本发明涉及无损检测领域，尤其涉及一种用于大型铸锻件进行探伤的超声波自动探伤装置。
背景技术：
大型锻件形大体重、制造技术难度大、质量要求高，是冶金、电力、石化、交通、矿山、兵器等国民经济建设各部门所需的各种大型关键设备的重要基础件。随着国民经济的快速发展和工业化程度的提高，对大型铸件和锻件的需求也在不断增加。大型铸件和锻件是用于设备制造和工程的主要部件，因此大型铸锻件的质量是确保关键技术设备和工程质量和安全的核心。无损检测技术指的是在不破坏原有结构和性能的前提下，通过测定产品的某些物理量来判断其是否合格的检测方法，超声波探伤技术属于无损检测技术的一种。其原理是通过超声波在材料中传播遇到介质会发生反射与折射原理来设计的，如果材料中没有缺陷，超声波传播的材料另一端会发生反射，被探头捕捉后，根据波在材料中的声速与实际检测时发射波与接收回波之间所耗的时间来判断出材料的厚度，如果有缺陷同样也会有反射回波，探头会捕捉到，那么缺陷回波会比材料另一面回波走的行程短，从而判断是否有缺陷形成。近年来，用于无损检测的技术已经多种多样了，但是对于大型铸锻件的无损检测设备还并不完善。目前，超声波检测设备是我国铸件和锻件的无损检测的主要检测方法，但这些设备存在制造成本高，维护成本高，对操作人员要求高等问题，而且将大型铸锻件移动至探伤设备上极大增加了成本和工作人员的工作量，因此，超声波检测设备的开发和推广是我国无损检测领域亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种大型铸锻件超声波自动探伤装置，以解决将大型铸锻件移动至探伤设备上极大增加了成本和工作人员的工作量，以及手工探伤时因人为操作不稳定影响大型铸锻件探伤的可靠性和准确性等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种大型铸锻件超声波自动探伤装置，其包括探头支架组件、机械臂、升降机构以及移动小车，所述探头支架组件用于安放和固定超声波探头，其包括探头座、压紧连杆、压紧弹簧、套筒、固定板、导向轮结构以及挡板；所述探头座的第一端设置有探头安装筒，所述探头安装筒用于安放超声波探头，两个所述导向轮结构分别安装于所述探头座的两侧，且所述导向轮结构能够相对于所述探头座转动；所述压紧连杆的第一端与所述探头座的第二端连接，所述压紧连杆的第二端与所述挡板的第一端面固定连接，所述压紧连杆上设置有压紧弹簧；所述套筒与所述挡板的第二端面固定连接，所述套筒上设置有固定板，所述固定板用于连接所述机械臂；所述机械臂包括腰部机构、大臂机构、回转机构、小臂机构和腕部机构，所述腰部机构包括腰部基座、第一回转支座和第一转动关节，所述腰部基座内设置有第一转动关节，所述第一回转支座安装在所述腰部基座上方并与所述第一转动关节连接，所述腰部基座的外箱体机座上设置有第一电机，所述第一电机通过带动第一转动关节传动实现第一回转支座的水平转动；所述大臂机构包括大臂和第二转动关节，所述第二转动关节设置在所述第一回转支座上并与所述大臂的第一端连接，所述大臂的第二端连接所述回转机构，设置在所述第一回转支座外箱体机座上的第二电机通过所述第二转动关节带动所述大臂摆动；所述小臂机构包括小臂、第二回转支座和第三转动关节，所述第三转动关节设置在所述回转机构内并与所述第二回转支座连接，所述小臂的第一端与第二回转支座铰接，设置在所述回转机构底部的第三电机通过所述第三转动关节带动所述第二回转支座和小臂的水平转动；所述腕部机构包括第三回转支座和第四转动关节，所述腕部机构通过所述第三回转支座与所述探头支架组件连接，所述第四转动关节与所述小臂的第二端连接，所述腕部机构的外箱体机座上设置有第四电机，所述第四电机通过所述第四转动关节上带动所述第三回转支座和所述探头支架组件转动；所述升降机构为剪叉式升降平台；所述移动小车为四轮转向电动平台车。
