以实现丝材内部、表面和近表面缺陷高灵敏度、高效率自动化检测、记录和评估。

发明内容
本发明的目的是提供一种移动式高精确度丝材超声检测系统。本发明是采用“TP125型气动卡盘(200)夹持丝材旋转，气动定心机构(4)辅助 支撑，直线运动单元带动移动定心单元(33)和检测单元(31)移动扫查”的传动模式，配置四通道超声发射接受系统，专用控制检测软件实现夹持、旋转、扫查的数字化操作和缺陷信号的采集、处理和条形图显示，从而实现丝材内部、表面和近表面缺陷高灵敏度、高效率自动化检测、记录和评估。本发明提供了一种移动式高精确度丝材超声检测系统，由基体平台(1)、夹持机构 (2)、检测机构(3)构成，夹持机构(2)和检测机构(3)置于基体平台(1)上，检测机构(3)与基体平台(1)滑动连接，置于基体平台(1)的导轨上，并且沿检测方向直线滑动在导轨上。检测机构(3)由检测单元(31)和轴向移动单元(32)构成，检测单元(31)与轴向移动单元(32)柔性连接，检测单元(31)在丝材径向具有自由度，丝材径向运动时，检测单元 (31)跟随丝材径向运动，检测单元(31)在轴向刚性移动。这样，当棒材存在一定的不直度时，检测单元能够“随弯就弯”，确保探头到检材中心线的距离不发生变化，从而能够获得最佳的参数保持性能，而且对检材的不直度有了更好的适用性。本发明所述检测单元(31)由探头架(311)、探头(312)、2个耦合套(313)组成，探头架(311)成环形结构，2个耦合套(313)置于探头架(311)两侧中心位置，探头(312)布置在探头架上的定位孔内，丝材穿过耦合套(313)，与探头架(311)共同形成耦合用的沉积水腔。检测单元通过对水循环系统的特殊设计，利用“沉积水”做耦合水，给气泡上浮留出时间和空间，从而有效的避免了气泡的干扰问题。本发明所述检测机构(3)上增设了移动定心单元(33)，移动定心单元(33)由下压随动轮(331)、转角限位条(332)、手动调节器(333)、两个支撑随动轮(334)组成。手动调节器(333)连接装有支撑随动轮(334)的支架，并置于支架下方，下压随动轮(331)和两个支撑随动轮(334)之间成120°角，移动手动调节器(333)调节下方两个支撑随动轮(334) 的轮间距，转角限位条(332)安装在装有下压随动轮(331)和支撑随动轮(334)的支架上， 转角限位条(332)限定下压随动轮(331)和支撑随动轮(334)摆动的角度，从而确保了丝材在检测过程中与左右卡盘机械轴心保持良好的同心度。本发明所述夹持机构(2)由TP125型气动卡盘(200)、同步带(201)、步进电机 (202)构成。步进电机(202)由手动或软件控制旋转，步进电机(202)带动同步带(201)旋转，同步带(201)带动TP125型气动卡盘(200)旋转，TP125型气动卡盘(200)夹持丝材旋转。夹持机构(2)包括移动旋转机构(21)和固定旋转机构(22)，移动旋转机构(21)安装基体平台(1) 一侧的导轨上，由步进电机(202)带动沿导轨移动，固定旋转机构(22)安装在基体平台的另一侧，从而实现了不同丝材直径的自动夹持和旋转功能。本发明所述基体平台(1)上增设了气动定心机构(4)，气动定心机构(4)与移动旋转机构(21)和固定旋转机构(22)中心线同心安装，等距排列在基体平台后侧。气动定心机构由气缸(41)、导轨与滑块(42)、旋转轮(43)、气爪(44)、连接板(45)组成。气缸(41) 和导轨与滑块(42)组成伸缩机构，装有旋转轮(43)的气爪(44)通过连接板(45)固定在导轨上，气动定心机构(4)上安装避让传感器，当检测单元(31)移动至气动定心机构(4) 避让传感器位置时，气爪(44)张开，松开丝材，收回，待检测单元(31)过去，气爪(44)重新回至丝材轴线位置，压紧气爪(44)。为确保气缸伸出后，气爪(44)与丝材同心，在伸出端装有刚性撞停块，装配油压缓冲器，减少伸出或收缩动作对撞停块造成较大的冲击，避免产生震动。基体平台(1)两侧装有机械限位装置，当移动定心单元(33)和检测单元(31)触及机械限位装置时将停止移动，防止与旋转机构发生以外碰撞。本发明的优点(1)对丝材的规格、不直度的要求更加宽泛，适用范围更广。⑵缩小了丝材两端检测盲区。(3)良好的参数保持性能，低气泡干扰措施，确保高可靠性检测。 (4)降低了耦合部件的磨损率。(5)检测单元模块化设计，也可单独配合管材、棒材等系统使用。(6)多种运动扫查方式，更利于缺陷的定性判断，降低误报率。(7)数字化参数设置、 触摸屏自动控制，操作更加方便，减轻工作强度。(8)图像化结果显示，结果判断简易、直观。(9)整机占地面积小，非常适用于研究所等生产使用单位的高精度高效检测。


