[发明专利]相控阵探头扫查轨迹自纠偏系统及方法

说明书

本发明涉及一种相控阵探头扫查轨迹自纠偏系统及方法，属于超声波无损探伤领域。相控阵超声无损检测扇形扫描信息中缺陷图像与实际缺陷一一对应，扇形扫描中缺陷图像能够准确反映实际缺陷的深度、大小、位置等信息，带垫板对接焊缝根部两侧固有的未焊透缺陷在相控阵探头沿着焊缝扫查时会产生连续固有回波，在扇形扫描图像上出现连续的位置相对固定的未焊透缺陷检测图像，通过建立的扇形扫描图像缺陷自动识别理论与算法达到焊缝根部两侧固有未焊透缺陷自主识别与跟踪，定位焊缝中心的横向坐标，求取相控阵探头扫查示教轨迹与理论轨迹的横向偏差并传输六轴机器人系统实时消除，从而实现相控阵探头扫查过程中轨迹智能纠偏。

技术领域

本发明涉及超声波无损探伤领域，特别涉及带垫板对接焊缝相控阵超声内部质量自动检测系统，尤指一种相控阵探头扫查轨迹自纠偏系统及方法。

背景技术

相控阵超声无损检测技术广泛用于石油管道、压力容器、船舶、航空等领域母材、焊缝的内部质量检测，目前基于相控阵超声技术进行的带垫板对接焊缝内部质量自动检测体系中，就相控阵探头扫查轨迹精确控制技术而言存在如下几种形式：

一、基于探头示教轨迹进行的相控阵焊缝内部质量探伤：由于工件焊接变形、待检测工件安装误差、质检探伤执行机构系统误差，该技术使得相控阵探头沿焊缝扫查过程中相控阵探头到焊缝中心距离精度不可控。

二、基于图像处理视觉引导进行的相控阵探头扫查轨迹纠偏系统：该技术往往需要在焊趾处沿着焊缝方向绘制具有与母材、焊缝金属存在较大颜色值差的异类色线，后以异类色线为基准线利用图像处理技术基于示教轨迹对相控阵探头扫查轨迹实时纠偏；绘制异类色线工序繁琐，精度难以保证，对于结构复杂、焊缝余高磨平的工件进行相控阵探头扫查轨迹纠偏往往不适用。

三、基于激光焊缝跟踪进行的相控阵探头扫查轨迹纠偏系统：该技术利用激光线扫查焊缝轮廓，提取焊趾特征点，通过坐标转换并得出相控阵探头到焊缝中心的距离，计算出相控阵探头扫查轨迹偏差后传输于机器人系统进行纠偏调节；对于余高低于1mm的焊缝或余高打磨后的焊缝，由于难以提取或不存在特征点，该技术将难以适用。

以上形式都是基于焊缝外部特征信息进行的相控阵探头扫查轨迹纠偏方法，对于余高低于1mm、余高打磨、轨迹复杂的带垫板对接焊缝将无法满足相控阵探头扫查智能轨迹纠偏的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相控阵探头扫查轨迹自纠偏系统及方法，解决了现有技术存在的上述问题。本发明极其适用于带垫板对接焊缝相控阵无损检测，利用焊缝内部在相控阵检测过程中的成像特征信息智能识别焊缝中心点，通过坐标转换并计算得出相控阵探头到焊缝中心的距离，得出相控阵探头扫查轨迹偏差后传输于机器人系统进行纠偏调节，达到相控阵探头扫查轨迹自纠偏功能。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

相控阵探头扫查轨迹自纠偏系统，包括工控机1、相控阵超声无损检测仪2、机器人控制柜3、六轴机器人4、质检工装5、机器人基座6、相控阵校核标准CSK-IA试块、相控阵校核标准CSK-IIA试块、带垫板对接焊缝，固定在机器人基座6上的六轴机器人4夹持相控阵探头10对带垫板对接焊缝进行超声扇形扫查质检，相控阵探头10将质检信息通过数据线实时传输到相控阵超声无损检测仪2上，相控阵超声无损检测仪2将扇形扫描信息传输于工控机1，实时对焊缝内部状态进行分析，对焊缝根部两侧固有的未焊透缺陷实时跟踪与定位，依据两侧固有的未焊透缺陷在扇形扫描图像上的未焊透缺陷区域形心坐标，确定焊缝根部两侧固有的未焊透缺陷区域形心处的相控阵超声声波L波与R波，通过构建相控阵探头到焊缝中心距离S的求取模型，求取每一帧扇形扫描图像下相控阵探头10到焊缝中心的距离S，并求出相控阵探头10扫查示教轨迹与理论轨迹的横向偏差，再反馈给机器人控制柜3，通过控制系统实时消除横向偏差，实现相控阵探头10扫查过程中轨迹智能纠偏。