阅读说明：本技术 一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具 (Spray head clamp based on water spraying type ultrasonic detection means ) 是由 宋国荣 贾利 吕炎 肖婷 王慧园 赵岩 于 2020-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具,定位法兰盘通过定位孔用以连接超声检测机械臂末端手腕,控制喷头整体携带超声探头跟随机械臂运动扫查；法兰盘和顶丝的配合,用以超声探头的夹紧,保证其声束方向平行于水柱方向；下端设置导流口,判断存储仓内部水流是否满仓,避免仓中存在空气对声束造成干扰。存储仓为整个喷头夹具的核心部件,用来引入水流及喷出耦合水柱。存储仓侧面注水口与水管连接,将水流引入存储仓；存储仓内嵌隔水板控制其内部水流方向,并对水流起到缓冲作用,避免水中产生气泡产生,保证平稳水柱从仓底喷出,提供超声检测喷水式水耦合条件,以保证整个仓体处于密封状态。(The invention discloses a spray head clamp based on a water-spraying type ultrasonic detection means.A positioning flange plate is used for connecting a wrist at the tail end of an ultrasonic detection mechanical arm through a positioning hole, and the spray head is controlled to integrally carry an ultrasonic probe to scan along with the movement of the mechanical arm; the flange plate is matched with the jackscrew and used for clamping the ultrasonic probe so as to ensure that the sound beam direction of the ultrasonic probe is parallel to the water column direction; the lower extreme sets up the water conservancy diversion mouth, judges whether the inside rivers of storage storehouse are full storehouse, avoids having the air to cause the interference to the acoustic beam in the storehouse. The storage bin is a core part of the whole spray head clamp and is used for introducing water flow and spraying out the coupled water column. The water injection port on the side surface of the storage bin is connected with a water pipe to introduce water flow into the storage bin; the embedded water-stop sheet in the storage bin controls the direction of the water flow inside the storage bin, and plays a role in buffering the water flow, so that bubbles generated in water are avoided, stable water columns are guaranteed to be sprayed out from the bin bottom, an ultrasonic detection water-spraying type water coupling condition is provided, and the whole bin body is guaranteed to be in a sealing state.)

一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具

技术领域

本发明涉及一种基于喷水式超声检测手段的水柱喷头夹具，主要用于大型工件超声检测系统的水耦合，属于结构材料检测无损技术领域。

背景技术

大型高端装备如航天航空、海洋工程等装备中最常见的承载结构，在长期服役过程中受冲击载荷和自身缺陷影响常常会产生微小裂纹，裂纹会随着时间的发展逐渐延伸，最终会引起设备失效，造成巨大损失，细小裂纹的检测在高端设备领域显得尤为重要。尽可能地早些发现结构设备中裂纹缺陷，并对其进行修复，将会避免很多重大事故的发生。在大型结构材料健康检测中，如何尽早发现微小裂缝一直是极其重要的问题，通过水耦合系统为超声无损检测手段提供传播介质，可实现装备结构中的裂缝缺陷无损检测。

传统的超声检测技术大多采取水浸式超声检测系统，系统配备水箱用以放置被检测工件，将整个工件淹没在水中，使得超声探头在水下对其进行检测，可保证超声声波信号的稳定激励与接收。但水浸式超声检测系统面临被检测对象多是较小类结构部件，对于大型被检件必须配置足够大的水箱，其成本高、操作繁琐，且大型工件的搬运过程存在较高危险性，很难满足人们的要求。因此，寻求一种成本低、操作简单且安全系数高的超声检测水耦合系统，具有重大理论意义和工程实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，具有成本低、结构简单、操作简单、操作安全系数高等优点，完全可以满足实验分析和工程应用的需要。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，该喷头主要由定位法兰盘1、存储仓2和隔水板3组成，本发明包含了如下部件：法兰定位孔4、仓体定位孔5、探头孔6、导流口7、顶丝8、注水口9、橡胶垫片10、底仓11、底盖12。

喷头夹具设计整体装配示意图如图1所示，其内部结构示意图如图2所示。

定位法兰盘1上配有8个法兰定位孔4，主要用于连接超声检测机械臂末端手腕与实验所用KUKA KR10-1420机械臂末端手腕定位孔一致，控制喷头整体携带超声探头跟随机械臂运动扫查；探头装夹在探头孔6，且通过顶丝8进行进一步夹紧，防止探头装夹不牢固以致脱落；定位法兰盘下端配有导流口7，可外接水管用以判断存储仓2内部水流是否满仓，避免仓中存在空气对超声声束造成干扰；3个仓体定位孔5用以与存储仓2定位装配连接。探头孔6向仓内延伸2mm并对外径进行倒模，可进一步缓冲水压，避免仓内水花的产生，并保证整个仓体水密性。存储仓2为整个喷头的核心构件，设置在定位法兰盘1底部，其侧面配有注水口9，用于连接外部水管，在水泵的压力下对仓体内部进行注水；上端带有导流口与定位法兰盘1下端导流口7同心接触连接，配合检验仓体水流情况。隔水板3嵌在存储仓2内部，用以控制仓体内水流方向，且对水流进行缓冲，避免水中产生气泡进而对超声信号造成干扰。

