基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的装置及方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115980192A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211489871.5(22)申请日2022.11.25(71)申请人合肥工业大学地址230000安徽省合肥市包河区屯溪路193号(72)发明人柯庆镝钱智敏罗俊友黄海鸿(74)专利代理机构合肥中悟知识产权代理事务所(普通合伙)34191专利代理师张婉(51)Int.Cl.G01N29/07(2006.01)G01N29/44(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的装置及方法(57)摘要本发明公开了一种基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的装置，包括机架，机架上设有控制模块，所述机架的内侧设有十字移动机构，十字移动机构即可实现X方向和Y方向移动。本申请还公开了一种基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的方法。本申请可以在不规则风机叶片的表面通过控制伸缩气缸一的伸长缩短和可控真空吸盘的吸附能力实现移动或固定；通过控制方向调节机构中伸缩气缸三的伸长和缩短以及十字移动机构的移动可以调节超声发射探头以及超声接收探头的朝向，实现两探头快速与待测表面贴合，基于超声临界折射纵波的特性，通过得到接收信号的声时变化量来间接得到应力集中的位置，再根据应力与声时的对应关系得到应力大小。CN115980192ACN115980192A权利要求书1/2页1.一种基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的装置，包括机架，机架上设有控制模块，其特征在于：所述机架的内侧设有十字移动机构，十字移动机构上安装有两个激光测距装置，机架的两侧均安装有两个水平设置的伸缩气缸一，伸缩气缸一另一端的底部通过支杆连接有可控真空吸盘；所述激光测距装置包括与十字移动机构连接的安装块，安装块底面的四角均安装有激光传感器，安装块底面的中心固定有伸缩气缸二，伸缩气缸二的底端固定方向调节机构；所述方向调节机构包括与所述伸缩气缸二底端连接的顶板，顶板底面的四角固定有伸缩气缸三，四个伸缩气缸三的底端通过万向球结构连接有底盘，底盘的中心开设有安装孔，其中一个底盘的安装孔内安装有超声发射探头，另一底盘的安装孔内安装有超声接收探头。2.一种基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将机架放置在待测风机叶片上，使四个可控真空吸盘吸附于风机叶片表面，通过四个伸缩气缸一和四个可控真空吸盘的配合移动机架；S2:通过激光测距装置确定待检位置，得到激光传感器排列成正方形且相互之间距离为L，定义每个传感器到待检位置的距离为hij，得到待测表面的形状矩阵根据待测表面的形状矩阵拟合出待测平面的形状矩阵即得到待测平面与X轴和Y轴的夹角θx和θy,其中:S3:根据步骤二得到的待测位置的状态信息，相应调节所述方向调节机构，同时伸缩气缸三向下伸长使超声发射探头以及超声接收探头与待检平面贴合；S4：超声发射探头发射信号，通过超声接收探头接收到的信号，控制模块控制十字移动机构移动使超声接收探头沿着超声发射探头的正方向移动，得到探头之间的距离S，在检测过程中，超声接收探头每次移动距离ΔS，则S＝nΔS其中S为双探头之间的距离，n为移动次数；若声时变化量Δt恒为定值，则双探头之间不存在应力集中区域；Δti＝ti+Δt若第i次移动超声接收探头后声时变化量Δti发生改变，则双探头之间存在应力集中区域，可确定应力集中区域距离超声发射探头的距离为Si，则Si＝iΔS应力与声时变化量的对应关系：σ＝Kti根据对应关系得出应力的大小，其中K定义为声弹性常数，其数值由材料本身性质确定。2CN115980192A权利要求书2/2页3.根据权利要求2所述的基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的方法，其特征在于，S1中对机架移动的步骤包括：设定可控真空吸盘吸力强度由弱到强分为一至四级强度，控制模块控制机架一侧的两个可控真空吸盘吸力强度为一或二级，此时吸力较弱，控制四个伸缩气缸一同步伸长，使得整个装置向前移动指定距离；然后控制两个吸力较弱的可控真空吸盘吸力为三或四级使其固定，控制另外两个可控真空吸盘吸力为一或二级并控制四个伸缩气缸一同步收缩后，控制这两个可控真空吸盘吸力为三或四级使其固定。4.根据权利要求3所述的基于超声临界折射纵波检测风机叶片应力的方法，其特征在于，步骤三中具体调节方式如下：以方向调节机构的下表面中心为原点建立平面坐标系XOY,若要求平面绕X轴顺时针旋转θx角度，则控制相邻两个伸缩气缸三收缩长度，同时向Y轴正方向移动长度；控制杆另外两个伸缩气缸三伸长长度，同时向Y轴负方向移动长度；若要求平面绕Y轴顺时针旋转θy角度，则控制相邻两个伸缩气缸三伸长长度，同时向X轴负方向移动长度；控制另外两个伸缩气缸三收缩长度