[发明专利]基于机械手的超声无损检测探头自准直装置及工作方法

权利要求书

1.一种基于机械手的超声无损检测探头自准直装置，设置在六自由度关节式机械手(1)前端使用，六自由度关节式机械手(1)设置在工作台(7)上，六自由度关节式机械手(1)通过导线连接有工控机(17)，工作台(7)上还设有水槽(3)，水槽(3)内设有耦合剂(6)，耦合剂(6)中浸有工件夹持装置(5)，工件夹持装置(5)上方设有同样浸在耦合剂(6)中的待测工件(4)；其特征在于：六自由度关节式机械手(1)前端设有超声无损检测探头自准直装置(2)，其包括螺栓基座(8)，螺栓基座(8)上设有多个用于与六自由度关节式机械手(1)前端连接的螺栓孔(13)，螺栓基座(8)中心设有弹性连接机构(12)，弹性连接机构(12)上通过探头夹持机构(10)连接有超声探头(11)，弹性连接机构(12)的周围分别设置多个激光测距传感器(9)。

2.根据权利要求1所述的基于机械手的超声无损检测探头自准直装置，其特征在于：所述弹性连接机构(12)包括柱状结构的套筒(16)、连杆(14)和弹簧(15)，弹簧(15)呈压缩状态设置在套筒(16)内，连杆(14)尾部设有活塞结构并置于套筒(16)中的弹簧(15)上方，套筒(16)、弹簧(15)和连杆(14)构成弹簧活塞结构，依靠弹簧(15)的压力使得连杆(14)尾部与套筒(16)压紧在一起，连杆(14)的头部与探头夹持机构(10)固定连接，套筒(16)底部与螺栓基座(8)固定连接。

3.根据权利要求1所述的基于机械手的超声无损检测探头自准直装置，其特征在于：当超声探头(11)倾斜接触到待测物表面时，在压力的作用下，弹簧(15)发生非轴向形变，连杆(14)倾斜，从而使超声探头(11)与被测物表面完美贴合。

4.根据权利要求1所述的基于机械手的超声无损检测探头自准直装置，其特征在于：所述超声探头(11)为常规液浸式双晶探头，当超声探头(11)的压电晶片收到电脉冲激励，会产生机械振动，这种振动在介质中传播即为超声波，在超声波的传播过程中，超声探头(11)与待测工件(4)之间必须采用水或其他液体作为耦合介质。

5.根据权利要求1所述的基于机械手的超声无损检测探头自准直装置，其特征在于：所述探头夹持机构(10)共有四个，分别设置在弹性连接机构(12)的四个方向，安装时应保证四个激光测距传感器(9)在一个截面上，且所述截面与超声波的传播方向垂直，激光测距传感器(9)的型号为Sick公司的OD2-P250W150I0型位移测量传感器，检测范围为100mm-400mm，重复精度为75um。

6.一种使用权利要求1所述基于机械手的超声无损检测探头自准直装置的工作方法，其特征在于步骤如下：

首先以六自由度关节式机械手(1)的基座中心点建立世界坐标系，以超声探头轴线与激光传感器所在平面交点为原点建立工具坐标系，当六自由度关节式机械手(1)前端的超声无损检测探头自准直装置(2)移动到检测点一时，超声无损检测探头自准直装置(2)上的四个激光传感感器(9)分别测得每个激光传感器(9)到待测工件(4)的距离信息，依据激光传感器(9)布置位置可以将测得距离信息分成两组，经过三角关系计算，分别得到超声探头(11)绕工具坐标系的X轴和Y轴方向上的旋转角度；通过此旋转角度计算当前工具坐标系和目标工具坐标系之间的旋转矩阵，得到六自由度关节式机械手(1)前端超声无损检测探头自准直装置(2)的旋转矩阵；通过机械臂当前姿态与旋转矩阵获得六自由度关节式机械手(1)下一点的姿态和位置信息，然后调整超声无损检测探头自准直装置(2)的位置，沿工具坐标系Z轴方向朝待测工件(4)表面进给，直至接触到作为被测物的待测工件(4)表面后通过弹性连接机构(12)中的弹簧自适应调整，使得超声探头(11)贴紧待测工件(4)表面，然后开始超声扫查。