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复杂曲面工件的超声无损检测系统研制

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  0 引言

  随着航空、航天、造船、汽车和模具工业的飞速发展,对产品性能、外形等方面的要求越来越高,复杂曲面工件广泛出现于现代工业中。同时,新材料、新结构和新工艺的采用,使得对一些工艺参数的控制难以实现或实现代价高昂,必须研究先进的无损检测技术。

  工业生产制造部门对无损检测技术的要求是提高检测自动化程度和缩短检测时间。目前,各种自动检测设备的发展相当快,把握这方面的动态、跟上国际发展潮流是十分必要的。由于国外自动检测设备价格十分昂贵,在这方面投入研究具有重要意义[1]。

  文献[2]提出一种三维检测系统,利用其仿真模块生成检测对象的三维NURBS曲面模型,通过路径规划模块生成检测机器人的控制路径以进行超声检测。文献[3]研制的large gantry sys2tem复杂曲面工件超声检测系统采用了一种仿形测量—超声检测的实现思路。文献[4]开发成功10/11自由度大型复杂曲面工件超声彩色成像系统。该系统以大型复杂曲面工件为检测对象,集曲面工件缺陷检测和表面数据测量功能于一身,现已投入运行。

  1 复杂曲面工件超声检测原理

  在采用自动超声检测系统对复杂曲面工件进行检测时,要求发射和接收超声波的探头时刻保持对准曲面工件被检测点的法线方向,因此必须获得工件型面的几何外形参数[5]。由此,根据被检测复杂曲面工件的实际情况,提出了复杂曲面工件的超声缺陷检测原理。

  1.1 曲面工件建模

  根据外部数据源(设计数据和三坐标测量数据)导入的数据或者曲面测量得到的工件表面点云式数据,建立被测曲面工件的CAD模型。

  1.2 检测前处理

  基于被测曲面工件的CAD模型,通过检测机器人运动学分析和检测路径规划得到表征超声探头运动的姿态文件,以进行超声检测的运动控制。

  1.3 检测控制

  根据检测前处理获取的姿态文件进行运动规划和超声检测,获取有关缺陷信息的检测数据。

  1.4 检测后处理

  包括两种层次的数据处理,即低层次检测数据可视化处理,以及高层次的缺陷数据判读和评价。流程见图1[6,7]。

  

  复杂曲面工件超声检测系统综合利用了复杂曲面测量技术、CAD建模技术、数控技术、机器人技术、信号处理技术和超声检测自动化技术,针对不同性质的被检测曲面工件,系统实现了曲面数据获取、曲面建模和超声检测的集成和一体化。

  2 超声检测系统模型分析

  复杂曲面工件超声缺陷检测流程是以模块化思想为指导的。而从系统构成的角度分析,各个功能模块所对应的具体实现相互影响、彼此交织在一起,形成一个复杂的网络结构,不利于系统的具体实现[8]。

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