本發(fā)明涉及超聲波檢測領(lǐng)域，特別涉及一種單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器。

背景技術(shù)：

超聲波常用于進(jìn)行工件內(nèi)部缺陷檢測，在焊點超聲檢測領(lǐng)域，常采用單點式超聲探頭，對某一位置進(jìn)行A掃描檢測，通過手動移動超聲探頭位置判斷工件某區(qū)域內(nèi)部質(zhì)量狀態(tài)。這種檢測方式只適用于定性判斷，不能用于定量評估。

定量超聲波檢測一般有以下兩種方式：一是采用超聲相控陣探頭覆蓋于焊點上，可以實現(xiàn)焊點內(nèi)部質(zhì)量的定量檢測。由于相控陣探頭成本較高，難以廣泛應(yīng)用，并且由于相控陣探頭的各個振動晶體本身具有一定的尺寸，使得相鄰振動晶體之間需要有一定的距離，導(dǎo)致超聲檢測的精度較低，不能滿足高精度的檢測要求。另一種方式是采用機(jī)械機(jī)構(gòu)驅(qū)動單點式超聲探頭，通過對機(jī)械機(jī)構(gòu)的控制，使超聲探頭按照一定的路徑，在特定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行覆蓋式掃查。為了保持檢測過程中超聲探頭與工件表面具有較好的耦合，一般采用水浸式掃查，將工件置于水箱中，超聲探頭端部浸入水中。這種方式成本高，占用面積大，且不能應(yīng)用于工件較大的情況，難以廣泛應(yīng)用，亟待改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明使用單電機(jī)驅(qū)動X-Y雙向運動，極大提高了掃查速度；使用精密機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動單點式超聲探頭在掃查器內(nèi)部運動，保障其掃查精度；通過水浸自密封結(jié)構(gòu)，使超聲探頭與延遲塊之間保持較好的耦合，無需外置水浸系統(tǒng)；通過合理布局單電機(jī)位置和傳動方式，使得超聲掃查器體積減小，便于手持式操作。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器，包括殼體模塊、X-Y雙向運動模塊、超聲發(fā)射/接收模塊和附件模塊，其中殼體模塊是連接和固定的基礎(chǔ)，X-Y雙向運動模塊和附件模塊固定到殼體模塊上；X-Y雙向運動模塊內(nèi)置單電機(jī)驅(qū)動裝置，實現(xiàn)X-Y向掃查運動；超聲發(fā)射/接收模塊固定到X-Y雙向運動模塊上，使超聲探頭在工件表面進(jìn)行X-Y向掃查；附件模塊將掃查器內(nèi)部線路與外部線路連接起來，實現(xiàn)內(nèi)外部信號傳遞。

所述殼體模塊由上殼體1、下殼體2和固定座3構(gòu)成，所述固定座3為固定內(nèi)螺紋法蘭塊7的支架，固定座3通過螺栓連接并固定在上殼體1上；

所述X-Y雙向運動模塊通過電機(jī)驅(qū)動及同步凸輪的傳動，實現(xiàn)電機(jī)、電機(jī)支架、同步帶輪、環(huán)狀同步皮帶、同步凸輪、Y向滑軌、超聲探頭支架以及超聲發(fā)射-接收模塊沿X向作直線運動；同時通過電機(jī)驅(qū)動及同步凸輪的撥動，實現(xiàn)超聲探頭支架和超聲發(fā)射—接收模塊沿Y向作往復(fù)運動，結(jié)構(gòu)包括電機(jī)4、電機(jī)支架5、絲杠6、內(nèi)螺紋法蘭塊7、絲杠軸承8、同步凸輪9、同步帶輪10、環(huán)狀同步皮帶11、超聲探頭支架12、短軸13、短軸軸承14、X向滑軌15和Y向滑軌16，其中，所述電機(jī)4為步進(jìn)電機(jī)，輸出軸做旋轉(zhuǎn)運動，并通過螺栓固定在電機(jī)支架5上；

