本發(fā)明涉及大型曲面構(gòu)件自動無損檢測領(lǐng)域，具體涉及一種用于大型曲面構(gòu)件的超聲相控陣自動掃查裝置，可用于航空航天、風(fēng)電等行業(yè)的重要構(gòu)件的自動超聲相控陣檢測。

背景技術(shù)：
大型曲面構(gòu)件在航空航天、風(fēng)電等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用，如飛機機翼、風(fēng)電葉片等，這些構(gòu)件在生產(chǎn)和服役期間受制造工藝、外界環(huán)境、工作載荷等多種因素影響，難以避免會出現(xiàn)脫粘、氣孔、裂紋、疏松等各種常見缺陷。如不能及時檢出這些缺陷，將嚴(yán)重影響關(guān)鍵設(shè)備的安全運行，甚至?xí)斐刹豢晒懒康膿p失。超聲檢測是保障構(gòu)件制造質(zhì)量及服役安全的重要手段。相比傳統(tǒng)超聲檢測采用單個換能器，超聲相控陣檢測的探頭則是由多個晶片組成的換能器陣列，通過對各個陣元激勵時間控制，可方便地實現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦，因此超聲相控陣檢測具有掃查范圍廣、檢測效率高等特點，且能對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件進行實時成像。目前國內(nèi)外開展大型曲面構(gòu)件的超聲檢測大部分為檢驗人員手動操作探頭對構(gòu)件進行檢測，檢測方法的局限決定了人工檢測效率低下，并且對大型曲面構(gòu)件進行檢測時存在自動化低、通用性差等弊端。因此針對大型曲面構(gòu)件的自動檢測裝置正逐步受到重視。如授權(quán)公開號CN101894593A，授權(quán)公開日2010年11月24日的專利文獻公開了反應(yīng)堆壓力容器檢查機的探頭掃查裝置，該探頭掃查裝置能防止探頭機構(gòu)碰到貫穿件，且超聲探頭本體能夠緊密耦合，保證待測區(qū)域掃查。申請公開號CN103217482A，申請公開日2013年7月24日的專利文獻公開了超聲波自動探傷系統(tǒng)探頭支架裝置，該裝置采用對稱布置的雙彈簧、雙導(dǎo)向輪機構(gòu)及活動連接板，通過壓縮彈簧壓緊使探頭沿工件表面最佳探傷位置移動，具有穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。然而，上述超聲掃查裝置僅能進行單向移動，不能自動地對構(gòu)件整體表面進行掃查，且工作時必須配置相應(yīng)大型運動結(jié)構(gòu)支架，導(dǎo)致掃查裝置安裝復(fù)雜、檢測效率低，且對不同形狀及大小的曲面構(gòu)件檢測適用性差。因此，研究一種用于大型曲面構(gòu)件的便攜式自動掃查裝置具有重要的工程應(yīng)用價值和意義。如申請公開號CN103852524A，授權(quán)公開日2014年6月11日的專利文獻公開了一種用于超聲檢測的自動掃查裝置，該掃查裝置能通過磁性輪使得掃查裝置能夠緊貼金屬壁，從而對不同曲面及球面金屬壁的掃查進行倒置或豎向掃查，且該發(fā)明結(jié)構(gòu)操作方便，掃查穩(wěn)定。授權(quán)公開號CN101603949B，授權(quán)公開日2009年12月16日的專利文獻公開了大型工件焊縫自動超聲掃查器，該掃查器能對探頭縱向進行任意角度旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，適應(yīng)在不同表面形狀的待測工件上行走。