弹体构件超声检测探头运动路径分析

　　0　引言

　　超声波检测，由于显示直观、检测速度快，已成为弹体等构件普遍采用的缺陷检测技术。在弹体制造等工业领域中，许多工件都具有复杂的曲面外形，而超声波传播又具有很强的指向性，为保证检测结果的准确性，对这些类型的曲面构件进行超声检测时，需要对探头的安装与运动轨迹进行规划[1]。文中主要针对某弹体构件研究其超声检测中，关于探头安装与超声耦合方式以及对弹体进行超声检测时的运动轨迹计算等问题。通过对构件外观的变化分析探头安装与超声耦合的方法，应用构件结构参数计算超声检测时探头的运动轨迹。

　　1　曲面构件介绍和探头安装

　　1.1　曲面构件

　　弹体构件中存在一种外形变化较大且在应用超声检测时较难实现自动化的构件，弧锥面构件。

　　图1即为此构件构示意图。此构件由细端实心部分、曲面部分(包含实心和空心部分)和大端开口部分组成。其中，文中主要针对弧锥面部分的超声采集过程进行分析，此部分属于规则曲面。

　　1.2　探头安装与耦合方法

　　上述构件属于外形存在较大变化的类型，在超声检测过程中需要调整探头的位置和方向以保证超声波入射方向与零件表面外法线方向保持一致。图2为探头安装的一个结构示意图，由于构件表面的变化情况，探头在安装时与被检工件间需要拉开一定的距离，所以就需要加装一个探头盒，并采用喷水的方法图2探头安装示意图进行水耦合来完成检测。

　　1.3　检测方法

　　构件的曲面大部分内部为空心，构件壁厚较小，采用偏心值为0的方法检测的情况下，由于超声波扩散，造成两个界面回波脉宽较宽，特征回波被界面回波覆盖，根据文献[2]中所述的检测方法，文中对于实心部分的近中心缺陷采用偏心值为0的方法检测，而对空心部分和实心部分的近表面缺陷则偏心一定的距离进行检测，可以避免界面回波的影响。

　　2　检测过程探头运动分析

　　文中根据检测方法和构件表面的实际情况考虑，采用三维自由移动的方式和精确的控制器对探头的运动和角度变换进行控制。根据一种对规则曲面结构工件进行超声检测时的超声路径规划和曲面重构技术，需要应用超声测距对探头的位置进行调整[3]，其在超声测距和探头调整位置时需要花费大量时间。此方法适用于大型构件的自动化检测，而文中的检测对象尺寸较小，所以采用的方法是根据构件已知参数对其检测路径进行计算。

　　因为构件表面形状较为规则，可以将检测点分布规划为：轴线方向上间隔一定的距离、圆周方向上间隔一定的弧长进行检测，取值时要满足检测分辨率，且不能降低检测效率。研究整个运动过程时，通过对弧锥面的实心部分进行计算，取偏心值为0，这样可以将实心部分的近中心缺陷检测过程和需要偏心的情况下的检测过程分别进行分析。