优选的，所述导向轮结构包括导向轮、导向轮座和导向轮连杆，所述导向轮安装在所述导向轮座上，所述导向轮座与所述导向轮连杆固定连接，所述导向轮座与所述探头座铰接。
优选的，所述第一转动关节包括蜗杆、第一传动轴和设置在所述第一传动轴上的第一减速齿轮，所述蜗杆与所述第一回转支座连接，所述第一电机通过第一联轴器与所述第一传动轴连接，所述第一电机能够带动所述第一减速齿轮和所述蜗杆传动从而实现所述第一回转支座的水平转动。
优选的，所述第二转动关节包括第二传动轴、第三传动轴、设置在所述第二传动轴上的第二减速齿轮和设置在所述第三传动轴的第三减速齿轮，所述第二传动轴和所述第三传动轴设置在所述第一回转支座上，所述大臂的第一端与所述第三传动轴连接，所述第二电机通过第二联轴器与所述第二传动轴连接，所述第二电机能够带动所述第二减速齿轮和所述第三减速齿轮传动从而实现所述大臂的摆动。
优选的，所述第三转动关节包括第四传动轴、第五传动轴、设置在所述第四传动轴上的第四减速齿轮和设置在所述第五传动轴上的第五减速齿轮，所述第二回转支座通过所述第五传动轴与所述回转机构连接，所述第三电机通过第三联轴器与所述第四传动轴连接，所述第三电机带动能够带动所述第四减速齿轮和所述第五减速齿轮进行传动从而实现所述第二回转支座和所述小臂的水平转动。
优选的，所述第四转动关节包括第一减速齿轮组、第二减速齿轮组、第六传动轴和第七传动轴，所述第六传动轴和第七传动轴设置在所述小臂的第二端，所述第三回转支座与所述第七传动轴连接，所述第四电机通过第四联轴器与所述第六传动轴连接，所述第四电机能够带动所述第一减速齿轮组和所述第二减速齿轮组进行传动从而实现所述第三回转支座和所述探头支架组件的转动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的整个装置可以分为探头支架组件、机械臂、升降机构和移动小车四部分，便于携带，并且操作简单，移动方便，有利于探伤技术的推广；
2、大型铸锻件一般很高很大，所以本发明在使用时不需要移动大型铸锻件，通过大型铸锻件保持静止不动，探伤装置来运动进行探伤，超声波探头安装在探头支架组件上，探头支架组件安装在四自由度的机械臂上，由于本发明可以自由移动和升降，并且机械臂具有四个自由度，因此能够使探头探测到铸锻件的各个位置，本发明能适用于各种不同直径不同高度的大型轴类和圆盘类工件，甚至一些非等径轴类工件的探伤工作，使探伤实现机械化和自动化，减轻了工人的劳动强度，大幅度提高了探测效率；
3、探头支架组件采用双导向轮结构和压紧弹簧结构，能在大型铸锻件上自由移动，同时弹簧具有一定的预紧压力，减少了探伤过程中出现的误差，提高了稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明大型铸锻件超声波自动探伤装置的结构示意图；
图2为本发明探头支架组件的结构示意图；
图3为本发明的机械臂的结构示意图；
图4所示为本发明机械臂上的腰部机构和大臂机构的连接结构示意图；
图5所示为本发明机械臂上的大臂机构和小臂机构的连接结构示意图；
图6所示为本发明机械臂上的小臂机构和腕部机构的连接结构示意图；
图7为本发明的升降机构的结构示意图；以及
图8为本发明的移动小车的结构示意图。