图1为移动式高精确度丝材超声检测系统总体结构主视图；图2为移动式高精确度丝材超声检测系统总体结构俯视图；图3为移动定心单元结构图；图4为TP125型气动卡盘结构图；图5为夹持机构剖视图；图6为气动定心机构结构图；图7为检测单元结构图；图8为检测单元剖视图。图中1 基体平台，2 夹持机构，3 检测机构，4 气动定心机构，21 移动旋转机构，22 固定旋转机构，200 :ΤΡ125型气动卡盘，201 同步带，202 步进电机，31 检查单元， 32 轴向移动单元，33 移动定心单元，311 探头架，312 探头，313 耦合套，331 下压随动轮，332 转角限位条，333 手动调节器，334 支撑随动轮。
具体实施例方式在图1、图2所示实施例中，夹持机构(2)所包括的移动旋转机构(21)和固定旋转机构(22)置于基体平台(1)上，检测机构(3)与基体平台(1)滑动连接，并置于基体平台 (1)的导轨上，沿检测方向直线滑动在导轨上，气动定心机构(4)与移动旋转机构(21)和固定旋转机构(22)中心线同心安装，移动旋转机构(21)安装基体平台(1) 一侧的导轨上，固定旋转机构(22)安装在基体平台的另一侧，等距排列在基体平台后侧；检测单元(31)与轴向移动单元(32)柔性连接，检测单元(31)在丝材径向具有自由度，丝材径向运动时，检测单元(31)跟随丝材径向运动，检测单元(31)在轴向刚性移动，检测单元(31)在管材轴向方向的长度最小只有20mm，这样，当棒材存在一定的不直度时，检测单元能够“随弯就弯”， 确保探头到检材中心线的距离不发生变化，从而能够获得最佳的参数保持性能，而且对检材的不直度有了更好的适用性；并且检测单元(31)去掉了螺杆式探头调节机构，而采用水距调节环的方式来调节检测参数，参数重复性高度一致，从而能够获得最佳的参数保持性能，而且大大缩小了丝材两端的检测盲区。本实施例所述移动式高精确度丝材超声检测系统，当采用多探头检测时，检测单元(31)与“随动驱动结构”连接，采用Imm厚的钢板或其它材料的弹性板，沿检测丝材的径向方向折成“Z”字型，使之沿丝材径向方向具有自由度，而沿丝材轴向方向具备必要的刚性，当采用单探头检测时，采用“吊挂式”连接，丝材穿过耦合套(313)，检测单元(31)吊在丝材上，当丝材具有不直度时，沿圆周方向检测单元(31)会随其摆动，轴向方向刚性推动检测单元(31)沿轴向移动。根据探头数量与丝材直径，该“随动驱动机构”可依据该原理作特殊设计。

在图3所示实施例中，手动调节器(333)连接装有支撑随动轮(334)的支架，并置于支架下方，下压 随动轮(331)和两个支撑随动轮(334)之间成120°角，移动手动调节器 (333)调节下方两个支撑随动轮(334)的轮间距，转角限位条(332)安装在装有下压随动轮(331)和支撑随动轮(334)的支架上，转角限位条(332)限定下压随动轮(331)和支撑随动轮(334)摆动的角度，从而确保了丝材在检测过程中与左右卡盘机械轴心保持良好的同心度。在图7、 图8所示实施例中，探头架(311)、探头(312)、2个耦合套(313)组成了检测单元(31)，探头架(311)成环形结构，2个耦合套(313)置于探头架(311)两侧中心位置，探头(312)布置在探头架上的定位孔内，丝材穿过耦合套(313)，与探头架(311)共同形成耦合用的沉积水腔。检测单元(31)通过对水循环系统的特殊设计，考虑水循环通道的位置，进水口和出水口均高于探头(312)位置，在水泵的作用下，经过粗、细两道过滤，具有一定压力的水不直接进入探头(312)的声场作用空间，而是经过一定体积的流动空间，利用 “沉积水”做耦合水，给气泡上浮留出充分的时间，从而有效的避免了气泡的干扰问题。为缓解耦合套(313)的磨损，除减重和随动措施外，另选取了水润滑的塑料轴承，依据丝材直径匹配聚四氟材质的耦合套，当丝材圆周转动时耦合套也会随着作转动，而且聚四氟材料的水润滑性能也较好，从而降低了耦合套类易损物件的更换。在图4、图5所示实施例中，TP125型气动卡盘(200)、同步带(201)、步进电机 (202)构成了移动式高精确度丝材超声检测系统的夹持机构(2)；其中步进电机(202)由手动或软件控制旋转，步进电机(202)带动同步带(201)旋转，同步带(201)带动TP125型气动卡盘(200)旋转，TP125型气动卡盘(200)夹持丝材旋转，从而实现了不同丝材直径的自动夹持和旋转功能。在图6所示实施例中，气缸(41)、导轨与滑块(42)、旋转轮(43)、气爪(44)、连接板(45)组成了气动定心机构，气缸(41)和导轨与滑块(42)组成伸缩机构，装有旋转轮 (43)的气爪(44)通过连接板(45)固定在导轨上，气动定心机构(4)上安装避让传感器，当检测单元(31)移动至气动定心机构(4)避让传感器位置时，气爪(44)张开，松开丝材，收回，待检测单元(31)过去，气爪(44)重新回至丝材轴线位置，压紧气爪(44)。为确保气缸伸出后，气爪(44)与丝材同心，在伸出端装有刚性撞停块，装配油压缓冲器，减少伸出或收缩动作对撞停块造成较大的冲击，避免产生震动。基体平台(1)两侧装有机械限位装置，当移动定心单元(33)和检测单元(31)触及机械限位装置时将停止移动，防止与旋转机构发生以外碰撞。
