曲面构件超声自适应检测方法技术

本发明专利技术提出一种利用超声波扫描这一动作进行数据获取和利用算法调整，无需增加外部硬件，且坐标系统一，降低了系统复杂度的曲面构件超声自适应检测方法，包括在超声采样平台上利用机械臂夹持超声探头对曲面工件进行超声检测，包括以下步骤：S1、获取曲面工件点云数据，进行点云姿态调整，对其进行扫查路径规划；S2、将调整后的点云数据导入机械臂的控制器，完成机械臂运动路径规划，保证扫查过程中，超声波声束方向与检测点的法向量方向一致；S3、超声C扫成像，所述超声C扫采用的是时间编码方式采集数据，利用时间、速度关系对成像坐标系进行等步长分割重建，将采样数据与等步长坐标点一一对应进行成像。点一一对应进行成像。点一一对应进行成像。

【技术实现步骤摘要】
曲面构件超声自适应检测方法


[0001]本专利技术涉及无损检测
，特别涉及曲面构件超声自适应检测方法。

技术介绍

[0002]曲面工件在汽车、船舶、航空航天等领域应用日趋广泛，工件内部的任何微小缺陷在高温、高压、高速的服役环境中都可能造成极大的安全隐患，因此投入使用前必须对其进行全面的检测。
[0003]超声波检测具有灵敏度高、成本低、对人体无害等优点，且可实现高精度、高效率、高可靠性的自动化检测，利用超声波对曲面工件进行检测时，工件法线方向随曲面变化，声束难以始终保持垂直入射状态，需要跟随曲面外形调整入射姿态，通过对运动路径上的控制点位进行姿态调整从而完成声束垂直姿态固定，但由于实际检测中很多工件是毛坯件，工件CAD模型无法得知，此时需要通过接触式或非接触式手段对工件进行点云模型建立，再进行点云姿态调整目前模型。
[0004]现有的未知工件数据的获取和调整方法虽然精度可观，但大多需要增加外部硬件设备，且外部设备坐标系与检测坐标系不同，系统复杂，容易引入定位误差。