图中：1、移动小车；2、升降机构；3、机械臂；4、探头支架组件；5、固定板；6、套筒；7、挡板；8、压紧连杆；9、压紧弹簧；10、探头座；11、导向轮座；12、探头安装筒；13、导向轮；14、腰部机座；15、第一回转支座；16、大臂；17、回转机构；18、小臂；19、第二回转支座；20、第三回转支座；21、第四电机；211、第六传动轴；212、第一减速齿轮组；213、第七传动轴；214、第四联轴器；215、第二减速齿轮组；22、第三电机；221第三联轴器；222、第四传动轴；223、第五减速齿轮；224、第四减速齿轮；225、第五传动轴；23、第二电机；231、第二传动轴；232、第三传动轴；233、第三减速齿轮；234、第二减速齿轮；235、第二联轴器；24、第一电机；241、蜗杆；242、第一减速齿轮；243、第一传动轴；244、第一联轴器；25、升降机构底座；26、液压缸；27、剪叉臂；28、升降平台；29、轮毂电机；30、联轴器；31、步进电机；32、车架；33、车轮。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种大型铸锻件超声波自动探伤装置，其主要包括探头支架组件4、机械臂3、升降机构2和移动小车1；探头支架组件4用于来安放和固定超声波探头；机械臂3上有四个自由度，可以使探头探测到铸锻件的各个位置；升降机构2用于探头支架组件4和机械臂3的上下移动；而移动小车1则极大增加了整个装置的灵活性。
如图2所示，探头支架组件4包括探头座10、压紧连杆8、压紧弹簧9、套筒6、固定板5、两个导向轮结构以及挡板7；探头座的第一端设置有探头安装筒12，探头安装筒12用于安放超声波探头；导向轮结构包括导向轮13、导向轮座11和导向轮连杆，导向轮13安装在导向轮座11上，导向轮座11与导向轮连杆固定连接，导向轮座11与探头座10铰接，导向轮座11可以相对于探头座10转动，并且两个导向轮13相对于探头安装筒12中心线呈对称分布；压紧弹簧9设在挡板7和探头座10之间的压紧连杆8上，其中压紧连杆8的第二端通过螺栓螺母与挡板7的第一端面固定连接在一起，压紧连杆8的第一端与探头座10的第二端连接，探头座10与压紧连杆8滑动配合；套筒6与挡板7的第二端面通过螺栓螺母固定连接在一起，套筒6上设置有固定板5用来与机械臂3连接。
如图3至图6所示，机械臂3包括腰部机构、大臂机构、回转机构、小臂机构和腕部机构；
腰部机构包括腰部基座14、第一回转支座15和第一转动关节，腰部基座14内设置有第一转动关节，第一转动关节包括第一传动轴243、第一减速齿轮242和蜗杆241，第一传动轴243上设有第一减速齿轮242，第一回转支座15安装在腰部基座14上方，并与蜗杆241连接。腰部基座14的外箱体机座上设置有第一电机24，第一电机24通过第一联轴器244与第一传动轴243连接，带动第一减速齿轮242和蜗杆241传动，从而实现第一回转支座15的水平转动，第一回转支座15可以回转的角度范围为360°。腰部基座14需要有足够大的安装基面，能承受其上部所有载荷和重量，以保证整个机械臂在工作时整体安装的稳定性。
大臂机构包括大臂16和第二转动关节，第二转动关节包括第二传动轴231、第三传动轴232、第二减速齿轮234和第三减速齿轮233，第二传动轴231和第三传动轴232设置在第一回转支座15上，大臂16的第一端与第三传动轴232连接，大臂18的第二端与回转机构17连接，第二传动轴231上设置有第二减速齿轮234，第三传动轴232上设置有第三减速齿轮233。第二电机23安放在第一回转支座15上的外箱体机座上，并通过第二联轴器235与第二传动轴231连接，第二电机23带动第二减速齿轮234和第三减速齿轮233传动，从而实现大臂16的摆动，大臂16可回转的角度范围为180°。
