本发明专利技术公开了一种基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置，包括：机器人、叶片夹持装置、上料装置，下料装置，超声波检测装置，探头校准装置，叶片定位装置，叶片编码扫描装置和自动化测量系统，所述自动化测量系统分别与机器人、叶片夹持装置、超声波检测装置、叶片定位装置，叶片编码扫描装置构成机电连接，所述基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置代替传统叶片壁厚手工测量方法，检测过程可通过程序设定后完全由该测量系统自动完成，可自动判定测量结果合格与否，检测数据可存储，提高检测效率，释放劳动成本，检测重复性和稳定性明显高于人工手动检测。性和稳定性明显高于人工手动检测。性和稳定性明显高于人工手动检测。
【技术实现步骤摘要】
一种基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置
[0001]本专利技术涉及涡轮叶片壁厚超声波测量应用
，特别提供了一种基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置。
技术介绍
[0002]涡轮叶片是航空发动机的核心部件，在铸造过程中由于型芯的位置精度变化等原因导致叶片各个部位的厚度与设计要求发生偏差。厚度的偏差会带来局部强度的变化和应力集中等问题，严重时会影响叶片的寿命，造成叶片质量的一致性降低。因此，对叶片壁厚测量成为保证叶片质量的关键技术之一。
[0003]目前，涡轮叶片壁厚超声波测量采用手工方式，即以涡轮叶片的缘板为定位点制作带有测量点位置的专用模板。测量前，将专用模板靠紧叶片并采用记号笔在需要测量的点位做标记，然后采用测厚仪逐点进行测量，手动记录测量数据。该测量方法存在重复定位精度差、检测效率低、测量结果不便于查询和追溯等问题。
[0004]人们迫切希望获得一种技术效果优良的基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种技术效果优良的基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置。搭建一套空心涡轮叶片壁厚超声波自动化测量平台，能够根据叶片模型及被测量点空间位置进行轨迹规划，实现叶片自动夹持、叶片编号自动扫描识别、叶片位置六点校准、测量数据自动记录等无需人员参与的自动化全流程检测，检测结果重复性高、稳定性好，同时缩短检测周期、提高检测效率。
[0006]所述基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置包括：机器人、叶片夹持装置、上料装置，下料装置，超声波检测装置，探头校准装置，叶片定位装置，叶片编码扫描装置和自动化测量系统，所述自动化测量系统分别与机器人、叶片夹持装置、超声波检测装置、叶片定位装置，叶片编码扫描装置构成机电连接，自动化测量系统控制机器人在自由空间中移动，控制叶片夹持装置抓取被检测叶片并将被检测叶片被测量点对准超声波探头焦点，且与声束轴线始终保持垂直，该系统能够读取被检测叶片壁厚值，能够通过叶片定位装置读取叶片型面空间位置，并通过算法对被检测叶片进行定位，保证测量结果一致性。用于检测叶片壁厚的超声波检测装置包括超声波探头和探头架，超声波探头安装于具有两个垂直方向调节功能的探头架上，探头和被检测叶片均需要浸入在水中。探头校准装置包括超声波探头声束轴线垂直校准装置和超声波探头焦点位置校准装置，叶片编码扫描装置通过相机拍照识别标刻在被检测叶片上的炉批号和顺序号。机器人将被检测叶片送至叶片编码扫描装置相应位置，稳定后启动照相机拍照，识别被检测叶片编号并将识别结果传输至测量系统。叶片夹持装置位于机器人手臂末端，采用气路驱动，PLC控制，能够稳定抓取被检测叶片及校准装置，同时具备防碰撞功能。接收到测量指令后的自动化测量系统，控制机器人
和叶片夹持装置从上料装置上夹出被检测叶片，自动化测量系统通过叶片定位装置测得叶片上的定位点的实际坐标值，通过一套标准算法得出叶片空间原点，此时即可通过事先导入的叶片模型，自动化测量系统自动将叶片上被测量点对准超声波检测装置上的超声波探头焦点读取厚度值，判定测量结果是否满足设计需求，检测完毕的叶片放置在下料装置上。
[0007]所述基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置采用机器人夹取叶片移动、超声波探头固定的方式测量。叶片摆放是自由的，机器人通过指令和叶片夹持装置对叶片榫头进行夹取，由于叶片榫头存在制造误差，叶片摆放存在位置误差，导致夹取叶片的厚度测量点位存在误差。通过叶片制造过程中的六个定位点，采用一套拟合逼近的“LVDT算法”，将叶片空间位置统一，实现叶片壁厚重复测量。