技术实现思路

[0005]因此，针对上述的问题，本专利技术提出一种利用超声波本身进行数据获取和利用算法调整，无需增加外部硬件，且坐标系统一，降低了系统复杂度的曲面构件超声自适应检测方法。
[0006]为实现上述技术问题，本专利技术采取的解决方案为曲面构件超声自适应检测方法，包括利用机械臂夹持超声探头对曲面工件进行超声检测，包括以下步骤：S1、获取曲面工件点云数据，进行点云姿态调整，对其进行扫查路径规划；S2、将调整后的点云数据导入机械臂的控制器，完成机械臂运动路径规划，保证扫查过程中，超声波声束方向与检测点的法向量方向一致；S3、超声C扫成像；所述S1步骤中曲面工件点云数据的获取流程为：第一步、将曲面分解为若干条能够表征曲面特性的曲线；第二步、将每条曲线分割为若干检测点；第三步、手动选取部分检测点进行姿态调整，使被选取部分检测点符合检测要求；第四步、对被姿态调整后的检测点进行插值拟合；所述第四步流程中的插值拟合方法为，对于一条位于X
‑
Z平面的取点曲线S，点位y值不变，z值随x值变化，且S上的每个曲率变化点都有一个圆心C与之对应，曲率点P(x, z)分别与曲率圆心C、坐标原点O连接，得到两个直角三角形，γ为未知姿态V值，θ为曲率点纵坐标与横坐标比值的反正切值，随着曲线S的变化，θ、γ均会随之变化，且两者之间呈现一种同步对应关系，将插补拟合的思想引入姿态调整算法，利用分段三次Hermite插值函数对
两者间对应关系进行拟合，公式如下：两者间对应关系进行拟合，公式如下： =0,1,2,3
……
式中、是、处对应的函数值，、是、处对应的一阶导数值，、、、为函数中多次幂项的表达式，计算公式如下：下：下：下：。
[0007]进一步改进的是：所述第三步流程中对于手动选取检测点的姿态调整方法为，利用超声测距原理和幅值最大原理进行检测点姿态调整，当声波水声距和幅值都不变或在小范围内波动时，可认为在该点处声束法向入射。
[0008]进一步改进的是：所述S3步骤中的超声C扫采用的是时间编码方式采集数据，利用时间、速度关系对成像坐标系进行等步长分割重建，将采样数据与等步长坐标点一一对应进行成像。
[0009]进一步改进的是：对成像坐标系进行等步长分割重建的方法为，将步进方向步长设置为成像等步长量，通过单次路径的扫查时间与扫查速度得出路径长度，路径长度除以等步长量得到每条路径上的等步长点个数，依次按照上述步骤分割每条路径，由此得到的所有等步长点均匀分布在“弓”字形扫查轨迹上，完成等步长分割后，按照每条路径上坐标点个数将数据循环排列到坐标点上，以幅值确定灰度值完成成像。
[0010]进一步改进的是：所述超声采样平台为相控阵超声检测系统，所述机械臂为六自由度机械臂，所述超声探头为水浸聚焦探头。
[0011]本专利技术的有益效果是：本专利技术中利用六自由度机械臂作为运动执行机构，结合超声测距和幅值最大原理进行曲面特征反求，分析点位间角度关系，基于分段三次Hermite函数对点云姿态进行调整，以点云数据对机械臂进行运动路径规划，并以采样时间为基础进
行C扫成像，姿态调整简单，系统复杂程度低。
[0012]进一步的是，本专利技术中对检测点的点云数据获取是一个面
‑
线
‑
点，再由点
‑
点线
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点云的一个反求过程，能够更好地表现曲面特征进行扫查路径规划。
[0013]进一步的是，本文以时间编码方式采集数据，利用时间、速度关系对成像坐标系进行等步长分割重建，将采样数据与等步长坐标点一一对应进行成像，降低了成像系统对编码器位置信息的依赖性。
附图说明
[0014]图1是本专利技术实施例中检测点选取示意图。
[0015]图2是本专利技术实施例中点位姿态调整算法示意图。
[0016]图3是本专利技术实施例中等步长分割示意图。
[0017]图4是本专利技术实施例中的轴承底面孔示意图。
[0018]图5是图4中A处扫描结果示意图。
[0019]图6是图5中底面孔尺寸示意图。
具体实施方式
[0020]现结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0021]本专利技术实施例揭示的是，曲面构件超声自适应检测方法，包括利用六自由度机械臂夹持Olympus10MHz水浸式聚焦探头对曲面工件进行超声检测，包括以下步骤：S1、将曲面分解为若干条能够表征曲面特性的曲线，后将每条曲线分割为若干检测点，再手动选取部分检测点进行姿态调整，使被选取部分检测点符合检测要求，最后对被姿态调整后的检测点进行插值拟合，实现由面
‑
线
‑
点，再由点拟合曲线，再由曲线拟合曲面的求反过程，从而更好地表现曲面特征进行扫查路径规划；S2、将调整后的点云数据导入机械臂的控制器，完成机械臂运动路径规划，保证扫查过程中，超声波声束方向与检测点的法向量方向一致，即探头方向与与检测点的法向量方向一致；S3、超声C扫，本专利技术中超声C扫采用的是时间编码方式采集数据，利用时间、速度关系对成像坐标系进行等步长分割重建，将采样数据与等步长坐标点一一对应进行成像，在相控阵超声检测系统Multi2000上得到成像。
[0022]对于手动选取检测点的的选取方法为，如图1所示，为手动取得的检测点，水声距为d；利用超声测距原理和幅值最大原理进行检测点姿态调整，当声波水声距和幅值都不变或在小范围内波动时，可认为在该点处声束法向入射；插值时观察点位特征，数据有边界且要求拟合出的曲线光滑可导，综合考虑插值效率和效果后，选用分段三次Hermite插值函数；在同一取点曲线上，点位y值不变，z值随x值变化，将点位x、z值带入插值函数可得到一条曲线表达式，根据扫查精度选取合理的x值代入曲线表达式完成曲线插值，依次完成各取点曲线插值即可获得曲面点云数据。
[0023]姿态调整的方法为，在机械臂坐标系中描述一个点位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.曲面构件超声自适应检测方法，包括利用机械臂夹持超声探头对曲面工件进行超声检测，其特征在于：包括以下步骤：S1、获取曲面工件点云数据，进行点云姿态调整，对其进行扫查路径规划；S2、将调整后的点云数据导入机械臂的控制器，完成机械臂运动路径规划，保证扫查过程中，超声波声束方向与检测点的法向量方向一致；S3、超声C扫成像；所述S1步骤中曲面工件点云数据的获取流程为：第一步、将曲面分解为若干条能够表征曲面特性的曲线；第二步、将每条曲线分割为若干检测点；第三步、手动选取部分检测点进行姿态调整，使被选取部分检测点符合检测要求；第四步、对被姿态调整后的检测点进行插值拟合；所述第四步流程中的插值拟合方法为，对于一条位于X
‑
Z平面的取点曲线S，点位y值不变，z值随x值变化，且S上的每个曲率变化点都有一个圆心C与之对应，曲率点P(x, z)分别与曲率圆心C、坐标原点O连接，得到两个直角三角形，γ为未知姿态V值，θ为曲率点纵坐标与横坐标比值的反正切值，随着曲线S的变化，θ、γ均会随之变化，且两者之间呈现一种同步对应关系，将插补拟合的思想引入姿态调整算法，利用分段三次Hermite插值函数对两者间对应关系进行拟合，公式如下：间对应关系进行拟合，公式如下：=0,1,2,3
……
式中、是、处对应的函数值，、是、处对应的一阶导数值，、、、为函数中多次幂项的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩军，潘文联，龙晋桓，付磊，
申请(专利权)人：泉州装备制造研究所，
类型：发明
国别省市：