一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法及优化系统技术方案

本发明专利技术属于海上石油工程的无损检测领域，公开了一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法及优化系统，获取检测对象的三维建模和二维变截面数据，基于一定的检测工艺设计标准自动获取单一截面上最佳检测方法，获得优化的周向上自动扫查轨迹。本发明专利技术为实现高效、智能、自动化的管节点焊缝检测，提出了一种管节点焊缝相控阵自动检测轨迹的优化设计方法，能够兼顾扫查轨迹的实现难度和自动扫查的检测效果，具有实用性和可靠性。基于一定的检测工艺设计标准的最佳检测工艺的获取指在一定的范围内不断改变声束的入射点和相控阵的扇扫角度范围，并获得不同条件下焊缝的声束覆盖率，以声束的焊缝面积覆盖率为标准选取最佳的检测工艺。

【技术实现步骤摘要】
一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法及优化系统
本专利技术属于海上石油工程的无损检测领域，尤其涉及一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法及优化系统。
技术介绍
管节点焊缝是钢结构平台中常见的，也是重要的支撑部分，又因其多用于海洋平台中，复杂多变的应力环境(海流)以及较为恶劣的腐蚀环境对结构的稳定性和安全性都提出了比较高的要求，所以定期对其进行检测，评估其服役状态是很有必要的。目前，管节点焊缝的检测由经过专业技能培训的检测人员手动进行，但由于管节点焊缝结构的特殊性，即焊缝截面形状随着位置的改变而不断改变，检测时需要通过取形规获取焊缝外形，手动补图的方式获取检测点所对应的焊缝截面，耗费时间长，导致检测效率低，而由于环境的限制，此种获取截面方法无法在水下进行，导致无法进行管节点焊缝的在役水下检测。对于一些尺寸较小，或是主支管夹角较小的管节点焊缝结构，手动检测的条件下，可能在焊跟等狭窄位置存在不可到达区，影响检测的精度。选择相控阵探头对管节点焊缝进行自动检测，则可以较好的解决以上问题。但对于自动检测，其最大的重点和难点之一，便是对于扫查轨迹的设计，针对于此，本专利技术提出了一种管节点焊缝的相控阵自动扫查轨迹优化方法，其有益效果如下：将超声检测工艺设计与自动扫查轨迹设计相结合，使用先设计工艺，再将工艺转化成扫查轨迹的设计思想，进行了多次优化，实现了工艺和轨迹的设计难度控制，效率管理，同时能够保障自动扫查的检测效果，优化步骤如下：使用计算机进行截面的自动获取代替手动绘制，省去了大量绘制管节点焊缝截面的时间，大幅提高了检测工艺设计的效率。检测工艺设计中，运用超声仿真技术，对每个截面不同检测位置的面积覆盖率和有效覆盖率都进行了模拟和计算，同时运用随机数改变检测参数，进行大量横向比较以获取最优解，提高了检测工艺设计的可靠性，保障了以该工艺进行检测的检测效果。针对于曲面工件和探头的耦合性进行了考虑和优化，减少了由于结构影响所导致的检测误差，进一步的提高了扫查轨迹的可靠性。结合自动扫查的特性，在进行工艺到轨迹的转化时，选择采用一点一面，有点到线的方法，即每个截面对应一个最佳检测点，最佳检测点相连得到整体扫查轨迹的方法。获取最佳检测点时也充分考虑了扫查机构的结构特点，通过三个方向的参数对扫查时探头的位置进行了准确描述，降低了轨迹的实现难度，提高了可行性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法及优化系统。具体涉及一种TKY管的相控阵自动检测轨迹优化方法。本专利技术是这样实现的，一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，包括：获取检测对象的三维建模和二维变截面数据，自动获取基于声束覆盖率的单一截面最佳检测方法，获得优化的周向上自动扫查轨迹。进一步，所述二维变截面数据为在周向不同位置上管三维模型与焊缝法平面相交所获得的截面数据。进一步，所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法包括以下步骤：步骤一，建立管节点焊缝的三维模型，并获取在不同位置上与焊缝相垂直的截面数据；步骤二，利用声束仿真的方法，对每个截面不同检测位置上，声束对焊缝的整体面积覆盖率以及基于声场可到达区域的有效覆盖率进行获取，利用随机数对扇扫起始角度，终止角度进行改变，获得各个检测位置上的最大综合覆盖率，相互比较得到各个截面对应的最佳检测位置。步骤三，将检测位置转化为扫查点，再由扫查点相连得到周向扫查轨迹。进一步，步骤一中，所述管节点焊缝的三维模型构建方法包括：以管节点主管中心轴线为x轴，以主、支管轴线所在平面为xOz面建立空间直角坐标系，根据两管相贯所得相贯线以及空间圆柱体的参数方程，建立两管相贯的三维模型。进一步，步骤一中，所述不同位置上与焊缝相垂直的截面数据获取方法包括：通过相贯线的参数方程，获得与相贯线相垂直平面的法向量以及方程表示方法，获得平面与管三维模型相交所得的截面。进一步，步骤二中，所述根据综合覆盖率获取最佳的检测方法包括：根据检测对象的尺寸，在每个焊缝截面上划分扫查范围，并以固定的间隔分为n个检测点，对各个检测点依次进行声束的仿真模拟。选择检测点后，对扇扫角度的范围进行随机选取，起始角度为d1,终止角度为d2,在满足d2>d1,0<d2<90,0<d1<90的条件下随机选择数组(d1,d2),最小位数为个位。并获取其对应的焊缝面积覆盖率和有效覆盖率，获取该位置下能够获得的面积覆盖率和有效覆盖率综合最大值。再对不同检测位置下所获得的最大值进行比较获得最佳的检测位置及其对应的扇扫角度范围。选择最佳检测点后，需要进行探头和工件表面的耦合判断。即对探头底面与支管表面的距离进行大小判定，如果最大距离D>0.5mm，则该检测位置不符合探头的耦合要求，并选取该截面上检测位置的次优解并再次进行判断，直到得到满足耦合要求的检测位置。进一步，步骤三中，将检测位置转化为扫查点，由扫查点相连得到周向扫查轨迹包括：所述检测位置为第二步工艺设计获得的能够实现综合最佳覆盖率的二维截面下检测位置；所述扫查点为在三维空间中与检测位置对应的探头位置；所述探头的周向扫查轨迹由不同截面所对应的最佳扫查点组成；具体包括：进行二维截面上探头与焊缝的相对位置到三维空间中探头与管相对位置的转换，通过计算得到单个截面上实现声束最佳覆盖时探头的扫查位置参数，并将焊缝截面与扫查位置参数一一对应，再以焊缝根部为起始点，顺时针方向组合成周向扫查轨迹。进一步，步骤三中，所述转化后的周向扫查轨迹包括：对于任一位置截面，所述转化后的扫查位置参数包括：在支管轴线方向上，探头前沿到焊缝的距离；以焊缝根部为参考点，探头在周向上所处相位角；探头与焊缝所检测位置垂直时，探头中心轴线与支管轴线所夹的偏转角。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：本专利技术为实现高效、智能、自动化的管节点焊缝检测，提供了一种自动扫查轨迹的优化设计方法。本专利技术使用了先设计超声检测工艺，由工艺到轨迹的设计思路，首先对工艺设计的方法进行了优化。在工艺设计中运用了计算机建模和工艺仿真软件，提升了工艺设计的效率和效果。使用了基于声束覆盖焊缝整体面积的面积覆盖率以及基于声场仿真计算声场可到达区域占整体面积百分比的有效覆盖率两个参数对检测效果进行评估，同时对于不同检测位置之间相互进行比较，同一检测位置通过随机数对扇扫角度的起始值和终止值进行穷举，提高了工艺设计的可靠程度。而从检测位置到扫查位置，从二维到三维的转化则降低了后续实现扫查轨迹的难度，并将探头的位置参数通过三轴进行准确的表示，从点到线的轨迹设计方法也充分考虑到了扫查机构的工作原理和管节点焊缝的结构特点，降低了扫查轨迹的实现难度，提升了扫查轨迹的实用性。对比的技术效果或者实验效果。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，其特征在于，所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法包括：/n获取检测对象的三维建模和二维变截面数据，基于一定的检测工艺设计标准自动获取单一截面上最佳检测方法；/n获得优化的周向上自动扫查轨迹。/n

