[发明专利]一种考虑工件装夹误差校正的超声波自动检测方法

说明书

本发明公开了一种考虑工件装夹误差校正的超声波自动检测方法，能够针对工件存在装夹误差的情况下，通过工业机器人携带超声波探头进行C扫描检测路径的修正来实现装夹误差的补偿。具体过程为：通过工件转动过程中水声距随时间的变化规律，识别出工件的实际装夹误差，然后计算出工件坐标系到世界坐标系的路径变换矩阵，将工件在工件坐标系下的扫描目标路径经过矩阵变换计算得到探头在世界坐标系下的运动路径，即可得到校正后的探头运动路径。

技术领域

本发明涉及一种考虑工件装夹误差校正的超声波自动检测方法。

背景技术

超声检测是无损检测领域的一个重要分支，而数字化、自动化、智能化的机器人超声检测技术可以有效解决很多人工检测带来的问题，国际上已经开始广泛采用机器人开展检测工作。

在对回转体工件进行超声扫描检测时，通常将工件装夹后由转台带动其旋转，并利用机械平台携带超声波探头沿工件母线运动，从而完成对工件的螺旋式扫查。检测过程中，需要探头时刻对准工件法线方向以保证声束垂直入射。由于三爪卡盘具有装夹方便自动定心等优点，通常采用三爪卡盘来装夹回转体工件。而在实际检测过程中，往往由于检测人员的不当操作导致夹持过紧，使得工件倾斜。另外由于检测过程中转台长期处于水浸环境，造成三爪卡盘生锈，也会导致工件装夹倾斜的问题。此时，扫描过程中由于工件的畸形转动，会严重影响超声信号质量，造成C扫描成像错位，甚至漏检误检的问题。

专利文献CN201120298053.8公开了一种通过转盘/三爪卡盘夹持被测件,五轴机械手夹持超声探头的检测装置。但该机构增加了机械手运动过程中超声探头收发信号的不稳定性,降低了检测的灵敏度且难以实现工件装夹误差的补偿。

发明内容

针对回转体工件超声自动检测现有技术存在的不足，本发明的目的旨在提供一种能够实现对回转体工件高精度、高效率、全覆盖式的超声自动检测系统，且能从探头运动路径上补偿装夹倾斜误差带来的影响。

为解决工件出现装夹误差而导致检测精度下降的技术问题，本发明的技术方案提供一种考虑工件装夹误差的超声C扫描路径校正方法，包括以下步骤：

步骤1，建立存在装夹误差时的工件转动模型，以固定的超声探头对水下工件进行超声波扫描，得到水声距随时间的变化规律，通过分析水声距的变化情况，识别工件的实际装夹误差；

步骤2：建立世界坐标系、夹具坐标系和工件坐标系，并推导探头、夹具及工件在对应坐标系下的运动轨迹，建立装夹误差修正的运动学模型；

步骤3：根据装夹误差修正的运动学模型，计算工件坐标系到世界坐标系的路径变换矩阵，最后将工件在工件坐标系下的扫描目标路径经过矩阵变换计算得到探头在世界坐标系下的运动路径。

所述的一种考虑工件装夹误差的超声C扫描路径校正方法，所述的步骤1中，工件的实装夹误差通过以下步骤计算：

建立装夹误差时工件转动模型，表达式为公式1：

其中，初始位置中心轴在XOY面的投影线与X轴夹角为α₀，r、表征偏心误差的影响下圆筒底面圆心的偏移量和偏心初相角，工件中心轴与Z轴夹角即装夹倾斜角为θ，在装夹误差的影响下，工件横截面在XOY面的投影为椭圆，Ω表示为O_eP₀与椭圆长轴的夹角。

以超声波探头朝向工件上某一位置并固定，转动固定工件的转盘，得到工件该位置上环绕一圈A波信号，取A波信号的首时刻点为发射时刻点，表面一次回波的峰值所对应的时刻点n_FW为接收时刻点，则该圆周上某一点的实际水声距可通过下式计算：