然而上述掃查裝置均采用常規(guī)單個超聲探頭進行檢測，掃查效率低，且易導(dǎo)致成像精度不高，缺陷評估困難，此外，掃查軌跡通過人工操作來調(diào)節(jié)，極易導(dǎo)致缺陷的漏檢。另外現(xiàn)有超聲自動掃查裝置絕大部分的掃查方式均難以用于變曲率曲面，且現(xiàn)有超聲自動掃查裝置在邊界判斷、界面耦合等關(guān)鍵技術(shù)仍存在很多問題亟需解決。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種用于大型曲面構(gòu)件的超聲相控陣自動掃查裝置，該掃查裝置能在保證換能器與大型構(gòu)件的小曲率表面耦合良好前提下完成自動掃查，并進行邊界判斷及自動轉(zhuǎn)向，通過在構(gòu)件表面進行“弓”形掃查實現(xiàn)自動超聲檢測。采用超聲相控陣換能器和相應(yīng)處理器總成能進一步提高缺陷檢出精度，提高檢測效率，并進行實時成像及數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種用于大型曲面構(gòu)件的超聲相控陣自動掃查裝置，包括底盤、驅(qū)動組件、機殼、電源、處理器總成、耦合劑儲罐、低壓泵、轉(zhuǎn)向組件、傳感器、滾筒刷組件及換能器組件；驅(qū)動組件、轉(zhuǎn)向組件與底盤上的支撐座配合安裝；電源、耦合劑儲罐及低壓泵依次安裝在底盤上；傳感器安裝在底盤前端的支架內(nèi)；滾筒刷組件、換能器組件、處理器總成依次與機殼固定；機殼與底盤配合安裝。驅(qū)動組件、轉(zhuǎn)向組件與底盤連接處裝有由支撐座、壓縮彈簧及支撐桿配合安裝的減震裝置，利用壓縮彈簧的彈性變形減少掃查裝置行駛過程中因大型曲面構(gòu)件表面不平整引起的振動，有效地提高掃查裝置運動穩(wěn)定性。在驅(qū)動組件的懸架支撐板上裝有驅(qū)動電機及轉(zhuǎn)速傳感器，在驅(qū)動軸上設(shè)有制動器，驅(qū)動電機與處理器總成中電機控制模塊相連，以實現(xiàn)掃查裝置的運動控制；同時通過轉(zhuǎn)速傳感器實時監(jiān)測掃查裝置的速度，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥骺偝芍械膫鞲衅鲾?shù)據(jù)采集/處理模塊。當(dāng)掃查裝置出現(xiàn)運動故障時，經(jīng)轉(zhuǎn)速傳感器信號判斷故障并進行自動報警。在手動掃查模式下，由于檢測到缺陷而掃查裝置靜止時，處理器總成發(fā)出的制動信號輸入制動器內(nèi)，導(dǎo)致電磁鐵通電吸引摩擦片，使其壓緊在車輪軸的制動盤上，防止手動模式下掃查裝置在構(gòu)件曲表面下溜。轉(zhuǎn)向組件中擺桿與轉(zhuǎn)向電機上的凸輪配合安裝，擺桿遠端開通孔，通過扭轉(zhuǎn)彈簧與連桿連接，擺臂與連桿配合安裝，轉(zhuǎn)向電機與處理器總成中的電機控制模塊相連，通過控制轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)數(shù)控制掃查裝置轉(zhuǎn)向，并通過扭轉(zhuǎn)彈簧的彈性變形使擺桿復(fù)位；轉(zhuǎn)速傳感器安裝在擺臂上，并與處理器總成中的傳感器數(shù)據(jù)采集/處理模塊相連，用于實時監(jiān)測車輪的速度。滾筒刷組件中連接桿裝有減震裝置，在滾筒刷支架內(nèi)設(shè)置耦合劑閥，閥口與滾筒刷支架內(nèi)側(cè)通孔相連，通過滾筒刷遇到的阻力大小自動調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)容積，以改變耦合劑流量；滾筒采用圓柱泡沫塑料，確保耦合層連續(xù)與均勻。