所述電機(jī)支架5通過二個X向滑軌15與固定座3連接在一起，X-Y雙向運動模塊上部為絲杠絲母機(jī)構(gòu)，所述絲杠絲母機(jī)構(gòu)由螺紋連接的絲杠6和內(nèi)螺紋法蘭塊7構(gòu)成；電機(jī)支架5上部通過絲杠軸承8與絲杠6連接，內(nèi)螺紋法蘭塊7通過螺栓與固定座3連接在一起；所述電機(jī)4通過螺釘固定到電機(jī)支架5上；所述同步凸輪9一端為齒形同步帶輪，另一端為凸輪；同步凸輪9通過頂絲固定在電機(jī)4的輸出軸上；同步帶輪10為齒形同步帶輪，固定在絲杠6上；所述環(huán)狀同步皮帶11為環(huán)狀齒形同步皮帶，它將同步凸輪9和同步帶輪10連接在一起；當(dāng)電機(jī)4輸出軸旋轉(zhuǎn)時，通過同步凸輪9的齒形同步帶輪端、環(huán)狀同步皮帶11和同步帶輪10將動力輸送至絲杠6處，驅(qū)動絲杠6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動；當(dāng)絲杠6相對內(nèi)螺紋法蘭塊7旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)支架5即相對固定座3和內(nèi)螺紋法蘭塊7進(jìn)行X向直線運動；

所述超聲探頭支架12通過二個Y向滑軌16與電機(jī)支架5連接在一起，使得超聲探頭支架12相對于電機(jī)支架5進(jìn)行Y向往復(fù)運動；所述短軸13一端通過頂絲與同步凸輪9連接，另一端與短軸軸承14相連，短軸軸承14置于超聲探頭支架12的長圓槽內(nèi)；當(dāng)電機(jī)4輸出端旋轉(zhuǎn)時，同步凸輪9的凸輪端通過短軸13及短軸軸承14撥動超聲探頭支架12，使超聲探頭支架12相對于電機(jī)支架5沿Y向往復(fù)運動，從而實現(xiàn)超聲探頭支架12相對于固定座3進(jìn)行X-Y向掃查運動。

所述的X向滑軌15為微型精密滾珠滑組，由X向滑軌外滑塊、X向滑軌內(nèi)滑塊及中間的X向滑軌滾珠傳動系統(tǒng)組成，可實現(xiàn)X向滑軌內(nèi)、外滑塊間相對運動；X向滑軌15共兩個，其X向滑軌內(nèi)、外滑塊分別螺接在固定座3和電機(jī)支架5上，保障電機(jī)支架5相對固定座3作X向直線運動；

所述的Y向滑軌16為微型精密滾珠滑組，由Y向滑軌外滑塊、Y向滑軌內(nèi)滑塊及中間的Y向滑軌滾珠傳動系統(tǒng)組成，實現(xiàn)Y向滑軌內(nèi)、外滑塊的相對運動；Y向滑軌16共兩個，其Y向滑軌內(nèi)、外滑塊分別螺接在電機(jī)支架5和超聲探頭支架12上，保障超聲探頭支架12相對電機(jī)支架5作Y向往復(fù)運動。

所述的超聲發(fā)射/接收模塊完成超聲波的發(fā)射和接收，并通過超聲線束和超聲采集卡將超聲掃查反饋到工業(yè)計算機(jī)中，結(jié)構(gòu)包括超聲探頭17、延遲塊18、擰緊螺母19、橡膠膜20和橡膠膜壓環(huán)21，其中，所述超聲探頭17為單點式水浸超聲探頭，固定在超聲探頭支架12上；所述延遲塊18為超聲探頭17與工件表面之間的硬質(zhì)塑料耦合塊，延遲塊18通過擰緊螺母19固定在下殼體2上；所述橡膠膜20一端粘接在超聲探頭17上，另一端通過橡膠膜壓環(huán)21固定在下殼體2上，將橡膠膜20、超聲探頭17、延遲塊18和下殼體2之間形成的空間封閉在一起，工作前在其中加滿液態(tài)耦合劑，以填充超聲探頭17和延遲塊18之間的間隙，確保超聲探頭17與延遲塊18之間的耦合。

所述的附件模塊包括按鈕開關(guān)22、航空插頭23、行程開關(guān)、電機(jī)線束和超聲線束，所述按鈕開關(guān)22固定在上殼體1上，兩端連接電機(jī)線束，為電機(jī)4的電源開關(guān)；所述航空插頭分為插頭部分和插座部分，插座部分固定在上殼體1上，與內(nèi)部電機(jī)線束和超聲線束相連；插頭部分固定在外部電機(jī)線束和超聲線束上，實現(xiàn)外部線束與內(nèi)部線束的快速插拔；所述行程開關(guān)螺接在電機(jī)支架5上，當(dāng)電機(jī)支架5運動到指定位置即觸發(fā)行程開關(guān)，并反饋行程信號，方便用戶控制電機(jī)4的運動狀態(tài)；所述電機(jī)線束通過航空插頭23與電機(jī)4、行程開關(guān)和按鈕開關(guān)22連接；超聲線束通過航空插頭23與超聲探頭17連接，為超聲探頭17提供電源和信號傳輸，并把超聲掃查結(jié)果通過超聲采集卡反饋到工業(yè)計算機(jī)上。

