[發(fā)明專利]超聲檢測換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110112257.2
• 申請日: 2011-05-03
• 公開（公告）號: CN102253125A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐春廣;肖定國;孔濤;周世圓;郝娟;趙新玉;潘勤學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G01N29/265
• 分類號: G01N29/265
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提供的是一種在噴水式超聲掃查檢測過程中換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整裝置。在掃查檢測過程中控制換能器位姿，保證換能器的軸線與構(gòu)件形廓的法線方向一致，在檢測時獲得較強的回波信號和較高檢測精度。?

二、技術(shù)背景

圓弧曲面在機械加工和制造中較為常見，如高壓罐殼體為曲面體，這些曲面位置加工過程中易產(chǎn)生缺陷和應(yīng)力集中現(xiàn)象，對這類缺陷的檢測至關(guān)重要。噴水式超聲掃查檢測可以對此類缺陷進行檢測成像，為提高檢測靈敏度，排除曲面對入射聲束偏轉(zhuǎn)角度的影響，最好使聲束入射方向與被測點處的表面法線重合。由于曲面工件的表面法線方向隨位置變化而變化，因此，需要在檢測時實時對超聲換能器聲束進行調(diào)整，也就是需要換能器的位置姿態(tài)對曲面曲率變化進行實時形廓跟蹤。?

三、發(fā)明內(nèi)容

在普通超聲掃查機構(gòu)的終端加裝一個兩個旋轉(zhuǎn)軸的數(shù)控跟隨裝置，將超聲換能器固定在該裝置上。通過兩個步進電機帶動換能器實現(xiàn)兩個垂直方向上擺動。由于運動部件的轉(zhuǎn)動慣量較小，可以由步進電機直接驅(qū)動，轉(zhuǎn)角位置可由精密光學(xué)編碼器讀取。?

在掃查過程中，當超聲換能器到達某一表面位置時，該裝置根據(jù)計算機中存儲的被測工件表面廓型信息(即構(gòu)件表面位置的曲率信息)，并將此位置的位姿信息通過運動控制系統(tǒng)反饋給數(shù)控調(diào)整裝置，計算機據(jù)此控制超聲換能器的位姿實現(xiàn)對構(gòu)件跟蹤檢測，能夠保證換能器的軸線與構(gòu)件形廓的法線方向一致，這種調(diào)整裝置速度較快且價格低廉。?

四、附圖說明

圖1是超聲換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整裝置；?

圖2是掃查中超聲換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整過程；?

圖3是掃查中被測工件表面廓型信息與換能器位姿調(diào)整關(guān)系；?

圖4是超聲換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整裝置控制系統(tǒng)原理；?

五、具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細的描述：?

結(jié)合圖1，所示為本發(fā)明中的超聲換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整裝置機械結(jié)構(gòu)，包括A軸驅(qū)動電機1，B軸旋轉(zhuǎn)支架2，噴水式超聲換能器3，滑動導(dǎo)桿4，B軸驅(qū)動電機5，B軸電機固定座6和A軸旋轉(zhuǎn)支架7組成。A軸電機1和B軸電機5分別安裝在A軸旋轉(zhuǎn)支架7和B軸旋轉(zhuǎn)支架2上，A軸旋轉(zhuǎn)支架7與B軸旋轉(zhuǎn)支架2相連，B軸旋轉(zhuǎn)支架2安裝在導(dǎo)桿4的末端，可以隨導(dǎo)桿4上下運動，導(dǎo)桿4固定在掃查系統(tǒng)的終端移動平臺上。為了保證系統(tǒng)的防水性能，帶噴嘴的超聲換能器反射端面置于A、B軸電機的下方，被測工件表面的上方，且各電路?接口之間通過密封并屏蔽的導(dǎo)線連接，保證信號的可靠傳輸。。?

結(jié)合圖2，掃查時在超聲換能器位置姿態(tài)自動調(diào)整過程中，需要保證換能器的軸線與被測構(gòu)件形廓的法線方向一致。被測工件表面上各測量點的位置可用二維坐標值定量表示，橫坐標x(i)表示第i個測量點在橫軸方向上相對測量起點的距離，第i個測量點的縱坐標y(i)＝dsin(θ_i)，其中θ_i為換能器軸線方向的變量值，d為水聲距。。?

結(jié)合圖3，如果已有被測工件的CAD模型，可以在檢測中通過工控機控制程序直接讀取被測工件的CAD文件，根據(jù)工件的CAD模型自動生成掃查工序(掃查工序也可人工調(diào)整)，據(jù)此控制換能器位姿調(diào)整過程；如果沒有被測工件的CAD模型，需要通過測量輪廓關(guān)鍵點獲取重建的輪廓模型。采用與手寫板相同的原理，利用示教程序，獲取工件形廓上的一些關(guān)鍵點，重建輪廓模型進行掃描路徑規(guī)劃。測量點的選取與形廓線的曲率變化關(guān)系很大，曲率變化較小時可以選較大的測量間距，曲率變化較大時要縮小測量點間距。在超聲自動測量中，水聲距選取過小時，容易造成超聲換能器、夾具和待測工件之間的碰撞。為保證測量過程的安全，一般讓超聲換能器在工件上方的安全區(qū)域運動，依靠水聲距求取被測點的位置信息。?

結(jié)合圖4，調(diào)整裝置的運動控制系統(tǒng)采用“PC+運動控制卡+驅(qū)動單元”的上下位機雙CPU的主從型多軸運動控制方案。這種方式開發(fā)難度小、方便實用、成本較低。自動調(diào)整裝置控制系統(tǒng)由運動控制卡、電機驅(qū)動器、步進電機以及位置編碼器組成。首先由工控機讀取工件表面廓型信息，生成掃查工序，將運動命令通過PCI總線傳給運動控制卡，然后運動控制卡通過驅(qū)動器驅(qū)動各方向的步進電機運動，位置編碼器將實際運動位置反饋給運動控制卡，再由運動控制卡來判斷是否要進行位置補償，以保證系統(tǒng)具有足夠的位置控制精度和足夠快的響應(yīng)速度。?