(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211206250.1 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 长春工程学院 地址 130000 吉林省长 春市宽平大路395号 (72)发明人 段珍珍　贾坤宁　赵世喆　 (74)专利代理 机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 2 2100 专利代理师 王怡敏 (51)Int.Cl. G01N 29/275(2006.01) G01N 29/04(2006.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及 姿态调节装置 (57)摘要 本发明涉及一种激光焊缝检测用超声导波 探头随动耦合及姿态调节装置， 属于焊接过程控 制领域。 装置通过连接座的法兰安装固定在激光 焊接设备的运动机构上， 整体随激光焊接头同步 移动； 连接座通过压紧弹簧、 保持架、 翻转架、 滚 动芯轴、 柔性耦合轮将压紧力传递至工件表面， 保证柔性耦合轮与工件表面良好 贴合， 随着焊接 过程向前连续滚动； 柔性耦合轮始终与工件表面 贴合在一起， 为其内部的超声压电晶体与被测工 件提供超声耦合通路。 本发明通过柔性滚动耦 合、 自适应姿态调节等机械结构的设计， 实现了 激光焊接过程中超声探头与焊接装备的同步运 动以及与被测工件的连续耦合、 角度调节， 极大 提升超声波无损检测技 术的效率。 权利要求书1页 说明书4页 附图7页 CN 115420810 A 2022.12.02 CN 115420810 A 1.一种激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置， 其特征在于： 装置具 有垂直于工件表面的直线移动、 平行于工件表面并沿焊接方向的滚动、 平行于工件表面并 以沿焊接方向为轴线的翻转三个调节自由度， 同时满足超声探头与工件表面的垂向压紧、 滚动耦合及探头角度倾摆需求； 包括连接座 （1） 、 直线轴承 （2） 、 压紧弹簧 （3） 、 保持架 （4） 、 步 进电机 （5） 、 驱动齿轮 （6） 、 翻转架 （7） 、 滚动芯轴 （8） 、 紧固螺钉 （9） 、 柔性耦合轮 （10） 及超声 压电晶体 （11） ， 装置采用紧固螺钉 （9） 通过连接座 （1） 的法兰安装固定在激光焊接设备的运 动机构上， 装置整体随激光焊接头同步移动； 所述连接座 （1） 通过压紧弹簧 （3） 、 保持架 （4） 、 翻转架 （7） 、 滚动芯轴 （8） 、 柔性耦合轮 （10） 将压紧力传递至工件表面， 保证柔性耦合轮 （10） 与工件表面良好贴合， 随着焊接过程向前连续滚动； 柔性耦合轮 （10） 始终与工件表面贴合 在一起， 为其内部的超声压电晶体 （1 1） 与被测工件提供超声 耦合通路。 2.根据权利要求1所述的激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置， 其 特征在于： 所述的连接座 （1） 与保持架 （4） 之间通过直线轴承 （2） 实现垂向相对移动， 压紧弹 簧 （3） 套在保持架 （4） 上且位于连接座 （1） 与保持架 （4） 之间， 通过保持架 （4） 提供指向工件 表面的压紧力； 保持架 （4） 下端设置有旋转定位孔， 翻转架 （7） 与旋转定位孔同轴安装； 步进 电机 （5） 安装在保持架 （4） 上， 其轴端安装有驱动齿轮 （6） ； 驱动齿轮 （6） 与翻转架 （7） 上方的 外齿啮合， 驱动翻转架 （7） 沿轴线左右旋转； 滚动 芯轴 （8） 固定在翻转架 （7） 下方， 且轴线与 翻转架 （7） 轴线呈90度十字交叉布置； 超声压电晶体 （11） 镶嵌于滚动芯轴 （8） 中部， 超声发 射方向垂直于滚动芯轴 （8） 轴线并向下指向工件表面； 滚动芯轴 （8） 中部安装有柔性耦合轮 （10） ， 超声压电晶体 （11） 包裹在柔性耦合轮 （10） 内部； 在同步运动过程中， 柔性耦合轮 （10） 沿滚动芯轴 （8） 轴线转动， 其踏面始终与工件表 面贴合， 从而实现超声压电晶体 （11） 与被测 工件之间的声 波耦合。 3.一种利用权利要求1或2所述的激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节 装置， 其特征在于： 装置独立或成对使用， 独立使用进行自发自收式的超声导波检测； 成对 使用进行一发一收式的超声导波检测。 