小臂机构包括小臂18、第二回转支座19和第三转动关节，第三转动关节设置在回转机构17内，第三转动关节包括第四传动轴222、第五传动轴225、第四减速齿轮224和第五减速齿轮223，小臂18的第一端与第二回转支座19连接，第二回转支座19通过第五传动轴225与大臂16连接，回转机构17底部设置有第三电机22，第三电机22通过第三联轴器221与第四传动轴222连接，第三电机22带动第四传动轴222上的第四减速齿轮224和第五传动轴上225的第五减速齿轮223进行传动，实现第二回转支座的水平转动，第二回转支座19可回转角度的范围为360°，同时小臂机构与大臂机构是固定的。
腕部机构包括第三回转支座20和第四转动关节，第四转动关节包括第一减速齿轮组212、第二减速齿轮组215、第六传动轴211和第七传动轴213，第六传动轴211和第七传动轴213设置在小臂18的第二端，第三回转支座20与第七传动轴213连接。腕部机构的外箱体机座上设置有第四电机21，第四电机21通过第四联轴器214与第六传动轴211连接，第四电机21带动第一减速齿轮组212和第二减速齿轮组215进行传动，从而实现第三回转支座20的摆动，腕部机构通过第三回转支座20与探头支架组件的固定板5连接，从而实现探头支架组件的转动。
如图7所示，升降机构2采用剪叉式升降平台，利用液压缸26顶升剪叉臂27，从而实现升降平台28的上下移动。同时在升降机构的底座25上放置配重块，其作用是为了使平台升高时候不会因为机械臂3过重，导致偏载而引发倾倒，以保持稳定。
如图8所示，移动小车1为一种四轮转向电动平台车，使用复合电源系统输出能量，移动小车行驶时通过轮毂电机29提供动力，通过步进电机31控制平台车的转向，车轮33与步进电机31通过联轴器30连接，从而实现转向。升降机构2及升降机构上的机械臂3和探头支架组件4放置在车架32上，车架32的尺寸大于升降机构2的下平台尺寸，以使车架32有足够的空间，从而保证整个装置的稳定性。
使用本发明的超声波自动探伤装置对大型铸锻件进行探测的工作过程为：
对一般大型铸锻件，首先通过移动小车将本发明装置移动至大型铸锻件附近，控制升降机构从而实现机械臂和探头支架组件的上下移动；启动第一电机控制第一回转支座的转动，第一回转支座可转动角度为360°；启动第二电机控制大臂的摆动；启动第三电机控制第二回转支座的转动，小臂和第二回转支座铰接，从而实现小臂的360°转动；启动第四电机控制探头支架组件的摆动；将超声波探头安装在探头安装筒中，同时给弹簧一定的预紧力，同时控制机械臂以保证探测过程中超声波探头始终紧贴探测工件表面。探测开始前，通过控制升降机构使超声波探头位于被探测工件的最低位置，探伤过程中，控制可移动小车、升降机构和机械臂，使超声波探头紧贴探测工件表面绕工件由下往上做圆周运动，直至完成整个探伤过程。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。
1.一种大型铸锻件超声波自动探伤装置，其特征在于，其包括探头支架组件、机械臂、升降机构以及移动小车，