【技术特征摘要】
1.一种管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，其特征在于，所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法包括：
获取检测对象的三维建模和二维变截面数据，基于一定的检测工艺设计标准自动获取单一截面上最佳检测方法；
获得优化的周向上自动扫查轨迹。


2.如权利如权利要求1所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，其特征在于，所述所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法具体包括：
建立管节点焊缝的三维模型，并获取在不同位置上与焊缝相垂直的截面数据；
通过对于包括扇扫角度范围，声束入射点在内检测工艺参数的随机选取，获得不同工艺参数下声束对于焊缝面积的整体覆盖率和基于声场模拟得到的声束有效覆盖率，并以此为根据选择单一截面上的最佳检测位置；
对于选择出的最优解，进行探头和曲面工件的耦合判断，如果探头底面与工件表面的最大距离超过0.5mm，则舍弃此解选择次优解并再次判断，直到符合探头与曲面工件的耦合需求；
将各个截面上的最佳检测位置转化为三维空间下的最佳扫查位置，各个截面对应的最佳扫查点连接得到周向上的支管扫查轨迹。


3.如权利要求2所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，其特征在于，所述管节点焊缝的三维模型构建方法包括：
以管节点主管中心轴线为x轴，以主、支管轴线所在平面为xOz面建立空间直角坐标系，根据两管相贯所得相贯线以及空间圆柱体的参数方程，建立两管相贯的三维模型。


4.如权利要求2所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，其特征在于，所述不同位置上与焊缝相垂直的截面数据获取方法包括：
通过相贯线的参数方程，获得与相贯线相垂直平面的法向量以及方程表示方法，获得平面与管三维模型相交所得的截面。


5.如权利要求2所述管节点焊缝的相控阵自动检测轨迹优化方法，其特征在于，所述获取最佳的检测方法包括：
根据检测对象的尺寸参数，选择单一截面上探头的扫查范围，并将其均匀分为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓红，曹健铖，张俊，徐万里，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42