定位法兰盘1与机械臂末端手腕通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接；

定位法兰盘1与存储仓2通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；

定位法兰盘1与顶丝8通过标准M3长螺栓进行螺纹配合夹紧；

超声探头与探头孔6通过顶丝8进行夹紧连接；

隔水板3与底仓11通过内外螺纹配合连接；

存储仓2与底仓11通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，中间夹有橡胶垫片10；

底仓11出水口与底盖12通过内外螺纹配合连接；

导流口7与外围水管通过直插式连接；

注水口9与外围水管通过直插式连接。

为保证喷头夹具整体的水密性和轻便性，整体结构均由铝合金材料制成，并在所有装配连接处设置密封橡胶垫片、橡胶套管。该喷头设计具有两种隔水板设计：普通隔水板和筛网隔水板。普通隔水板针对水泵压强较小时效果显著，但对于水泵压强较大时，水压过大冲击隔水板容易产生水花或者气泡，故选用筛网隔水板进行水压的缓冲，通过网孔的形式进一步稳定仓体水流状态，保证水柱平稳冲出。两种不同样式的隔水板设计，消除了不同水压状态下水花和气泡带来的信号干扰，并且具有体积轻便、成本低、更换方便等特点。

附图说明

图1喷头夹具整体装配示意图；

图2普通隔水板喷头夹具内部结构示意图；

图3喷头夹具正视图；

图4喷头夹具俯视图；

图5普通隔水板和筛网隔水板示意图；

具体实施方式

下面对喷头夹具具体的实施方式作进一步的说明。

一种基于喷水式超声检测手段的喷头夹具，定位法兰盘1、存储仓2和隔水板3为喷头夹具主体装配部分，法兰定位孔4用于连接超声检测机械臂末端手腕；仓体定位孔5与存储仓2之间定位装配连接，中间夹有隔水橡胶垫片；探头孔6用以装夹超声探头，且通过顶丝8夹紧；导流口7开在法兰盘的上端，外接水管用以判断存储仓2内的水流状态；注水口9在水泵压力下对存储仓2内注水；橡胶垫片10用以组装存储仓2，保证水密性；底盖12用以和底仓11的出水口装配连接，控制出水口11的开闭；

定位法兰盘1位于机械臂末端手腕下方，通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接；存储仓2位于定位法兰盘1的下方，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；隔水板3位于底仓11内部，通过内外螺纹进行配合连接；底仓11位于隔水板2下方，中间配有橡胶垫片10，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接；底盖12位于底仓11下方，通过内外螺纹进行配合连接；顶丝8位于定位法兰盘1侧面，通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接。定位法兰盘1与机械臂末端手腕通过标准M5螺栓进行螺纹配合连接。定位法兰盘1与存储仓2通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，存储仓2下部的锥面锥角为90°。定位法兰盘1与顶丝8通过标准M3长螺栓进行螺纹配合夹紧，隔水板3锥面锥角为50°。超声探头与探头孔6通过顶丝8进行夹紧连接，顶丝8端部配有橡胶块。隔水板3与底仓11通过内外螺纹配合连接。存储仓2与底仓11通过标准M3螺栓进行螺纹配合连接，中间夹有橡胶垫片10，底仓11配有标准外螺纹。底仓11出水口与底盖12通过内外螺纹配合连接，底盖12配有标准内螺纹。导流口7与外围水管通过直插式连接。注水口9与外围水管通过直插式连接。

首先将隔水板3内嵌于存储仓2底部并包装好，与定位法兰盘1通过3个M3仓体定位孔5进行螺栓连接，中间配有橡胶垫片保证水密性；然后通过法兰定位孔4与KUKA机械臂末端手腕定位孔进行配合连接，将外围套有橡胶套管的超声检测探头置于探头孔6，并通过顶丝8对其进一步夹紧，以防探头在工作状态时脱落；随后对仓体进行注水，通过注水口9连接外围水管，由水泵提供水压对其注水，在注水前应将底盖11安装在仓体下端，当注水小段时间直至仓体上部导流口7溢出，此时打开底盖11，保证整个仓体处于满水状态，避免内部存在空气对超声检测造成信号干扰。

本发明设计的喷头夹具结构简单、安装灵活、成本较低、可靠性高，可以满足喷水式超声检测手段的检测需求。