換能器組件中連接桿采用減震裝置，換能器座前端開兩個平行螺孔，通過緊固螺栓固定超聲相控陣換能器，換能器座側(cè)翼通過扭轉(zhuǎn)彈簧與換能器支架相連，換能器支架通過旋轉(zhuǎn)接頭與支撐桿連接且能相互轉(zhuǎn)動，確保換能器與構(gòu)件表面耦合良好。通過采用超聲相控陣換能器，提高檢測靈敏度并增加掃查面積，檢測同時能通過相控陣超聲信號處理模塊在顯示器或計算機上進行實時成像。底盤前端傳感器座安裝有水平布置的壓力傳感器。通過壓力傳感器監(jiān)測掃查裝置前端壓力變化，當(dāng)壓力傳感器接觸到構(gòu)件終點端人為設(shè)置的止動塊，且壓力突變超過閾值時，掃查裝置停止工作。底盤前端傳感器座安裝有豎直布置的距離傳感器，用于實時監(jiān)測被測構(gòu)件表面到傳感器表面的距離。當(dāng)掃查裝置到達構(gòu)件邊界，該距離發(fā)生突變且超過預(yù)設(shè)閾值時，處理器總成中的傳感器數(shù)據(jù)采集/處理模塊接收到距離突變信號，并將轉(zhuǎn)向信號傳輸至電機控制模塊，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機旋轉(zhuǎn)一周，掃查裝置實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向功能。底盤前端安裝耦合劑儲罐，通過與其相連的低壓泵實現(xiàn)滾筒刷組件內(nèi)耦合劑供給。掃查裝置處理器總成、驅(qū)動電機、轉(zhuǎn)向電機及低壓泵所需工作用電均由安裝在底盤后端的電源提供。掃查工作之前，通過數(shù)據(jù)端口設(shè)定或修改檢測參數(shù)；掃查裝置工作開始后，由相控陣超聲信號采集/發(fā)射模塊實現(xiàn)超聲相控陣換能器的激勵與回波信號接收，通過相控陣超聲信號處理模塊完成數(shù)據(jù)處理，進行實時成像，當(dāng)檢測到缺陷則進行聲光報警。通過傳感器數(shù)據(jù)采集/處理模塊實時監(jiān)測掃查裝置車輪轉(zhuǎn)速、傳感器表面至構(gòu)件表面距離及裝置前端接觸壓力等參數(shù)，并進行實時處理，當(dāng)掃查裝置運動異常時進行故障報警，且完成掃查裝置邊界判斷及自動轉(zhuǎn)向功能。轉(zhuǎn)速、壓力、距離及缺陷回波信息等實時數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲器中；且數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)接嬎銠C中，實現(xiàn)超聲檢測數(shù)據(jù)的離線分析，并結(jié)合掃查裝置的轉(zhuǎn)速及運動軌跡等來確定缺陷位置。本發(fā)明的有益效果在于可實現(xiàn)航空航天、風(fēng)電等行業(yè)的重要構(gòu)件自動超聲無損檢測，適用于水平布置的小曲率大型構(gòu)件，且能實現(xiàn)邊界判斷并自動轉(zhuǎn)向，并具有自動化程度高、掃查區(qū)域廣、檢測效率高等優(yōu)點。附圖說明圖1為本發(fā)明的整體裝配示意圖。圖2為本發(fā)明驅(qū)動組件示意圖。圖3為本發(fā)明轉(zhuǎn)向組件示意圖。圖4為本發(fā)明滾筒刷組件示意圖。圖5為本發(fā)明耦合劑閥示意圖。圖6為本發(fā)明換能器組件示意圖。