[发明专利]曲面构件超声自适应检测方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及曲面构件超声自适应检测方法。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

因此，针对上述的问题，本发明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。

为实现上述技术问题，本发明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：

=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：

。