[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

说明书

本发明涉及一种基于机械手的超声无损检测探头自准直装置及工作方法，适用于工矿企业使用。在六自由度关节式机械手前端前端设有超声无损检测探头自准直装置，其包括螺栓基座，螺栓基座上设有多个用于与六自由度关节式机械手前端连接的螺栓孔，螺栓基座中心设有弹性连接机构，弹性连接机构上通过探头夹持机构连接有超声探头，弹性连接机构的周围分别设置多个激光测距传感器。使用时与曲面接触后，弹性连接机构中的弹簧自适应调整使得超声探头贴紧待测工件表面，然后开始超声扫查，其结构紧凑，操作方便，使用效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。

技术领域

本发明涉及一种超声探头自准直装置，尤其是一种工矿企业中使用的基于机械手的超声无损检测探头自准直装置。

背景技术

随着现代化工业技术的高速发展，采用自动化设备取代人工方式对曲面工件进行探伤成为了当前较为先进的检测手段。机械手可以根据内部程序自动完成特定操作，因而可以替代人工完成一些繁重、复杂、危险的检测作业，并具有运动精度高、工作效率高、运行成本低等优点。超声无损检测技术作为工业领域应用非常广泛的检测技术，是保证工件加工质量以及在役工件可靠性的重要手段。将机械手与超声无损检测技术相结合的自动化检测方法，是无损检测技术未来重要的发展方向。

使用超声对曲面工件进行无损检测时，需要超声换能器的声轴线方向与被检测工件靠近探头的表面法线方向重合，从而保证超声波以对检测最有利的角度在工件内部进行传播。为了实现对复杂曲面形状工件的自动化检测，需要对超声换能器的位置和姿态进行准确的定位。

现有的方法通常是预先知道曲面CAD模型，根据工件CAD模型采用专用软件对检测路径进行规划，自动生成检测轨迹，超声探头按照事先规划好的轨迹对工件的跟踪式检测。这种检测方法只能对轮廓已知的曲面进行检测，使得系统的灵活性和适用性差，不能满足特殊要求。

发明内容

针对上述技术的不足之处，本发明的目的是提供一种基于机械手的超声无损检测探头自准直装置。该装置能获取曲面的轮廓信息，指导机械手到达正确的位姿，实现对任意曲面的超声无损检测。

为了实现上述技术目的，本发明的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前端使用，六自由度关节式机械手设置在工作台上，六自由度关节式机械手通过导线连接有工控机，工作台上还设有水槽，水槽内设有耦合剂，耦合剂中浸有工件夹持装置，工件夹持装置上方设有同样浸在耦合剂中的待测工件；其特征在于：六自由度关节式机械手前端设有超声无损检测探头自准直装置，其包括螺栓基座，螺栓基座上设有多个用于与六自由度关节式机械手前端连接的螺栓孔，螺栓基座中心设有弹性连接机构，弹性连接机构上通过探头夹持机构连接有超声探头，弹性连接机构的周围分别设置多个激光测距传感器。

所述弹性连接机构包括柱状结构的套筒、连杆和弹簧，弹簧呈压缩状态设置在套筒内，连杆尾部设有活塞结构并置于套筒中的弹簧上方，套筒、弹簧和连杆构成弹簧活塞结构，依靠弹簧的压力使得连杆尾部与套筒压紧在一起，连杆的头部与探头夹持机构固定连接，套筒底部与螺栓基座固定连接；

当超声探头倾斜接触到待测物表面时，在压力的作用下，弹簧发生非轴向形变，连杆倾斜，从而使超声探头与被测物表面完美贴合。

所述超声探头为常规液浸式双晶探头，当超声探头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，超声探头与待测工件之间必须采用水或其他液体作为耦合介质。

所述探头夹持机构共有四个，分别设置在弹性连接机构的四个方向，安装时应保证四个激光测距传感器在一个截面上，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。

一种基于机械手的超声无损检测探头自准直装置的工作方法，其步骤如下：