机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法及系统，该方法基于超声测距原理，获取编程轨迹中被测件在设定装卡位姿下的点云数据，生成模型点云集；装卡被测件后，通过超声波测量被测件在装卡位姿下的点云数据，生成测量点云集；将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差；即得到实际装卡位姿与设定装卡位姿之间的偏差，进而修正偏差，可以解决由于实际装卡位姿偏差而影响最终检测效果的问题，使扫查轨迹符合实际检测要求，保证好的检测效果。

Correction method and system for loading deviation of tested parts in ultrasonic nondestructive testing of manipulator

The invention relates to a correction method and system of the offset of a piece in the ultrasonic nondestructive testing of a mechanical hand. Based on the principle of ultrasonic distance measurement, this method obtains the point cloud data in the set position of the measured piece in the programming trajectory and generates a model point cloud. After loading the measured piece, the measured piece is installed in the position of the card position through the ultrasonic measurement. The point cloud data is generated, and the measurement point cloud is generated. The model points cloud collection and the measured point cloud set are matched to obtain the deviation between the position of the fitted card position of the measured piece and the set position of the programming trajectory, that is, the deviation between the actual loading position and the set position of the set position is obtained, and the deviation can be corrected. To solve the problem of affecting the final detection result due to the actual position deviation of the clamping position, the scanning track accords with the actual detection requirements and ensures a good detection effect.

【技术实现步骤摘要】
机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法及系统
本专利技术涉及超声无损检测和工业机器人应用领域，特别涉及一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法。
技术介绍
超声无损检测是一种利用超声传播原理检测材料内部缺陷的方法，主要用于新产品质量检测以及在役产品寿命评估。脉冲反射法是超声无损检测中应用较早的一种检测方法，该方法根据超声反射波的时域波形判断材料内部缺陷。将工业机器人应用于超声无损检测系统作为扫查运动装置可以解决人工成本高、效率低、工作单调等问题，特别适合制造领域内对航空发动机叶片、汽车轮毂等复杂构件的自动化无损检测。根据超声传播原理，超声扫查成像检测必须满足两项要求：(1)超声探头前端始终与被测件表面保持等距；(2)超声探头发射的声束始终沿被测件表面法向入射。采用机械手实现自动化扫查，对复杂构件进行扫查成像检测时，机械手的运动轨迹是根据预先设定的被测件装卡位姿，并考虑上述超声探头与被测件表面间的两项约束要求，然后基于被测件几何模型计算出来的，这一过程称为扫查轨迹规划，生成的扫查轨迹称为编程轨迹。若被测件的实际装卡位姿与轨迹规划时预先设定的装卡位姿一致，则能保证正确的约束关系，获得好的检测效果；相反，若实际装卡位姿与预先设定的装卡位姿之间存在偏差，则无法保证正确的约束关系，难以获得好的检测效果。航空发动机叶片等面型复杂的构件由于缺少装卡定位结构，实际装卡位姿难以与轨迹规划时的设定装卡位姿保持一致，需要进行偏差修正。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术利用超声测距原理对装卡偏差做修正，可以解决由于实际装卡位姿偏差而影响最终检测效果的问题，提出了一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法及系统。第一方面，本专利技术实施例提供一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法，包括：获取编程轨迹中被测件在设定装卡位姿下的点云数据，生成模型点云集；装卡被测件后，通过超声波测量被测件在装卡位姿下的点云数据，生成测量点云集；将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差；修正所述被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差。在一个实施例中，将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差，包括：分别计算所述模型点云集和所述测量点云集中每个点在其邻域内的法向量；在所述测量点云集中随机选择m个非边界点，计算所述m个非边界点的邻近法向量角特征描述子；计算所述模型点云集中所有非边界点的邻近法向量特征描述子；将所述测量点云集中随机选择的每个非边界点，在所述模型点云集中匹配与之邻近法向量特征描述子相等或接近的点，确定m个邻近法向量特征描述子相等或接近的点对；根据所述相等或接近的点对，计算获得所述模型点云集与所述测量点云集之间的偏差。在一个实施例中，所述每个点在其邻域内的法向量，通过以下步骤获得：设点集S，任一点si属于S；点si在其邻域内的法向量由其邻近的k个点估计；搜索si周围邻近的k个点，记为称为k邻近点；利用点si及其k邻近点构建协方差矩阵：其中，是k邻近点的几何中心；求矩阵E3×3的特征值和特征向量：E3×3·vl＝λl·vl,l∈{1,2,3}(2)其中，λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)是所构建矩阵的特征值；v1,v2,v3是相应的特征向量；最小特征值λ1对应的特征向量v1是点si在其邻域内的法向量，记为nsi。在一个实施例中，所述非边界点的识别判别式为：其中，设点集S，任一点si属于S；点si与其邻近的一个点构成向量点si与其邻近的k个点构成和向量临界值Δi是判断点si与其周围k个点偏离程度的阈值。在一个实施例中，所述邻近法向量角特征描述子的计算，包括：确定法向量角，计算公式为：其中，设点集S，任一点si属于S；si点的法向量为nsi；是si的一个邻近点，该点的法向量为nsi与之间的夹角为法向量nsi和其周围的n个法向量组成邻近法向量角特征描述子在一个实施例中，根据所述相等或接近的点对，计算获得所述模型点云集与所述测量点云集之间的偏差，包括：设所述模型点云集为点集S，所述测量点云集为点集G，计算点集S和G的几何中心：利用m个邻近法向量特征描述子相等或接近的点对构建协方差矩阵：对M3×3进行奇异值分解M3×3＝UΛVT；Λ是由M3×3的特征值构成的对角阵；由此可得旋转矩阵R和平移矩阵T：R＝UVTT＝Cg-RCs(7)其中，R反映所述模型点云集和测量点云集之间的角度偏差，转化为欧拉角ΔRX,ΔRY,ΔRZ；T反映位置偏差ΔX,ΔY,ΔZ。在一个实施例中，修正所述被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差，包括：根据计算得到的所述被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差值，通过调整机械手的夹具或修正规划的编程轨迹中被测件装卡位姿设定值，重新生成编程轨迹。第二方面，本专利技术实施例还提供一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正系统，使用任一上述实施例提供的一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法。本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本专利技术实施例提供的机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法，基于超声测距原理，获取编程轨迹中被测件在设定装卡位姿下的点云数据，生成模型点云集；装卡被测件后，通过超声波测量被测件在装卡位姿下的点云数据，生成测量点云集；将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差；即得到实际装卡位姿与设定装卡位姿之间的偏差，进而修正偏差，可以解决由于实际装卡位姿偏差而影响最终检测效果的问题，使扫查轨迹符合实际检测要求，保证好的检测效果。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例提供的机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正过程示意图；图3为本专利技术实施例提供的步骤S3的流程图；图4A为本专利技术实施例提供的边界点示意图；图4B为本专利技术实施例提供的又一边界点示意图；图4C为本专利技术实施例提供的非边界点示意图；图5为本专利技术实施例提供的si点的法向量为nsi的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术实施例提供的一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法，参照图1所示，包括：S1、获取编程轨迹中被测件在设定装卡位姿下的点云数据，生成模型点云集；S2、装卡被测件后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法，其特征在于，包括：获取编程轨迹中被测件在设定装卡位姿下的点云数据，生成模型点云集；装卡被测件后，通过超声波测量被测件在装卡位姿下的点云数据，生成测量点云集；将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差；修正所述被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差。

