[发明专利]笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法

说明书

本发明涉及一种笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法，以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值，通过直线电机与夹持机构调节笔式超声探头轴线与工件表面的夹角，使得笔式超声探头与工件的耦合达到最佳状态。调节装置由支撑座、X向电机座、Y向电机座、X向直线电机、Y向直线电机、X向关节轴承、Y向关节轴承、控制器、压紧弹簧构成。控制器通过直线电机控制两个关节轴承的相对位置关系，从而改变笔式超声探头轴线倾角，最终实现笔式超声探头与工件耦合状态的闭环调节。通过精密直线电机及关节轴承夹持机构装置，以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值，对笔式超声探头姿态进行闭环调节，使得笔式超声探头与工件的耦合达到理想状态。

技术领域

本发明涉及过程控制领域，特别涉及焊接结构件超声波无损检测技术领域的一种笔式超声探头姿态自反馈闭环调节技术，尤指一种笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法。

背景技术

在汽车、轨道客车等装备制造领域薄板焊接结构的应用非常广泛，其焊接质量的超声波无损检测技术也越来越受到重视。目前，绝大多数薄板焊接接头的超声波无损检测一般都采用笔式聚焦探头。这种探头体积小，结构紧凑，且检测灵敏度较高。但是，笔式超声探头端部一般较细，与工件的接触面积小，探头的微小倾斜都会对其耦合状态造成影响，从而导致超声检测的准确度及可靠性降低。

目前，在手动的超声波无损检测应用中，笔式超声探头姿态一般由操作者根据自身经验或感觉来控制，在准确度及可重复性方面存在欠缺。在自动化、半自动化的超声波无损检测应用中，笔式超声探头和扫查器的连接一般为刚性或半刚性，其与工件的耦合状态取决于扫查器的适应能力，调节余地较小。薄板焊接结构件的焊缝及周边区域一般存在一定的焊接变形，如何自动调节笔式超声探头姿态适应这种变形，是目前亟待解决的技术难题。

超声检测的基本原理是由于耦合介质、工件及内部缺陷之间不同的声阻抗，导致超声波在耦合介质与工件上表面交界处，工件内部缺陷表面、工件下表面与耦合介质交界处均会发生反射。一般将超声波在耦合介质与工件上表面交界处反射的回波称为表面波，而当笔式超声探头在工件上进行移动扫描时，表面波不受工件内部状态的影响，其回波幅值则能够表征笔式超声探头与工件的耦合状态。

发明内容

本发明的目的在于提供一种笔式超声探头姿态闭环调节装置及方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明以超声回波信号中的表面波幅值作为控制值，通过直线电机与夹持机构调节笔式超声探头轴线与工件表面的夹角，使得笔式超声探头与工件的耦合达到最佳状态。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

笔式超声探头姿态闭环调节装置，包括支撑座1、X向电机座2、Y向电机座3、X向直线电机4、Y向直线电机5、X向关节轴承6、Y向关节轴承7、控制器8、压紧弹簧9，所述X向直线电机4、Y向直线电机5分别通过X向电机座2、Y向电机座3安装在支撑座1上， X向直线电机4、Y向直线电机5的轴线呈90度布置；X向直线电机4、Y向直线电机5的伸缩轴端部分别安装X向关节轴承6、Y向关节轴承7；笔式超声探头10安装在X向关节轴承6和Y向关节轴承7的内孔中；控制器8安装在支撑座1上，通过信号线分别与X向直线电机4、Y向直线电机5、超声检测仪相连。

所述的X向关节轴承6的内圈与笔式超声探头10之间安装压紧弹簧9，对笔式超声探头10施加朝向工件11的压紧力。

所述的控制器8为嵌入式单板控制器，通过X向直线电机4、Y向直线电机5控制X向关节轴承6、Y向关节轴承7的相对位置关系，从而实现笔式超声探头10轴线倾角的调节。

本发明的另一目的在于提供一种笔式超声探头姿态闭环调节方法，包括如下步骤：

步骤（1）、在超声波无损检测过程中，笔式超声探头姿态闭环调节装置放置在被测的工件11表面；