專利名稱：一種超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲無損檢測領(lǐng)域，特別涉及超聲相控陣換能器聲場測量，是ー種超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架。
背景技術(shù)：
超聲相控陣檢測技術(shù)是ー種新的超聲波檢測技術(shù)。超聲相控陣換能器是用若干壓電陣元組成的陣列換能器，通過對其各陣元激勵(lì)信號的相位控制，實(shí)現(xiàn)對其聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦控制。與單陣元超聲檢測技術(shù)相比，超聲相控陣技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)采用電子方法控制聲束聚焦和偏轉(zhuǎn)，可以在不移動或少移動探頭的情況下進(jìn)行快捷的掃查，提高檢測速度。(2)具有良好的聲束可達(dá)性，能對復(fù)雜幾何形狀的エ件進(jìn)行探査。(3)通過優(yōu)化控制焦點(diǎn)尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向，可使檢測分辨力、信噪比和靈敏度等性能得到提聞。基于以上優(yōu)點(diǎn)超聲相控陣換能器已越來越廣泛的被應(yīng)用于超聲無損檢測中，超聲相控陣換能器作為超聲相控陣無損檢測的核心部件，其性能對檢測的效果至關(guān)重要，應(yīng)當(dāng)在使用前進(jìn)行測量和確認(rèn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)了ー種用于超聲相控陣換能器聲場特性測量的高剛度三坐標(biāo)掃查架。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種適用于超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架。該掃查架具有剛度高，穩(wěn)定性好，運(yùn)動平穩(wěn)等特點(diǎn)，最大程度的減弱了振動和變形給聲場測量帶來的誤差。配合超聲相控陣換能器聲場電子測量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超聲相控陣換能器的焦距，焦點(diǎn)尺寸以及聲束偏轉(zhuǎn)角和聲束擴(kuò)散角的自動測量。本發(fā)明超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架包括了基架和X，Y，Z三個(gè)方向的運(yùn)動單元，基架是由若干根鋁合金立柱構(gòu)成，各支柱間通過穿透式螺栓連接，而非傳統(tǒng)的角鐵連接，從而大大提高了掃查架的整體剛度。各運(yùn)動單元采用滾珠絲桿傳動，滾珠絲杠螺母副采用雙螺母預(yù)緊，其預(yù)緊カ約為最大軸向負(fù)荷的三分之一。各軸的驅(qū)動電動機(jī)采用法蘭安裝方式固定在運(yùn)動單元上。在X方向運(yùn)動單元上采用整體式導(dǎo)軌導(dǎo)向，采用了兩套運(yùn)動單元，兩根導(dǎo)軌，雙電機(jī)驅(qū)動，從而提高了 X軸運(yùn)動導(dǎo)向剛度。Y軸方向直線運(yùn)動単元的兩個(gè)導(dǎo)軌采用大跨距設(shè)計(jì)，提高了 Y軸滑塊的剛度，繼而提高了連接在Y軸滑塊上的Z軸直線運(yùn)動單元的穩(wěn)定性。針對水聽器和超聲相控陣換能器的固定，分別設(shè)計(jì)了 L形板、尼龍塊、探桿、連接件和各自的夾持裝置，對于水聽器的固定，先通過螺栓將尼龍塊固定在Z方向運(yùn)動單元的滑塊上，再通過頂絲將探桿固定在尼龍塊上，探桿和水聽器夾持裝置間通過一個(gè)雙頭螺紋連接件連接，最后通過兩個(gè)頂絲將水聽器固定在水聽器夾持裝置上，從而保證了水聽器與探桿的垂直度。對于超聲相控陣換能器的固定，先通過T形螺母將L形板固定在基架上，接著用同樣的方法固定尼龍塊、探桿和超聲相控陣換能器夾持裝置，最后通過螺釘將超聲相控陣換能器固定在夾持裝置上。綜以上所采取的技術(shù)方案，現(xiàn)實(shí)了本發(fā)明的目的。本發(fā)明的有益效果是采用本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)的三坐標(biāo)掃查架，結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，有利于保證聲場測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確性。


圖1本發(fā)明超聲相控陣換能器聲場掃查架整體結(jié)構(gòu)2本發(fā)明基架各立柱間連接結(jié)構(gòu)3Y軸運(yùn)動単元支架圖4本發(fā)明水聽器夾持裝置結(jié)構(gòu)5本發(fā)明超聲相控陣換能器夾持裝置結(jié)構(gòu)圖
圖6本發(fā)明X軸導(dǎo)軌座連接方式在圖1-6中，1:基架；2 :Y軸支架I ;3 :X軸運(yùn)動単元I ;4 :X軸聯(lián)軸器；5 :X軸電機(jī)法蘭；6 :X軸電機(jī)；7 :Z軸運(yùn)動單元；8 :Z軸聯(lián)軸器；9 :Z軸電機(jī)；10 :Z軸電機(jī)法蘭；11 :Y方向運(yùn)動單元；12 :Y軸聯(lián)軸器；13 :Y軸電機(jī)；14 :Y軸電機(jī)法蘭；15 :Y軸支架2 ;16 :X方向運(yùn)動單元；17 L形板；18 :水聽器夾持裝置；19 :探桿；20 :超聲相控陣換能器夾持裝置；21 鋁合金立柱；22 內(nèi)六角螺釘；23 X軸滑塊；24 :水聽器頂絲；25 :連接件；26 :水聽器；27 超聲相控陣換能器；28 T形螺母；29 :內(nèi)六角螺栓；30 :X軸運(yùn)動導(dǎo)軌座