【技术特征摘要】
1.一种机械手超声无损检测中被测件装卡偏差的修正方法，其特征在于，包括：获取编程轨迹中被测件在设定装卡位姿下的点云数据，生成模型点云集；装卡被测件后，通过超声波测量被测件在装卡位姿下的点云数据，生成测量点云集；将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差；修正所述被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差。2.如权利要求1所述的修正方法，其特征在于，将所述模型点云集与所述测量点云集，进行匹配计算，获得被测件装卡位姿与所述编程轨迹中设定装卡位姿之间的偏差，包括：分别计算所述模型点云集和所述测量点云集中每个点在其邻域内的法向量；在所述测量点云集中随机选择m个非边界点，计算所述m个非边界点的邻近法向量角特征描述子；计算所述模型点云集中所有非边界点的邻近法向量特征描述子；将所述测量点云集中随机选择的每个非边界点，在所述模型点云集中匹配与之邻近法向量特征描述子相等或接近的点，确定m个邻近法向量特征描述子相等或接近的点对；根据所述相等或接近的点对，计算获得所述模型点云集与所述测量点云集之间的偏差。3.如权利要求2所述的修正方法，其特征在于，所述每个点在其邻域内的法向量，通过以下步骤获得：设点集S，任一点si属于S；点si在其邻域内的法向量由其邻近的k个点估计；搜索si周围邻近的k个点，记为称为k邻近点；利用点si及其k邻近点构建协方差矩阵：其中，是k邻近点的几何中心；求矩阵E3×3的特征值和特征向量：E3×3·vl＝λl·vl,l∈{1,2,3}(2)其中，λ1,λ2,λ3(λ1<λ2<λ3)是所构建矩阵的特征值；v1,v2,v3是相应的特征向量；最小特征值λ1对应的特征向量v1是点si在其邻域内的法向量，记为nsi。4.如权利要求2所述的修正方法，其特征在于，所述非边界点的识别判别式为：其中，设点集S，任一点si属于S；点si与其邻近的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翰明，肖定国，徐春广，郝娟，马朋志，郭灿志，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11