[发明专利]曲面焊接件的定位超声检测装置及方法

权利要求书

1.一种曲面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：超声探头（2）通过超声探头连接线与超声波检测模块（3）连接，超声波检测模块（3）由超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机（1）连接；多连杆机械臂（4）与超声探头（2）连接，使超声探头（2）实现不同空间位置和姿态的检测；位于多连杆机械臂（4）上的五个角度传感器将多连杆机械臂（4）中的各连杆的角度变化转换为电信号反馈到数据采集卡（6），并通过USB连接线输入工业计算机（1）；

所述的多连杆机械臂（4）由八连杆串并混联组成，具体是：连杆A（401）与底座（409）相连，连接处安装角度传感器A（501）；连杆B（402）与连杆A（401）相连，连接处安装角度传感器B（502）；连杆C（403）与连杆B（402）相连，连接处安装角度传感器C（503）；连杆D（404）一端与连杆B（402）相连，连接处安装角度传感器D（504）；连杆E（405）一端与连杆C（403）相连，连杆F（406）分别与连杆E（405）的另一端和连杆D（404）的另一端相连，使得连杆C（403）、连杆D（404）、连杆E（405）、连杆F（406）形成一个封闭的平行四边形；连杆G（407）一端与连杆F（406）相连，同时保证连杆G（407）与连杆F（406）方向一致，其夹角为180度；连杆G（407）的另一端与连杆H（408）相连，连接处安装角度传感器E（505）；超声探头（2）固定在连杆H（408）上，随连杆H（408）的位置和姿态变化，超声探头（2）可到达空间任意位置进行检测。

2.根据权利要求1所述的曲面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的工业计算机（1）为强固型便携机。

3.根据权利要求1所述的曲面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的超声探头（2）为单点式超声探头，其超声频率根据焊接件的材料及板厚进行选择；超声探头（2）通过超声探头连接线与超声波检测模块（3）连接，实现在非水浸的情况下对复杂曲面焊接件进行扫描检测。

4.根据权利要求1所述的曲面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的超声波检测模块（3）由集成在一块PCI总线主板上的超声波脉冲发射电路、超声波接收电路和A/D 模数转换电路构成，通过PCI 总线与工业计算机（1）连接。

5.根据权利要求1所述的曲面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的角度传感器采用高精度增量式角度传感器，内置光码盘，角度传感器每旋转一个角度，输出一次脉冲值。

6.根据权利要求1所述的曲面焊接件的定位超声检测装置，其特征在于：所述的数据采集卡（6）为USB多通道数据采集卡，输入端通过数据线与角度传感器相连，每个通道连接一个角度传感器；输出端通过USB连接线与工业计算机（1）相连。

7.一种曲面焊接件的定位超声检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤（1）、工件表面处理：在超声波扫查之前，对工件表面进行除尘、除油、涂抹耦合剂处理，减少工件表面杂质对超声信号的干扰；

步骤（2）、多连杆机械臂底座位置布置：将待检查工件表面数据输入工业计算机，与该工业计算机的内置算法所包含的超声探头所能达到的空间位置进行拟合，可直接规划出多连杆机械臂底座安放的最佳位置；

步骤（3）、工件表面扫查，采集工件内部的超声信号，同时识别缺陷信息；

3.1、通过手持固定在多连杆机械臂端部的超声探头，在工件表面进行往复扫查运动；

3.2、在手动扫查路径中的任一点，采集多连杆机械臂上的角度传感器A~E反馈的角度信息θ₁，θ₂，θ₃，θ₃^’，θ₇，其中，θ₁，θ_2，θ₇为多连杆机械臂的串联转动关节旋转的角度，而θ₃，θ₃^’为多连杆机械臂的并联转动关节旋转的角度；

3.3、采用D-H坐标变换法，根据角度传感器反馈的信息，计算超声探头所处坐标位置(X₇,Y₇,Z₇)；D-H坐标变换的基本参数为杆长a，两轴间的扭角α，偏距d，转角θ；

3.4、在同一点进行超声波发射及回波信号数据采集，数据处理模块根据内置算法，对回波信号进行去噪处理；根据超声波在界面处反射的特性，当超声波在工件内部遇杂质、裂纹、未焊合缺陷时，由于缺陷与工件母材有明显的界面，因此会在当前位置反射回波，在内置算法中设定回波检测阀值，即可进行缺陷有/缺陷无的特征判定；

3.5、手动移动超声探头至下一个扫描点，进行重复A扫描检测；在完成所有扫描点的检测后，超声探头回到原点位置；

3.6、将所有点的数据构成一个三维矩阵，然后按照编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像；对初始C扫描图像进行分割处理，然后对图像的内部缺陷特征进行识别，并通内置算法计算焊缝及内部缺陷的面积，完成对焊接产品的检测。