权利要求
1.一种移动式高精确度丝材超声检测系统，由基体平台(1)、夹持机构(2)、检测机构 (3)构成，夹持机构(2)和检测机构(3)置于基体平台⑴上，其特征在于所述检测机构 (3)由检测单元(31)和轴向移动单元(32)构成，检测单元(31)与轴向移动单元(32)柔性连接，检测单元(31)在丝材径向具有自由度，丝材径向运动时，检测单元(31)跟随丝材径向运动，检测单元(31)在轴向刚性移动。
2.按照权利要求1所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述检测单元(31)由探头架(311)、探头(312)、2个耦合套(313)组成，探头架(311)成环形结构，2 个耦合套(313)置于探头架(311)两侧中心位置，探头(312)布置在探头架上的定位孔内， 丝材穿过耦合套(313)，与探头架(311)共同形成耦合用的沉积水腔；所述检测机构(3)与基体平台(1)滑动连接，置于基体平台(1)的导轨上，并且沿检测方向直线滑动在导轨上。
3.按照权利要求1所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述检测机构(3)上增设了移动定心单元(33)，移动定心单元(33)由下压随动轮(331)、转角限位条 (332)、手动调节器(333)、两个支撑随动轮(334)组成。
4.按照权利要求1或3所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述手动调节器(333)连接装有支撑随动轮(334)支架，并置于支架下方，下压随动轮(331)和两个支撑随动轮(334)之间成120°角，转角限位条(332)安装在装有下压随动轮(331)和支撑随动轮(334)的支架上。
5.按照权利要求1 3所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述夹持机构(2)由TP125型气动卡盘(200)、同步带(201)、步进电机(202)构成。
6.按照权利要求5所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述步进电机(202)由手动或软件控制旋转，步进电机(202)带动同步带(201)旋转，同步带(201)带动TP125型气动卡盘(200)旋转，TP125型气动卡盘(200)夹持丝材旋转。
7.按照权利要求1所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述夹持机构(2)包括移动旋转机构(21)和固定旋转机构(22)，移动旋转机构(21)安装基体平台(1) 一侧的导轨上，由步进电机(202)带动沿导轨移动，固定旋转机构(22)安装在基体平台的另一侧。
8.按照权利要求1所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述基体平台(1)上增设了气动定心机构(4)，气动定心机构(4)与移动旋转机构(21)和固定旋转机构(22)中心线同心安装，等距排列在基体平台上，气动定心机构(4)上安装避让传感器。
9.按照权利要求1或8所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述气动定心机构由气缸(41)、导轨与滑块(42)、旋转轮(43)、气爪(44)、连接板(45)组成。
10.按照权利要求9所述移动式高精确度丝材超声检测系统，其特征在于所述气缸 (41)和导轨与滑块(42)组成伸缩机构，装有旋转轮(43)的气爪(44)通过连接板(45)固定在导轨上。
全文摘要
一种移动式高精确度丝材超声检测系统，由基体平台(1)、夹持机构(2)、检测机构(3)构成，夹持机构(2)和检测机构(3)置于基体平台(1)上，其特征在于所述检测机构(3)由检测单元(31)和轴向移动单元(32)构成，检测单元(31)与轴向移动单元(32)柔性连接，检测单元(31)在丝材径向具有自由度，丝材径向移动时，检测单元(31)跟随丝材径向运动，检测单元(31)在轴向刚性移动。本发明改变了传统检测仪器的结构形式，有效降低漏报率和误报率，专用控制检测软件实现夹持、旋转、扫查的数字化操作和缺陷信号的采集、处理，从而实现丝材内部、表面和近表面缺陷高灵敏度、高效率自动化检测、记录和评估。
文档编号G01N29/22GK102221577SQ201010146128
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者姜志民, 廉德良, 张绪胜, 魏天阳 申请人:中国科学院金属研究所