[0008]优选的，所述基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置包括声速校准装置，所述声速校准装置包括三块已知厚度的试块，其中一块试块的厚度≥被检测叶片厚度的最大值，一块试块的厚度≤被检测叶片厚度的最小值，一块试块的厚度介于上述两块试块厚度的中间值。试块厚度应当包含被检测叶片厚度的最大值和最小值，进行校准，首先将探头耦合在薄试块上，通过测量一次底面回波时间，计算出探头零点偏移量，即：零点校准；然后将探头耦合在厚试块上，通过测量一次底面回波时间，计算超声波声速，即：声速校准，最后将探头耦合在中间厚度试块上，验证校准效果。
[0009]优选的，所述被检测叶片上的定位点具体为6个。
[0010]优选的，所述机器人为6自由度机器人。采用6自由度机器人，工作温度在5℃
‑
45℃范围内，重复位置精度
±
0.03m，机身及手腕均为IP67防护等级。
[0011]优选的，所述叶片定位装置采用LVDT传感器。自动化测量系统控制机器人将叶片上的6个定位点逐一触碰LVDT传感器触头，得到叶片上6个定位点实际坐标值，通过一套标准算法，计算出该叶片的空间原点，实现叶片壁厚重复测量。
[0012]优选的，所述超声波探头声束轴线垂直校准装置为一块带有榫头结构的平表面试板，超声波探头焦点位置校准装置为直径为1.5m的固体小球，该小球镶嵌于平面试板背面。首先机器人抓取平面试板利用LVDT传感器将平面调平，放在探头焦点附近，此时调整探头在两个方向转动，直至示波器上的反射声波最大为止。然后将小球移动到探头焦点附近，通过移动小球位置找到示波器上反射最大声波，将此时小球在系统位置作为探头焦点位置。
[0013]优选的，上料装置包括至少一个工位，即：待检工位，机器人能够自动从待检工位将待被检测叶片取出，下料装置包括至少两个工位，合格工位和不合格工位，机器人对被检测叶片的测量结果进行判定，合格的叶片自动放入合格工位，不合格的叶片放入不合格工位。
[0014]自动化测量系统包括系统软件，将叶片壁厚测量编程、机器人运动控制、测量结果读取及图形显示等功能集成于一体，检验员仅需要通过该软件即可实现全部测量过程，无需单独学习机器人语言。
[0015]采用所述基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置步骤如下：
[0016]步骤一，将被检测叶片几何模型导入自动化测量系统，设定测厚点位，自动化测量系统自动生成叶片检测程序，检测程序可设定检测叶片数量、测厚点位厚度范围、六点定位要求、测厚结果判定等。
[0017]步骤二，对超声波检测装置校准，确定超声波探头声束轴线和焦点位置。利用本发
明标准程序，通过LVDT的4点调节法，将一标准平表面试块调平，用该平表面试块校准探头声束。利用固体小球，先确定小球顶点位置，再利用超声波探头对小球顶点进行测量，确定探头焦点位置。
[0018]步骤三:自动化测量系统控制机器人抓取声速校准装置，首先将薄试块对准超声波探头进行“零点校准”，然后将厚试块对准超声波探头进行“声速校准”，最后将中间厚度试块对准超声波探头验证校准效果，确认涡轮叶片材料声速。
[0019]步骤四:自动化测量系统的操作界面上，点击程序运行按钮，启动叶片检测程序。系统控制机器人夹持叶片触碰LVDT传感器测量叶片上6个定位点，程序会根据算法计算出叶片空本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置，其特征在于：所述基于机器人的涡轮叶片壁厚超声波自动化测量装置包括：机器人(1)、叶片夹持装置(10)、上料装置(2)，下料装置(3)，超声波检测装置(4)，探头校准装置(5)，叶片定位装置(7)，叶片编码扫描装置(8)和自动化测量系统，所述自动化测量系统分别与机器人(1)、叶片夹持装置(10)、超声波检测装置(4)、叶片定位装置(7)，叶片编码扫描装置(8)构成机电连接，用于被检测叶片(9)壁厚的超声波检测装置(4)包括超声波探头和探头架，超声波探头安装于具有两个垂直方向调节功能的探头架上，探头校准装置(5)包括超声波探头声束轴线垂直校准装置和超声波探头焦点位置校准装置，叶片编码扫描装置(8)通过相机拍照识别标刻在被检测叶片(9)上的炉批号和顺序号，叶片夹持装置(10)位于机器人(1)手臂末端，接收到测量指令后的自动化测量系统，控制机器人(1)和叶片夹持装置(10)从上料装置(2)上夹出被检测叶片(9)，自动化测量系统通过叶片定位装置(7)测得叶片上的定位点的实际坐标值，自动化测量系统自动将被检测叶片(9)上被测量点对准超声波检测装置(4)上的超声波探头焦点读取厚度值，并判定测量结果是否满足设计需求，检测完毕的被检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：张传明，田同同，周波，尉桂芝，董德秀，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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