[发明专利]一种用于超声扫描检测的自适应跟踪探头

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术，涉及一种用于航空、航天、电子、兵器、船舶、冶金、钢铁、交通、建筑等领域复合材料及金属材料结构超声扫描检测的超声扫描检测的自适应跟踪探头及跟踪方法。

背景技术

超声是目前国际上用于各种材料及其结构无损检测的主要检测方法，已在航空航天、兵器、电子、船舶、冶金、石化石油、交通、建筑等领域得到广泛应用，也广泛用于复合材料的无损检测，其中一种十分重要和得到广泛应用的超声检测方法就是基于超声垂直脉冲反射法的超声扫描检测方法。超声探头是超声扫描检测的关键单元，主要是实现对被检测材料及其结构的扫描和发射/接收超声波信号，扫查检测过程中必须保证超声探头产生声波的入射方向与零件被检测点法线方向一致，才能实现超声波的正常发射/接收，实现对被检测零件的正常扫描检测。为此需要通过设计采用专门的扫描机构实现超声探头的姿态和位置的控制，实现对不同曲面结构的100%全覆盖扫查检测，被检测零件的形面或者曲率变化越大，对超声探头的扫描机构的技术要求和成本越大，实现就越难，工程应用的实效就越受到限制和影响。

现有用于超声扫描检测的超声探头主要有两种：一种是单探头方式，将超声探头设计成为一个独立的刚性机械器件，超声探头自身不具有姿态和位置的自适应调节能力，当用于曲面零件检测时，必须通过设计专门的复杂扫描机构控制超声探头，通过和轨迹控制的方法实现超声探头的姿态和位置的变化，从而实现对曲面材料及其结构的正常扫描检测，由于通常复合材料等结构属不规则三维空间自由形面，超声探头是刚性结构实体，其自身没有姿态和距离自适应能力，因此，至少需要5轴联动的复杂扫查机械和数控系统，才能实现扫面过程中，超声探头的姿态和接近距离调节，当被检测零件形面越复杂，要求采用的数控系统和扫描机构越复杂、实现起来越困难、工程适用性越差，检测效率越低，技术成本异常高；另一种是北京航空制造工程研究所的发明专利“一种超声自适应跟踪扫描阵列换能器”（申请号201110053880.5）中所提及的超声换能器单元自适应跟踪方法：超声换能器垂直运动滚道采用圆形封闭式垂直运动滚道滑动结构自适应调节超声换能器单元的上下位置，通过万向摆角关节调节超声换能器姿态，其不足是，（1）万向摆角关节位于超声换能器垂直运动滚道内腔，超声换能器的自适应跟踪范围受垂直运动滚道内腔开放空间的限制，对弦高每米大于100mm的曲面零件和曲率变化比较复杂的零件，难以实现超声换能器的自适应跟踪；（2）万向摆角关节与超声换能器垂直运动滚道内壁之间采取圆珠接触滑动摩擦，万向摆角关节的上下运动灵活性受到限制，从而影响超声换能器的自适应调节灵活性，对曲率变化台阶明显和曲率变化复杂的零件，超声换能器的自适应跟踪能力和效果受到明显影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于不同曲率变化的零件的超声扫描检测的具有更加柔性的姿态和位置自适应调节能力的超声扫描检测自适应跟踪探头。本发明的技术解决方案是，自适应跟踪探头包括导向板、固定螺栓、导向板固定座、导向滑块、下挡板、固定板、旋转座固定支板、跟踪触头、弹性垫、球形旋转座、旋转座固定座、球形旋转头、换能器连接套、超声换能器、导向板防护套、旋转轴；

导向板为一矩形滑轨，导向板通过固定螺栓安装在导向板固定座上，导向滑块固定在导向板上，导向板一端安装下挡板，下挡板通过螺栓和固定板固定；固定板下端的左右两侧固定旋转座固定支板；

球形旋转座与球形旋转头为一对配套的球形耦合结构，二者为万向滑动摩擦，球形旋转座安装在旋转座固定座的中心孔中，球形旋转座与旋转座固定座为紧配合连接；旋转座固定座通过旋转轴与旋转座固定支板连接；

换能器连接套安装在球形旋转头中心孔中，两者为紧配合，换能器连接套下段外侧加工有外螺纹，换能器连接套与跟踪触头螺纹连接，换能器连接套上段内侧加工有内螺纹，此内螺纹与超声换能器下段外螺纹匹配；

沿跟踪触头圆柱体轴线中心钻有一通孔，此通孔的直径比超声换能器下端外径大1.0-2.0mm，跟踪触头一半部分的外开面为球形曲面体，跟踪触头的下端面外径比其轴线中心钻有的通孔的直径大4-6mm，在靠近跟踪触头上段圆柱凸台水平面上加工有一圆环形凹槽，此圆环形凹槽内放置弹性垫。

所述的导向板的长度随被检测零件的曲率变化范围进行调整。

所述的跟踪触头和换能器连接套的外形尺寸依据所配备的超声换能器的改变而改变。

所述的导向板和导向板固定座固定后的外围套接导向板防护套，导向板防护套的长度根据导向板的长度设定。