[發明專利]基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法

有效

• 申請號: 202011248725.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112363456B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張楊;朱江;郭鵬;朱利民;秦玉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;G05B19/401;G01B17/06
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李佳俊;郭國中

本發明提供了一種基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法，包括：步驟1：將測量區域邊界離散為一系列坐標點；步驟2：初始化掃描方向和進給方向，初始化運動方向及換向標識符；步驟3：將測量頭定位到初始測量點，并調整測量頭的位置和姿態；步驟4：對測量頭的姿態進行在線調整，采集表面坐標點并預測下一采樣點；步驟5：判斷預測的下一采樣點是否位于邊界外；步驟6：將下一采樣點發送給測量控制系統，并返回步驟4繼續執行；步驟7：當新的采樣平面與被測區域沒有交點時，完成跟蹤測量。本發明通過算法與硬件結合，可以在無需知道曲面具體模型信息和無需提前生成測量路徑的情況下，實現模型未知曲面的輪廓自動跟蹤測量。

技術領域

本發明涉及涉及曲面測量技術領域，具體地，涉及一種基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法。

背景技術

在現代制造工業中，尤其是航空航天領域，大型薄壁件的應用越來越廣泛。在加工此類零件的過程中，應嚴格控制零件的剩余壁厚，以平衡零件強度和剩余重量。但是，由于大型薄壁件的剛性較差，在加工之前的裝夾過程中往往存在較大的裝夾變形。如果直接使用根據理想CAD模型規劃的名義刀具路徑進行加工，容易導致過切或者欠切現象。為了解決這一問題，有必要對變形未知工件表面進行掃描重建，然后調整標稱刀具軌跡。在表面測量方面有很多研究工作?，F有的測量方法可分為接觸測量和非接觸測量兩大類。接觸式測量主要通過觸發探頭或掃描探頭進行，但測量效率較低。另外，接觸式測量的高成本也限制了其在大型工件測量中的應用。非接觸式激光掃描測量可以實現快速測量，但激光測量可能存在的缺點包括生成的密集點會給加重CAD/CAM軟件的負擔，并且對于反射材料(例如金屬薄壁結構)而言，激光測量效果不佳?；诿}沖-回波法的超聲測量同樣可以實現距離測量的功能，且其在水中的距離分辨率可以達到0.005mm。因此，開發基于超聲測量的模型未知曲面輪廓自動跟蹤算法具有重要的意義。

專利文獻CN106999153A(申請號：CN201580065620.6)公開了一種配準設備，包括附接件(106)，其被配置為與成像探頭(102)相符合并且附接到所述成像探頭(102)，成像探頭(102)尤其是內部或外部超聲探頭，諸如TEE探頭。在所述附接件中或者在所述附接件上形成的通路(105)被配置為接收光學形狀感測設備(OSS光纖)，使得所述光學形狀感測設備能夠自由浮置(不固定末端)，以允許在所述通路內的縱向扭轉。所述通路包括用于對所述OSS設備進行成形的獨特的幾何結構，使得所述獨特的幾何結構提供在使用所述成像探頭所收集的圖像內的模板樣式(107)，以允許在成像坐標與OSS坐標之間的配準。配準模塊(130)被配置為將存儲的形狀模板(121)與包括所述模板樣式的圖像(134)進行比較，以允許所述配準(獨有的變換)。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法。

根據本發明提供的基于超聲測量的表面輪廓自動跟蹤方法，包括：

步驟1：將測量區域邊界離散為一系列坐標點，并將邊界點坐標按逆時針順序輸入測量控制系統；

步驟2：初始化掃描方向和進給方向，初始化測量控制系統的運動方向及換向標識符；

步驟3：將測量頭定位到初始測量點，并調整測量頭的位置和姿態；

步驟4：對測量頭的姿態進行在線調整，采集表面坐標點并預測下一采樣點；

步驟5：判斷預測的下一采樣點是否位于邊界外，并判斷測量是否結束以及測量過程是否需要換向，若測量結束，則執行步驟7；若測量未結束，且預測的下一采樣點位于邊界外或測量過程需要換向，則重新計算下一采樣點的坐標，使其位于測量邊界上；

步驟6：將下一采樣點發送給測量控制系統，并控制測量裝置移動至下一采樣點，執行步驟4；

步驟7：當新的采樣平面與被測區域沒有交點時，完成跟蹤測量，停止作業。