[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

本發明公開了一種考慮工件裝夾誤差校正的超聲波自動檢測方法，能夠針對工件存在裝夾誤差的情況下，通過工業機器人攜帶超聲波探頭進行C掃描檢測路徑的修正來實現裝夾誤差的補償。具體過程為：通過工件轉動過程中水聲距隨時間的變化規律，識別出工件的實際裝夾誤差，然后計算出工件坐標系到世界坐標系的路徑變換矩陣，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，即可得到校正后的探頭運動路徑。

技術領域

本發明涉及一種考慮工件裝夾誤差校正的超聲波自動檢測方法。

背景技術

超聲檢測是無損檢測領域的一個重要分支，而數字化、自動化、智能化的機器人超聲檢測技術可以有效解決很多人工檢測帶來的問題，國際上已經開始廣泛采用機器人開展檢測工作。

在對回轉體工件進行超聲掃描檢測時，通常將工件裝夾后由轉臺帶動其旋轉，并利用機械平臺攜帶超聲波探頭沿工件母線運動，從而完成對工件的螺旋式掃查。檢測過程中，需要探頭時刻對準工件法線方向以保證聲束垂直入射。由于三爪卡盤具有裝夾方便自動定心等優點，通常采用三爪卡盤來裝夾回轉體工件。而在實際檢測過程中，往往由于檢測人員的不當操作導致夾持過緊，使得工件傾斜。另外由于檢測過程中轉臺長期處于水浸環境，造成三爪卡盤生銹，也會導致工件裝夾傾斜的問題。此時，掃描過程中由于工件的畸形轉動，會嚴重影響超聲信號質量，造成C掃描成像錯位，甚至漏檢誤檢的問題。

專利文獻CN201120298053.8公開了一種通過轉盤/三爪卡盤夾持被測件,五軸機械手夾持超聲探頭的檢測裝置。但該機構增加了機械手運動過程中超聲探頭收發信號的不穩定性,降低了檢測的靈敏度且難以實現工件裝夾誤差的補償。

發明內容

針對回轉體工件超聲自動檢測現有技術存在的不足，本發明的目的旨在提供一種能夠實現對回轉體工件高精度、高效率、全覆蓋式的超聲自動檢測系統，且能從探頭運動路徑上補償裝夾傾斜誤差帶來的影響。

為解決工件出現裝夾誤差而導致檢測精度下降的技術問題，本發明的技術方案提供一種考慮工件裝夾誤差的超聲C掃描路徑校正方法，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。

所述的一種考慮工件裝夾誤差的超聲C掃描路徑校正方法，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，則該圓周上某一點的實際水聲距可通過下式計算：