所述探头支架组件用于安放和固定超声波探头，其包括探头座、压紧连杆、压紧弹簧、套筒、固定板、导向轮结构以及挡板；所述探头座的第一端设置有探头安装筒，所述探头安装筒用于安放超声波探头，两个所述导向轮结构分别安装于所述探头座的两侧，且所述导向轮结构能够相对于所述探头座转动；所述压紧连杆的第一端与所述探头座的第二端连接，所述压紧连杆的第二端与所述挡板的第一端面固定连接，所述压紧连杆上设置有压紧弹簧；所述套筒与所述挡板的第二端面固定连接，所述套筒上设置有固定板，所述固定板用于连接所述机械臂；
所述机械臂包括腰部机构、大臂机构、回转机构、小臂机构和腕部机构，所述腰部机构包括腰部基座、第一回转支座和第一转动关节，所述腰部基座内设置有第一转动关节，所述第一回转支座安装在所述腰部基座上方并与所述第一转动关节连接，所述腰部基座的外箱体机座上设置有第一电机，所述第一电机通过带动第一转动关节传动实现第一回转支座的水平转动；所述大臂机构包括大臂和第二转动关节，所述第二转动关节设置在所述第一回转支座上并与所述大臂的第一端连接，所述大臂的第二端连接所述回转机构，设置在所述第一回转支座外箱体机座上的第二电机通过所述第二转动关节带动所述大臂摆动；所述小臂机构包括小臂、第二回转支座和第三转动关节，所述第三转动关节设置在所述回转机构内并与所述第二回转支座连接，所述小臂的第一端与第二回转支座铰接，设置在所述回转机构底部的第三电机通过所述第三转动关节带动所述第二回转支座和小臂的水平转动；所述腕部机构包括第三回转支座和第四转动关节，所述腕部机构通过所述第三回转支座与所述探头支架组件连接，所述第四转动关节与所述小臂的第二端连接，所述腕部机构的外箱体机座上设置有第四电机，所述第四电机通过所述第四转动关节上带动所述第三回转支座和所述探头支架组件转动。
2.根据权利要求1所述的大型铸锻件超声波自动探伤装置，其特征在于，所述导向轮结构包括导向轮、导向轮座和导向轮连杆，所述导向轮安装在所述导向轮座上，所述导向轮座与所述导向轮连杆固定连接，所述导向轮座与所述探头座铰接。
3.根据权利要求1所述的大型铸锻件超声波自动探伤装置，其特征在于，所述第一转动关节包括蜗杆、第一传动轴和设置在所述第一传动轴上的第一减速齿轮，所述蜗杆与所述第一回转支座连接，所述第一电机通过第一联轴器与所述第一传动轴连接，所述第一电机能够带动所述第一减速齿轮和所述蜗杆传动从而实现所述第一回转支座的水平转动。
4.根据权利要求1所述的大型铸锻件超声波自动探伤装置，其特征在于，所述第二转动关节包括第二传动轴、第三传动轴、设置在所述第二传动轴上的第二减速齿轮和设置在所述第三传动轴的第三减速齿轮，所述第二传动轴和所述第三传动轴设置在所述第一回转支座上，所述大臂的第一端与所述第三传动轴连接，所述第二电机通过第二联轴器与所述第二传动轴连接，所述第二电机能够带动所述第二减速齿轮和所述第三减速齿轮传动从而实现所述大臂的摆动。
5.根据权利要求1所述的大型铸锻件超声波自动探伤装置，其特征在于，所述第三转动关节包括第四传动轴、第五传动轴、设置在所述第四传动轴上的第四减速齿轮和设置在所述第五传动轴上的第五减速齿轮，所述第二回转支座通过所述第五传动轴与所述回转机构连接，所述第三电机通过第三联轴器与所述第四传动轴连接，所述第三电机带动能够带动所述第四减速齿轮和所述第五减速齿轮进行传动从而实现所述第二回转支座和所述小臂的水平转动。
6.根据权利要求1所述的大型铸锻件超声波自动探伤装置，其特征在于，所述第四转动关节包括第一减速齿轮组、第二减速齿轮组、第六传动轴和第七传动轴，所述第六传动轴和第七传动轴设置在所述小臂的第二端，所述第三回转支座与所述第七传动轴连接，所述第四电机通过第四联轴器与所述第六传动轴连接，所述第四电机能够带动所述第一减速齿轮组和所述第二减速齿轮组进行传动从而实现所述第三回转支座和所述探头支架组件的转动。
技术总结