4.一种利用权利要求3所述的激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置 实现的激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节方法， 其特征在于： 在激光焊接 过程中， 装置通过连接座 （1） 与激光头保持同步运动， 柔性耦合轮 （10） 与工件表面良好贴 合， 并随着 焊接过程向前连续滚动； 步进电机 （5） 通过驱动齿轮 （6） 调节翻转架 （7） 相对于 保 持架 （4） 的翻转角度， 带动滚动芯轴 （8） 、 超声压电晶体 （11） 相对于工件表面产生固定角度 的倾斜； 上位控制主机设定好所需超声导波模态后， 向装置发送调节指令； 步进电机 （5） 驱 动翻转架 （7） 从负极限角度位置到正极限角度位置按照固定的步距角逐步转动， 在每个步 距角位置 收发一次超声导波， 当接 收到的导波信号与设定模态相同时自动停止角度调节， 并锁定此角度进行后续的焊缝检测。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115420810 A 2激光焊缝检测用超声导波 探头随动耦合及姿态调节装 置 技术领域 [0001]本发明涉及焊接过程控制领域， 特别涉及搭接激光焊缝在线超声检测与评估技术 领域， 尤指一种激光焊缝检测用超声导波探 头随动耦合及姿态调节装置 。 背景技术 [0002]近年来， 随着汽车、 轨道客车等制造领域对薄板焊接部件质量及生产效率要求的 不断提高， 激光焊工艺以其高效、 小变形等优势而得以广泛应用。 但是， 激光焊工艺对工件 的组对间隙、 装夹精度等条件要求较高， 否则极易造成未熔透、 成型不良等质量问题。 因此， 激光焊过程的在线监测， 尤其是熔透状态监测问题一直是焊接工作者关注的热点， 同时也 是汽车、 轨道客车等制造领域亟需解决的重点问题。 [0003]目前， 搭接激光焊缝的超声无损检测一般采用焊后检测的方式进行。 此方法虽然 可实现焊接质量的无损 检测与评价， 但在检测效率上仍然存在不足。 为进一步降低检验耗 时、 提升焊接生产效率， 焊接过程中的实时超声检测成为 解决这一需求的重要途径。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节 装置， 旨在解决焊接过程超声实时检测 技术中探头与工件的可靠性耦合问题。 本发明针对 现阶段薄板搭接激光焊接工艺的实际特点， 实现焊接过程中超声探头随激光头同步运动， 同时保证探头与工件表面的良好耦合， 并可以实现超声入射角度的自动调节功能， 以满足 不同模态超声导波的激励与接收， 从而实现激光焊接过程中焊缝 熔透状态的实时检测。 [0005]本发明的上述目的通过以下技 术方案实现： 激光焊缝检测用超声导波探头随动耦合及姿态调节装置， 该装置旨在实现激光焊 接过程中超声探头与被检工件的压紧、 同步运动及随动耦合、 超声入射角度的自动调节功 能。 装置具有垂 直于工件表面的直线移动、 平行于工件表面并沿焊接方向的滚动、 平行于工 件表面并以沿焊接方向为轴线的翻转3个调节自由度， 同时满足超声探头与工件表面的垂 向压紧、 滚动耦合及探头角度倾摆需求； 包括连接座1、 直线轴承2、 压紧弹簧3、 保持架4、 步 进电机5、 驱动齿轮6、 翻转架7、 滚动芯轴8、 紧固螺钉9、 柔性耦合轮10及超声压电晶体11， 装 置采用紧固螺钉9 通过连接座 1的法兰安装固定在激光焊接设备的运动机构上， 装置整体随 激光焊接头同步移动； 所述连接座1通过压紧弹簧3、 保持架4、 翻转架7、 滚动 芯轴8、 柔性耦 合轮10将压紧力传递至工件表面， 保证柔性耦合轮10与工件表面良好贴合， 可随着焊接过 程向前连续滚动； 柔性耦合轮10始终与工件表面贴合在一起， 为其内部的超声压电晶体11 与被测工件提供超声 耦合通路。 [0006]所述的连接座1与保持架4之间通过直线轴承2实现垂向相对移动， 压紧弹簧3套在 保持架4上且位于连接座1与保持架4之间， 通过保持架4提供指向工件表面的压紧力； 保持 架4下端设置有旋转定位孔， 翻转架7轴线与旋转定位孔轴线同轴安装； 步进电机5安装在保 持架4上， 其轴端安装有驱动齿轮6； 驱动齿轮6与翻转架7上方的外齿啮合， 可驱动翻转架7说　明　书 1/4 页 3 CN 115420810 A 3