具體實(shí)施方案本發(fā)明超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架，如圖1所示，若干根鋁合金支柱(21)，通過穿透式螺釘(22)連接，如圖2所示，從而構(gòu)成了掃查架的基架(I)。基架⑴上通過內(nèi)六角螺栓(29)和T形螺母(28)安裝了兩套X方向的運(yùn)動單元(3) (16)，如圖6所示；ー套Y方向運(yùn)動單元(11)通過兩個(gè)“丄”形整體支架(2)(15)安裝在X運(yùn)動単元的滑塊上，如圖3所示；Z方向運(yùn)動單元(7)安裝在Y運(yùn)動單元(11)的滑塊上。各運(yùn)動單元的滑塊由滾珠絲桿螺母帶動，各軸的絲桿由電動機(jī)(6) (9) (13)驅(qū)動。其中Z方向運(yùn)動單元的滑塊上通過兩個(gè)尼龍塊固定了一根探桿，水聽器夾持裝置
(18)通過ー連接件(25)固定在探桿上，如圖4所示。在基架(I)上通過T形螺母固定了ー個(gè)L形板(17)，L形板上同樣通過兩個(gè)尼龍塊固定了一根探桿(19)，探桿上通過連接件
(25)連接了一個(gè)超聲相控陣換能器夾持裝置(20)，如圖5所示。
權(quán)利要求
1.一種超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架，其特征在于該掃查架由若干根鋁型材支柱(21)構(gòu)成一個(gè)立方體基架(I)，各支柱間通過內(nèi)六角螺栓(22)連接。基架⑴上安裝了兩套X方向的運(yùn)動單元⑶(16)，一套Y方向運(yùn)動單元(11)和一套Z方向運(yùn)動單元(7)。Z方向上通過兩個(gè)尼龍塊固定了一根探桿，水聽器夾持裝置(18)通過一連接件(25)固定在探桿上。在基架(I)上還通過T形螺母固定了一個(gè)L形板(17)，L形板上同樣通過兩個(gè)尼龍塊固定了一根探桿(19)，探桿上通過連接件(25)連接了一個(gè)超聲相控陣換能器夾持裝置(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣換能器聲場掃查裝置，其特征在于掃查架基架由鋁型材構(gòu)造、水平桿與立柱間由穿透式螺栓(22)固定，而非采用角接件連接，從而提高了機(jī)構(gòu)的整體剛度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣換能器聲場掃查裝置，其特征在于X軸方向運(yùn)動單元(3) (14)，采用整體式導(dǎo)軌導(dǎo)向，而非組合式導(dǎo)軌導(dǎo)向，從而提高了 X軸運(yùn)動導(dǎo)向的剛度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣換能器聲場掃查裝置，其特征在于Y軸方向運(yùn)動單元(11)采用2個(gè)“丄”形整體支架(2) (15)，每個(gè)“丄”形支架連接到X軸運(yùn)動單元的2個(gè)較大距離的滑塊上，從而提高了 Y運(yùn)動方向的支撐剛度，進(jìn)而提高了 Z軸的穩(wěn)定性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣換能器聲場掃查裝置，其特征在于Χ方向采用雙電機(jī)驅(qū)動，通過采用相同軟件指令的方式現(xiàn)實(shí)同步，省去了復(fù)雜的機(jī)械同步傳動結(jié)構(gòu)，且降低了機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來的誤差，提高了運(yùn)動精度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣換能器聲場掃查裝置，其特征在于根據(jù)水聽器和相控陣探頭的具體形狀，設(shè)計(jì)了水聽器夾持裝置(18)和超聲相控陣換能器夾持裝置(20)，并且夾持裝置與探桿的連接采用了將夾持裝置和連接件(24)分開設(shè)計(jì)的方法，使其加工更加方便。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲相控陣換能器聲場掃查裝置，其特征在于Χ方向?qū)к壸c基架立柱(21)之間通過T形螺母(29)和內(nèi)六角螺栓(28)連接，使得導(dǎo)軌座便于安裝和拆卸，且結(jié)構(gòu)緊湊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于超聲相控陣換能器聲場掃查的高剛度三坐標(biāo)掃查架，可用于超聲相控陣換能器聲場的掃查，實(shí)現(xiàn)超聲相控陣換能器的焦點(diǎn)距離、焦區(qū)尺寸、聲束擴(kuò)散角以及聲束偏轉(zhuǎn)角的測量。超聲相控陣換能器通過內(nèi)六角螺絲安裝在探頭夾持裝置上，水聽器通過頂絲固定在水聽器夾持裝置上，并通過各坐標(biāo)軸運(yùn)動單元電機(jī)帶動水聽器相對超聲相控陣換能器運(yùn)動，進(jìn)行聲場的三維掃查，從而得到超聲相控陣換能器的空間聲壓分布，再根據(jù)該聲場分布便可計(jì)算出超聲相控陣換能器的焦點(diǎn)距離、焦區(qū)尺寸、聲束擴(kuò)散角以及聲束偏轉(zhuǎn)角。本發(fā)明掃查架的最大特點(diǎn)是高剛度，有利于減少掃查過程中運(yùn)動機(jī)構(gòu)變形和振動引起的誤差，提高了聲場測量的精度。
文檔編號G01N29/30GK103018341SQ201210498810
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者肖定國, 徐春廣, 鄧明愷, 張凱, 王洪博, 王立久, 趙新玉, 潘勤學(xué), 周世圓 申請人:北京理工大學(xué)