圖7為本發(fā)明處理器總成的構(gòu)成示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，一種用于大型曲面構(gòu)件的超聲相控陣自動掃查裝置，包括電源1、驅(qū)動組件2、處理器總成3、機殼4、轉(zhuǎn)向組件5、壓力傳感器6、距離傳感器7、低壓泵8、耦合劑儲罐9、滾筒刷組件10、換能器組件11、底盤12；所述驅(qū)動組件2、轉(zhuǎn)向組件5中擺臂與底盤12側(cè)翼支撐座內(nèi)的支撐桿配合安裝；機殼4安裝在底盤12上；所述滾筒刷組件10、換能器組件11通過沉頭螺釘固定在機殼凹槽內(nèi)；所述壓力傳感器6、距離傳感器7安裝在底盤12的傳感器座內(nèi)，所述電源1、低壓泵8、耦合劑儲罐9依次安裝在底盤12上。如圖2所示，所述驅(qū)動組件2包括轉(zhuǎn)速傳感器21、車輪軸22、主動齒輪23、壓縮彈簧24、后車輪25、驅(qū)動電機26、從動齒輪27、制動器28、懸架29；所述轉(zhuǎn)速傳感器21、驅(qū)動電機26安裝在懸架29的支撐板上，所述主動齒輪23、從動齒輪27通過定位銷分別與驅(qū)動電機26及車輪軸22配合安裝；所述壓縮彈簧24與懸架29的凸臺通孔配合安裝；所述車輪軸22軸身及軸端處分別安裝有制動器28與后車輪25。如圖3所示，所述轉(zhuǎn)向組件5包括壓縮彈簧51、擺桿52、凸輪53、連桿54、前車輪55、擺臂56、轉(zhuǎn)向電機57、扭轉(zhuǎn)彈簧58；所述擺臂56通過壓縮彈簧51、扭轉(zhuǎn)彈簧58與底盤凸臺座配合安裝，擺臂末端安裝前車輪55；所述擺桿52通過扭轉(zhuǎn)彈簧58與連桿54連接；所述凸輪53與擺桿52遠端弧形槽配合安裝，并通過定位銷與轉(zhuǎn)向電機57固定；通過控制轉(zhuǎn)向電機57轉(zhuǎn)數(shù)控制掃查裝置轉(zhuǎn)向，并通過扭轉(zhuǎn)彈簧58的彈性變形使擺桿52復(fù)位。如圖4所示，所述滾筒刷組件10包括固定板101、耦合劑閥102、滾筒刷支架103、滾筒104、緊固螺栓105、軸106；所述固定板101通過耦合劑閥102與滾筒刷支架103相連；且兩端對稱開兩螺孔，通過沉頭螺栓與機殼固定，所述軸106的軸身處安裝滾筒104，且軸端通過緊固螺栓105與滾筒刷支架103兩翼通孔配合安裝。如圖5所示，所述耦合劑閥102包括滾花螺母1021、支撐桿1022、壓縮彈簧1023、進口1024、活塞1025、支撐板1026、閥芯1027、出口1028、閥體1029；所述閥體1029側(cè)翼及底面分別開進口1024和出口1028；所述活塞1025兩端凸臺通過壓縮彈簧1023分別與支撐桿1022及支撐板1026配合安裝；所述滾花螺母1021安裝在支撐桿1022延長端；所述閥芯1027通過壓縮彈簧1023頂緊支撐板1026通孔，通過閥腔內(nèi)耦合劑壓力變化控制閥芯1027與通孔的開閉，并有效地防止耦合劑倒流。通過滾筒刷與變曲率構(gòu)件表面相互作用力大小自動調(diào)節(jié)閥腔內(nèi)容積，以改變耦合劑流量。如圖6所示，所述換能器組件11包括壓縮彈簧111、固定板112、支撐桿113、扭轉(zhuǎn)彈簧114、超聲相控陣換能器115、緊固螺栓116、換能器座117、換能器支架118、旋轉(zhuǎn)接頭119；所述固定板112兩端對稱開兩螺孔，通過沉頭螺栓與機殼裝配，且通過壓縮彈簧111與支撐桿113配合安裝，確保超聲相控陣換能器高度的自動調(diào)節(jié)。所述換能器座117側(cè)翼通過扭轉(zhuǎn)彈簧114與換能器支架118相連，換能器支架118通過旋轉(zhuǎn)接頭119與支撐桿113連接且能相互轉(zhuǎn)動，確保換能器與構(gòu)件表面耦合良好；所述換能器座117側(cè)翼開兩對稱螺孔，通過緊固螺栓116固定超聲相控陣換能器115。