[发明专利]超声非接触扫描测厚中耦合间隙自适应调整方法

说明书

本发明超声非接触扫描测厚中耦合间隙自适应调整方法属于超声检测技术领域，涉及一种超声非接触扫描测厚中耦合间隙自适应调整方法。该方法中，沿测量方向在超声传感器两侧各安装一个涡流传感器，并通过坐标转换将各个传感器的测量坐标系统一到基准坐标系，由涡流传感器预先到达待测点获取的探路测量数据为后续耦合状态判别、调整量计算以及调整路径生成提供了数据基础。根据耦合间隙阈值范围、各个传感器之间及其与工件之间的几何关系建立了耦合间隙状态判别模型，实现对测厚过程中的耦合间隙状态实时、有效判别。该方法保证了超声非接触扫描测厚中超声测厚装置与工件表面的最佳耦合效果，进而保证了测厚结果的精度和稳定性。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，特别涉及一种超声非接触扫描测厚中耦合间隙自适应调整方法。

背景技术

大型薄壁件是航空航天重大装备上的一类典型零件，其对加工剩余壁厚精度要求较高，在机测量其剩余壁厚分布状态是实施零件加工目标曲面再设计的核心工艺环节。将超声测厚装置集成至数控机床，通过机床主轴装载超声测厚装置进行测量运动，可以实现对大型薄壁件的超声在机自动测厚。非接触式超声测厚方法因其具有非接触无损检测、适应高速扫描运动等特点，较好地弥补了逐点接触式超声测厚方法接触力调控难、测量效率低等不足，更加适用于大型薄壁件的精密、高效在机测厚。然而，由于大型薄壁件尺寸大、刚度低，对其进行在机测厚过程中极易因装夹等受力产生变形，这种不可预知的变形导致超声测厚装置与被测工件表面的耦合间隙难以在适当的阈值范围内保持稳定。耦合间隙过大，回波信号多分量耦合，导致测厚结果不可信；耦合间隙过小，可能划擦甚至碰撞工件表面，不仅损伤设备和工件，还具有安全隐患。因此，控制超声测厚装置在实际测量过程中根据变形后的被测工件真实几何面型自适应地调整耦合间隙，使之在适当的阈值范围内保持稳定，对于实现超声测厚装置与工件表面的最佳耦合效果，进而保证测厚结果的精度和稳定性至关重要。超声非接触扫描测厚耦合间隙自适应调整的关键问题是：有效判别耦合间隙状态、计算适当的调整值、生成平滑的自适应调整路径。

2014年，大连理工大学在发明专利CN201410182459中公开了“一种喷流液浸超声检测方法和喷液器”，通过优化设计喷液器结构有效解决了喷流液浸超声检测过程中耦合剂流动状态与流速协调控制难题。2016年，中国科学院沈阳计算机技术研究所有限公司在发明专利CN108072698A中公开了“一种水浸超声探伤系统及方法”，在工控机中设置超声波检测参数及运动指令并输出给运动控制模块和运动执行机构，实现自动扫描超声检测。

然而，上述发明均未述及非接触式超声检测过程中耦合间隙自适应调整难题。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是克服现有方法不足，面向大型薄壁件精密、高效在机测厚需要，针对超声非接触扫描测厚过程中由于工件变形引起的超声测厚装置与被测工件表面耦合间隙难以在适当的阈值范围内保持稳定难题，发明了一种超声非接触扫描测厚耦合间隙自适应调整方法。沿测量方向在超声传感器两侧各安装一个涡流传感器，并通过坐标转换将各个传感器的测量坐标系统一到基准坐标系，由涡流传感器预先到达待测点获取的探路测量数据，为后续耦合状态判别，调整量计算以及调整路径生成提供了数据基础。根据耦合间隙阈值范围，各个传感器之间及其与工件之间的几何关系建立了耦合间隙状态判别模型，实现对测厚过程中的耦合间隙状态实时、有效判别。基于已测数据密度估计确定调整值，实现在满足调整后的耦合间隙处于阈值范围内的前提下，后续调整次数尽可能少以及后续每一次调整值尽可能小；采用移动最小二乘方法生成自适应调整路径，实现平滑而准确的自适应调整。