[發明專利]一種考慮工件裝夾誤差校正的超聲波自動檢測方法

有效

• 申請號: 201710358742.5
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN106990171B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: 倪培君;張榮繁;李雄兵;宋永鋒;史亦韋;黃遠添;付英東
• 申請（專利權）人: 中國兵器科學研究院寧波分院
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/265
• 代理公司: 43114 長沙市融智專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 歐陽迪奇<國際申請>=<國際公布>=<進

1.一種考慮工件裝夾誤差校正的超聲波自動檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立存在裝夾誤差時的工件轉動模型，以固定的超聲探頭對水下工件進行超聲波掃描，得到水聲距隨時間的變化規律，通過分析水聲距的變化情況，識別工件的實際裝夾誤差；

步驟2：建立世界坐標系、夾具坐標系和工件坐標系，并推導探頭、夾具及工件在對應坐標系下的運動軌跡，建立裝夾誤差修正的運動學模型；

步驟3：根據裝夾誤差修正的運動學模型，計算工件坐標系到世界坐標系的路徑變換矩陣，最后將工件在工件坐標系下的掃描目標路徑經過矩陣變換計算得到探頭在世界坐標系下的運動路徑；

所述的步驟1中，工件的實裝夾誤差通過以下步驟計算：

建立裝夾誤差時工件轉動模型，表達式為公式1：

其中，初始位置中心軸在XOY面的投影線與X軸夾角為α₀，r、表征偏心誤差的影響下圓筒底面圓心的偏移量和偏心初相角，工件中心軸與Z軸夾角即裝夾傾斜角為θ，在裝夾誤差的影響下，工件橫截面在XOY面的投影為橢圓，Ω表示為O_eP₀與橢圓長軸的夾角；

以超聲波探頭朝向工件上某一位置并固定，轉動固定工件的轉盤，得到工件該位置上環繞一圈A波信號，取A波信號的首時刻點為發射時刻點，表面一次回波的峰值所對應的時刻點n_FW為接收時刻點，則圓周上某一點的實際水聲距可通過下式計算：

其中，Δt表示始波至工件表面回波的渡越時間，c_w表示聲速，利用公式2得到工件上所掃描的圓周上各點各自對應水聲距l_w，繪制水聲距與時間曲線l_w-t，與公式1進行最小二乘法曲線擬合，即可得到初始位置時工件的裝夾誤差。

2.根據權利要求1所述的一種考慮工件裝夾誤差校正的超聲波自動檢測方法，其特征在于，步驟3中世界坐標系O₁的原點位于整個系統的中心固定不變，坐標系O₁原點位于轉盤卡爪中心位置，Z₁軸為垂直向上的方向，Y₁軸為探頭中心軸由Z軸指向探頭的方向；

夾具坐標系O₂的原點位于裝夾工具的中心，初始位置與坐標系O₁重合，若裝夾工具靜止，則坐標系O₂與坐標系O₁重合，若裝夾工具旋轉，則坐標系O₂隨著裝夾工具的旋轉或平移而運動；

工件坐標系O₃的原點位于工件的中心，與坐標系O₂的相對位置固定不變，偏心裝夾時與坐標系O₂的相對位置為(Δx，Δy，0)，Δx和Δy為工件中心與坐標系O₂的相對位置。

3.根據權利要求2所述的一種考慮工件裝夾誤差校正的超聲波自動檢測方法，其特征在于，所述的步驟3中，探頭在世界坐標系下的運動路徑和方向變化為：

其中，為工件正確裝夾時的掃描路徑；

為工件正確裝夾時的探頭的方向；

c(*)＝cos(*)，s(*)＝sin(*)，t為掃描時間，θ，ω為三爪卡盤旋轉角速度，(Δx，Δy，Δz)為工件中心與坐標系O₂的相對位置。