如圖7所示，所述電源用于向掃查裝置供電；所述處理器總成中的電機控制模塊、無線信號發(fā)射/接收模塊及遙控手操器，用于掃查裝置運動控制；所述處理器總成中的傳感器數(shù)據(jù)采集/處理模塊用于轉(zhuǎn)速、壓力、距離等數(shù)據(jù)的采集與處理；所述相控陣超聲信號采集/發(fā)射模塊，用于相控陣換能器超聲信號的激發(fā)及回波信號接收；所述相控陣超聲信號處理模塊，對采集到的相控陣超聲波信號進行自動處理與缺陷判定，并實現(xiàn)實時成像及缺陷自動報警；所述處理器總成中的數(shù)據(jù)存儲器用于掃查裝置檢測數(shù)據(jù)的存儲，并通過處理器總成中的數(shù)據(jù)接口與計算機連接，以對被測構(gòu)件的檢測數(shù)據(jù)進行離線分析，且同時可以由計算機設(shè)置和修改掃查裝置處理總成中的參數(shù)，如報警閾值、轉(zhuǎn)向閾值、電機轉(zhuǎn)速及其他超聲檢測參數(shù)等。掃查裝置運動控制過程：當(dāng)外部遙控手操器控制啟動后，通過無線信號發(fā)射/接收模塊發(fā)射驅(qū)動信號，由處理器總成中的電機控制模塊控制驅(qū)動組件中的驅(qū)動電機，同時通過轉(zhuǎn)速傳感器實時監(jiān)測每個車輪轉(zhuǎn)速。距離傳感器用于實時監(jiān)測被測構(gòu)件表面到傳感器表面的距離，當(dāng)掃查裝置到達構(gòu)件邊界，該距離發(fā)生突變且超過預(yù)設(shè)閾值時，處理器總成中的傳感器數(shù)據(jù)采集/處理模塊接收到距離突變信號，并將轉(zhuǎn)向信號傳輸至電機控制模塊，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)向電機旋轉(zhuǎn)一周，掃查裝置實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)向功能。當(dāng)設(shè)置掃查模式為手動模式時，掃查裝置檢測到缺陷時停止運動且制動器28制動，同時蜂鳴器及發(fā)光二極管進行聲光報警，且遙控手操器再次發(fā)射啟動信號后掃查裝置繼續(xù)掃查。當(dāng)設(shè)置掃查為自動模式時，掃查裝置從起點到終點沿“弓”形掃查。當(dāng)壓力傳感器6接觸到終點端處人為設(shè)置的止動塊時，且壓力變化超過閾值時，掃查裝置停止運動。掃查裝置探傷過程：掃查工作之前，通過數(shù)據(jù)端口設(shè)定或修改檢測參數(shù)；掃查裝置工作開始后，由相控陣超聲信號采集/發(fā)射模塊實現(xiàn)超聲相控陣換能器的激勵與回波信號接收，通過相控陣超聲信號處理模塊完成數(shù)據(jù)處理，進行實時成像，當(dāng)檢測到缺陷則進行聲光報警。通過傳感器數(shù)據(jù)采集/處理模塊實時監(jiān)測掃查裝置車輪轉(zhuǎn)速、傳感器表面至構(gòu)件表面距離及裝置前端接觸壓力等參數(shù)，并進行實時處理。當(dāng)掃查裝置運動異常時進行故障報警，且完成掃查裝置邊界判斷及自動轉(zhuǎn)向功能。轉(zhuǎn)速、壓力、距離及缺陷回波信息等實時數(shù)據(jù)存儲至數(shù)據(jù)存儲器中；且數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)可通過數(shù)據(jù)接口傳輸?shù)接嬎銠C中，實現(xiàn)超聲檢測數(shù)據(jù)的離線分析，并結(jié)合掃查裝置的轉(zhuǎn)速及運動軌跡等來確定缺陷位置。