本發(fā)明的有益效果在于：通過單電機(jī)驅(qū)動X-Y雙向運動模塊運動，避免了在掃查過程中X、Y向掃查路徑的切換及X、Y向電機(jī)的起停，極大提高了掃查速度；通過使用精密機(jī)械結(jié)構(gòu)帶動單點式水浸超聲探頭在掃查器內(nèi)部運動，保障單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器具有較高的掃查精度；通過使用水浸自密封結(jié)構(gòu)，使超聲探頭與延遲塊之間保持較好的耦合，無需外置水浸系統(tǒng)，降低了掃查成本，同時降低了對待檢工件的尺寸要求；通過合理布局單電機(jī)位置和傳動方式，使得超聲掃查器體積減小，便于手持式操作。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的X向傳動的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的Y向傳動的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的水浸自密封部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的外部接線示意圖；

圖6為本發(fā)明的超聲探頭掃查軌跡示意圖。

圖中：1、上殼體；2、下殼體；3、固定座；4、電機(jī)；5、電機(jī)支架；6、絲杠；7、內(nèi)螺紋法蘭塊；8、絲杠軸承；9、同步凸輪；10、同步帶輪；11、環(huán)狀同步皮帶；12、超聲探頭支架；13、短軸；14、短軸軸承；15、X向滑軌；16、Y向滑軌；17、超聲探頭；18、延遲塊；19、擰緊螺母；20、橡膠模；21、橡膠膜壓環(huán)；22、按鈕開關(guān)；23、航空插頭。

具體實施方式

下面以直徑為15mm的MIG焊點工件檢測為例，結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容及其具體實施方式。

參見圖1至圖6所示，本發(fā)明的單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器，包括殼體模塊、X-Y雙向運動模塊、超聲發(fā)射/接收模塊和附件模塊，其中殼體模塊是連接和固定的基礎(chǔ)，X-Y雙向運動模塊和附件模塊固定到殼體模塊上；X-Y雙向運動模塊內(nèi)置單電機(jī)驅(qū)動裝置，實現(xiàn)X-Y向掃查運動；超聲發(fā)射/接收模塊固定到X-Y雙向運動模塊上，使超聲探頭在工件表面進(jìn)行X-Y向掃查；附件模塊將掃查器內(nèi)部線路與外部線路連接起來，實現(xiàn)內(nèi)外部信號傳遞。

所述殼體模塊是其余各零件連接和固定的基礎(chǔ)，由上殼體1、下殼體2和固定座3構(gòu)成，所述上殼體1為單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器的上部殼體，下殼體2為單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器的下部殼體，兩者均是單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器其余各零件連接和固定的基礎(chǔ)。所述固定座3為固定內(nèi)螺紋法蘭塊7的支架，固定座3通過螺栓連接并固定在上殼體1上；

參見圖1至圖3所示，所述X-Y雙向運動模塊通過電機(jī)驅(qū)動及同步凸輪的傳動，實現(xiàn)電機(jī)、電機(jī)支架、同步帶輪、環(huán)狀同步皮帶、同步凸輪、Y向滑軌、超聲探頭支架以及超聲發(fā)射/接收模塊等部件可以沿X向一起作直線運動；同時通過電機(jī)驅(qū)動及同步凸輪的撥動，實現(xiàn)超聲探頭支架和超聲發(fā)射—接收模塊Y向作往復(fù)運動，結(jié)構(gòu)包括電機(jī)4、電機(jī)支架5、絲杠6、內(nèi)螺紋法蘭塊7、絲杠軸承8、同步凸輪9、同步帶輪10、環(huán)狀同步皮帶11、超聲探頭支架12、短軸13、短軸軸承14、X向滑軌15和Y向滑軌16，其中，所述電機(jī)4為步進(jìn)電機(jī)，輸出軸做旋轉(zhuǎn)運動，并通過螺栓固定在電機(jī)支架5上；

