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专利号: 2023104835964
申请人: 西安科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种液压支架立柱活柱缺陷超声自动检测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:步骤一、构建液压支架立柱活柱缺陷超声检测系统,液压支架立柱活柱缺陷超声检测系统包括安装架(16)、水箱(25)、三自由度直线滑台机构、回转机构(15)和超声检测机构,超声检测机构通过三自由度直线滑台机构移动,安装架(16)的顶部为矩形框结构,安装架(16)的下部内部设置有用于放置水箱(25)的置物台(17),回转机构(15)放置在水箱(25)内,回转机构(15)包括底座(10)以及均安装在底座(10)上的传动箱体(12)和尾座(8),尾座(8)上安装有顶尖(7),传动箱体(12)的上部外侧壁上安装有步进电机(1),步进电机(1)的转轴伸入至传动箱体(12)内且其上安装有第一带轮(14),传动箱体(12)底部设置有用于安装传动轴(2)的轴承座(11),传动轴(2)的一端安装有第二带轮,第一带轮(14)和第二带轮上套装有同步带(13),传动轴(2)的另一端伸出传动箱体(12)外且其上安装有三爪卡盘(5),活柱(6)的一端安装在三爪卡盘(5)上,活柱(6)的另一端与顶尖(7)的尖端抵接,传动轴(2)与传动箱体(12)的连接位置处设置有油封(3)和法兰(4),水箱(25)内的水面(26)高度低于步进电机(1)底部的安装高度且高于活柱(6)顶部的高度,超声检测机构包括依次连接的水浸聚焦探头(24)、数字超声探伤仪和工控机,水浸聚焦探头(24)安装在三自由度直线滑台机构的底部且浸入水中;

步骤二、构建三维直角坐标系,以活柱(6)的中心为坐标原点、活柱(6)的长度中轴线为X轴、竖直垂线为Z轴、垂直于X轴和Z轴所在平面的直线为Y轴建立三维直角坐标系;

步骤三、构建活柱的稳态声场分布模型,过程如下:

步骤301、根据公式 确定声波从液体向固体中传播的

透射系数 其中, 为声束在界面处的入射角, 为声束在界面处的折射横波的折射角, 为水中纵波波速, 为活柱中纵波波速,ρ1为水的密度,ρ2为活柱的密度, 为声束在界面处的折射纵波的折射角;

步骤302、构建活柱的稳态声场分布模型

其中,(x,y,z)为活柱内点的空间三维坐标,Al为第一25组复值膨胀系数,l为复值膨胀系数编号且l=1,2,...,25,v0为水浸聚焦探头(24)表面的初始速度,w(z)为第一中间变量且det为行列式运算,z0为待定的水声距,[M1(0)]l为声束在界面处水层中的传输矩阵且 i为虚数单位,DR为瑞利距

离,Bl为第二25组复值膨胀系数,[M1(z0)]l为声束在z0处水层中的传输矩阵且[M2(0)]l为声束在界面处活柱介质中的传输矩阵且

为折射角,h11=1/

r1,r1为活柱(6)的曲面的主曲率, r2为活柱(6)的曲面的次曲率,[M2(z)]l为声束在活柱介质内的传输矩阵且 {}11表示取矩阵中第1行第1列的值,{}22表示取矩阵中第2行第2列的值;q(x,y,z)为第二中间变量且 k1为水中的波数,k2为活柱中的波数;

步骤四、确定水声距的最优值:利用活柱的稳态声场分布模型H(x,y,z)模拟不同水声距的声压力场,确定水声距的最优值,最优水声距的声聚焦区域覆盖活柱的半圆范围;

步骤五、设置扫描路径并对活柱进行超声扫描:将水浸聚焦探头(24)移动至活柱(6)的正上方,并使水浸聚焦探头(24)下降至最优水声距高度,根据活柱(6)的长度在工控机上设置三自由度直线滑台机构在x轴上的运行长度范围,并设置水浸聚焦探头(24)在x轴方向上往复运动,设置步进电机(1)的步长和速度,启动回转机构(15)和超声检测机构,实现活柱(6)在步进自转运动下的自动超声全面扫查,获取活柱(6)的超声B扫图像和C扫图像,进而实现活柱缺陷超声检测结果。

2.按照权利要求1所述的一种液压支架立柱活柱缺陷超声自动检测方法,其特征在于:所述底座(10)上设置有用于固定尾座(8)位置的固定把手(9)。

3.按照权利要求1所述的一种液压支架立柱活柱缺陷超声自动检测方法,其特征在于:所述三自由度直线滑台机构包括设置在矩形框结构顶部的X向滑轨(18)和Y向滑轨(20),Y向滑轨(20)通过X向滑块(19)与X向滑轨(18)连接,Y向滑轨(20)上设置有Y向滑块(21),Z向伸缩杆(23)的底部伸入至水面(26)之下,Z向伸缩杆(23)的上部通过抱箍(22)与Y向滑块(21)连接。

4.按照权利要求3所述的一种液压支架立柱活柱缺陷超声自动检测方法,其特征在于:所述X向滑轨(18)和Y向滑轨(20)均为直线滑台式滑轨,Z向伸缩杆(23)为电动伸缩杆。

5.按照权利要求3所述的一种液压支架立柱活柱缺陷超声自动检测方法,其特征在于:所述水浸聚焦探头(24)安装在Z向伸缩杆(23)的底部。

6.按照权利要求1所述的一种液压支架立柱活柱缺陷超声自动检测方法,其特征在于:所述工控机的输出端连接有显示器。