[发明专利]超声测厚中的入射偏角自动辨识与误差补偿方法

说明书

本发明超声测厚中的入射偏角自动辨识与误差补偿方法属于超声检测技术领域，特别涉及一种超声在机测厚中的入射偏角自动辨识与误差补偿方法。该方法中，首先，进行超声入射偏角标定，提取不同标定入射偏角下的超声信号首次回波能量，建立标定入射偏角与首次回波能量间的关联关系。然后，采样获得被测件的实际超声测厚信号，利用所建立的标定入射偏角与首次回波能量间的关联关系自动辨识出入射偏角。最后，基于自相关分析方法计算当前测点回波声时差，利用建立的厚度误差补偿模型，完成入射偏角关联厚度误差补偿，获得精确测厚结果。本发明实现了超声在机测量中的入射偏角自动辨识及其关联厚度误差补偿，算法简单、可靠度高、实时性强。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，特别涉及一种超声在机测厚中的入射偏角自动辨识与误差补偿方法。

背景技术

超声法因具有界面反射和材料透射特性，往往是生产现场中零部件厚度检测首选方法。将超声传感器集成于加工装备，实现在机自动测厚，可有效解决大型薄壁零件高效测厚难题。

目前，超声测厚主要采用脉冲反射原理，其要求传感器声束中心线与被测点处法矢重合，否则存在入射偏角。实际测量中，即使入射偏角在超声传感器许用域内，由于超声波在工件与耦合剂界面处的反射、折射状态发生变化，会致使超声传播路径改变，进而引起较大的厚度测量误差。然而，超声在机测厚中，由于被测面形复杂、跟踪响应时滞等因素影响，传感器声束中心线与测点法矢无法实时保持重合，不可避免地存在入射偏角。为此，如何在超声在机测量过程中快速、精确、自动辨识出超声入射偏角，补偿其引起的厚度测量误差、对于提高超声测厚精度，至关重要。

2014年，张晓琳等在发明专利CN201410810870.5中公开了一种大型壁板厚度在位测量方法。将超声波测厚仪的探头通过装卡机构安装在数控铣床的铣刀位置，机床控制超声波测厚仪探头运动，进行逐点接触测厚，通过数据传输处理模块分别将超声波测厚仪的存储器中的测量数据反馈给终端处理设备进行数据处理，完成壁板厚度的在位测量。2015年，康宜华等人在发明专利CN201510165390.2中公开了一种钢管超声测厚装置，包括机架、支撑座、钢管跟踪组件和压管限位组件等。支撑座安装于机架上，支撑座滑块与水槽固定连接带动水槽和超声测头装置靠近或远离压管限位组件，压管限位组件与水槽配合夹住钢管从而对钢管限位，钢管进入检测位置时水槽带动超声测头装置进入检测工位，实现钢管高速移动时的高速检测。

然而，上述超声自动测厚方法均未涉及超声入射偏角自动辨识及误差补偿方法。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服现有方法的不足，针对超声在机自动测厚中，超声传感器声束中心线与测点法矢无法保持实时重合，导致入射偏角引起的厚度测量误差问题，发明了一种超声在机测厚中的入射偏角自动辨识与误差补偿方法。该方法基于超声波在被测材料表面的传播规律，建立厚度误差补偿模型，实现零部件厚度的超声准确测量，保证超声在机测量结果一致性。方法基于标定出的入射偏角-回波能量衰减的关联关系，通过计算实际超声测厚信号中的首次反射回波能量，自动辨识超声波入射偏角，方法可靠性高。

本发明采用的技术方案是一种超声测厚中的入射偏角自动辨识与误差补偿方法，其特征是：首先，进行超声入射偏角标定，提取不同标定入射偏角下的超声信号首次回波能量，建立标定入射偏角与首次回波能量间的关联关系；然后，采样获得被测件的实际超声测厚信号，利用所建立的标定入射偏角与首次回波能量间的关联关系自动辨识出入射偏角；最后，基于自相关分析方法计算当前测点回波声时差，利用建立的厚度误差补偿模型，完成入射偏角关联厚度误差补偿，获得精确测厚结果。方法的具体步骤如下：

第一步超声入射偏角在机标定