所述電機(jī)支架5通過二個X向滑軌15與固定座3連接在一起，X-Y雙向運動模塊上部為絲杠絲母機(jī)構(gòu)，所述絲杠絲母機(jī)構(gòu)由螺紋連接的絲杠6和內(nèi)螺紋法蘭塊7構(gòu)成；電機(jī)支架5上部通過絲杠軸承8與絲杠6連接，內(nèi)螺紋法蘭塊7通過螺栓與固定座3連接在一起；所述電機(jī)4通過螺釘固定到電機(jī)支架5上；所述同步凸輪9一端為齒形同步帶輪，另一端為凸輪；同步凸輪9通過頂絲固定在電機(jī)4的輸出軸上；同步帶輪10為齒形同步帶輪，固定在絲杠6上；所述環(huán)狀同步皮帶11為環(huán)狀齒形同步皮帶，它將同步凸輪9和同步帶輪10連接在一起；當(dāng)電機(jī)4輸出軸旋轉(zhuǎn)時，通過同步凸輪9的齒形同步帶輪端、環(huán)狀同步皮帶11和同步帶輪10將動力輸送至絲杠6處，驅(qū)動絲杠6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動；當(dāng)絲杠6相對內(nèi)螺紋法蘭塊7旋轉(zhuǎn)時，電機(jī)支架5即相對固定座3和內(nèi)螺紋法蘭塊7進(jìn)行X向直線運動；

所述超聲探頭支架12通過二個Y向滑軌16與電機(jī)支架5連接在一起，使得超聲探頭支架12相對于電機(jī)支架5進(jìn)行Y向往復(fù)運動；所述短軸13一端通過頂絲與同步凸輪9連接，另一端與短軸軸承14相連，短軸軸承14置于超聲探頭支架12的長圓槽內(nèi)；當(dāng)電機(jī)4輸出端旋轉(zhuǎn)時，同步凸輪9的凸輪端通過短軸13及短軸軸承14撥動超聲探頭支架12，使超聲探頭支架12相對于電機(jī)支架5沿Y向往復(fù)運動，從而實現(xiàn)超聲探頭支架12相對于固定座3進(jìn)行X-Y向掃查運動。通過合理布局單電機(jī)位置和傳動方式，使得超聲掃查器在完成X向、Y向二維掃描運動的同時體積減小，更便于手持式操作。

所述的X向滑軌15為微型精密滾珠滑組，其基本結(jié)構(gòu)由X向滑軌外滑塊、X向滑軌內(nèi)滑塊及中間的X向滑軌滾珠傳動系統(tǒng)組成，可實現(xiàn)X向滑軌內(nèi)、外滑塊間相對運動；X向滑軌15共兩個，其X向滑軌內(nèi)、外滑塊分別螺接在固定座3和電機(jī)支架5上，保障電機(jī)支架5可以平穩(wěn)順暢的相對固定座3作X向直線運動；

所述的Y向滑軌16為微型精密滾珠滑組，其基本結(jié)構(gòu)由Y向滑軌外滑塊、Y向滑軌內(nèi)滑塊及中間的Y向滑軌滾珠傳動系統(tǒng)組成，實現(xiàn)Y向滑軌內(nèi)、外滑塊的相對運動；Y向滑軌16共兩個，其Y向滑軌內(nèi)、外滑塊分別螺接在電機(jī)支架5和超聲探頭支架12上，保障超聲探頭支架12可以平穩(wěn)順暢的相對電機(jī)支架5作Y向往復(fù)運動。

參見圖1及圖4所示，所述的超聲發(fā)射/接收模塊完成超聲波的發(fā)射和接收，并通過超聲線束和超聲采集卡將超聲掃查反饋到工業(yè)計算機(jī)中，結(jié)構(gòu)包括超聲探頭17、延遲塊18、擰緊螺母19、橡膠膜20和橡膠膜壓環(huán)21，其中，所述超聲探頭17為單點式水浸超聲探頭，固定在超聲探頭支架12上；所述延遲塊18為超聲探頭17與工件表面之間的硬質(zhì)塑料耦合塊，主要作用是增加聲程，避免超聲探頭在薄板檢測時的近區(qū)效應(yīng)，提高超聲波的分辨率。延遲塊18通過擰緊螺母19固定在下殼體2上；所述橡膠膜20一端粘接在超聲探頭17上，另一端通過橡膠膜壓環(huán)21固定在下殼體2上，將橡膠膜20、超聲探頭17、延遲塊18和下殼體2之間形成的空間封閉在一起，工作前在其中加滿液態(tài)耦合劑，以填充超聲探頭17和延遲塊18之間的間隙，此種內(nèi)置水浸機(jī)構(gòu)，保障超聲探頭在作二維掃描運動時，確保超聲探頭17與延遲塊18之間的良好耦合。

參見圖1及圖5所示，所述的附件模塊包括按鈕開關(guān)22、航空插頭23、行程開關(guān)、電機(jī)線束和超聲線束等，所述按鈕開關(guān)22固定在上殼體1上，兩端連接電機(jī)線束，為電機(jī)4的電源開關(guān)；所述航空插頭分為插頭部分和插座部分，插座部分固定在上殼體1上，與內(nèi)部電機(jī)線束和超聲線束相連；插頭部分固定在外部電機(jī)線束和超聲線束上，實現(xiàn)外部線束與內(nèi)部線束的快速插拔；所述行程開關(guān)螺接在電機(jī)支架5上，當(dāng)電機(jī)支架5運動到指定位置即觸發(fā)行程開關(guān)，并反饋行程信號，方便用戶控制電機(jī)4的運動狀態(tài)；所述電機(jī)線束通過航空插頭23與電機(jī)4、行程開關(guān)和按鈕開關(guān)22連接；超聲線束通過航空插頭23與超聲探頭17連接，為超聲探頭17提供電源和信號傳輸，并把超聲掃查結(jié)果通過超聲采集卡反饋到工業(yè)計算機(jī)上。

本發(fā)明的單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器基本的運動模型為：

參見圖2所示，X向運動模式為：當(dāng)電機(jī)4啟動時，輸出軸和同步凸輪9做旋轉(zhuǎn)運動，通過同步凸輪9的同步帶輪端及環(huán)狀同步皮帶11將動力傳輸?shù)酵綆л?0上，進(jìn)而驅(qū)動絲杠6進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動。由于內(nèi)螺紋法蘭塊7螺接并固定在固定座3上，因此絲杠6旋轉(zhuǎn)將推動絲杠6、電機(jī)4、電機(jī)支架5、同步帶輪10、環(huán)狀同步皮帶11、同步凸輪9、超聲探頭支架12、Y向滑軌16以及超聲發(fā)射/接收模塊等部件沿X向相對于固定座3一起作直線運動。

參見圖3所示，Y向運動模式為：當(dāng)電機(jī)4啟動時，輸出軸和同步凸輪9做旋轉(zhuǎn)運動，通過連接在同步凸輪9凸輪端上的短軸13及短軸軸承14，撥動超聲探頭支架12和超聲發(fā)射/接收模塊沿Y向相對于電機(jī)支架5作往復(fù)運動，從而實現(xiàn)相對于固定座3的X-Y向掃查運動。

本發(fā)明的單電機(jī)驅(qū)動的手持式焊點超聲自動掃查器在工作狀態(tài)下的運動方式為：

1、開啟計算機(jī)，啟動掃查指令，超聲探頭17達(dá)到掃查起點。

2、掃查開始，電機(jī)4啟動，電機(jī)軸輸出旋轉(zhuǎn)運動，帶動同步凸輪9旋轉(zhuǎn)；同步凸輪9同步帶輪端帶動環(huán)狀同步帶11運動，帶動與環(huán)狀同步帶11嚙合的同步帶輪10旋轉(zhuǎn)，使與同步帶輪10固定在一起的絲杠6輸出旋轉(zhuǎn)運動，使絲杠6一邊旋轉(zhuǎn)，一邊做X向直線運動，帶動X-Y雙向運動模塊和超聲發(fā)射/接收模塊做X向直線運動；同時，同步凸輪9旋轉(zhuǎn)，使固定在凸輪端的短軸13繞電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)，與短軸軸承14一起撥動超聲探頭支架12和超聲發(fā)射/接收模塊沿Y向做往復(fù)運動；如此同時在X方向和Y方向運動，在工件表面進(jìn)行覆蓋式掃查。

3、當(dāng)?shù)竭_(dá)X向行程終點時，電機(jī)4停止轉(zhuǎn)動，X-Y雙向運動模塊停止運動，掃查結(jié)束；電機(jī)4反轉(zhuǎn)到零位，使超聲探頭17到達(dá)掃查起點，準(zhǔn)備下一次掃查。

參見圖6所示，本發(fā)明具體檢測方式為：在工件表面進(jìn)行XY向的覆蓋式掃查，其掃查范圍為20mm*20mm，掃查精度為0.5mm。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡對本發(fā)明所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。