反求工程在曲面工件超声无损检测中的应用研究

　　超声检测技术是一门综合性很强的边缘应用科学,现在已经广泛应用于航空、航天、船舶、建筑、电力等工业部门之中。在实际检测中,被检件大多由复杂曲面构成,这就要求扫查装置具有一定的曲面跟踪功能,为此必须具有被检件的CAD模型,对于不具有CAD模型的工件必须反求其CAD模型。

　　超声波本身具有测距功能,因此在精度允许范围内,可将一台多自由度超声无损检测系统作为三坐标测量机使用,完成工件CAD模型的数据采集工作;再增加相应的软件就可以完成曲面工件的测量、模型重建以及自动超声无损检测。在不增加任何硬件的条件下,大大提高检测的精度和效率。

　　本文将反求工程技术应用于曲面形工件的超声检测中,并对具体内容和关键技术进行了研究,提出了超声波测量、曲面重建和超声波检测一体化方案。

　　1　反求工程在超声检测中的作用

　　反求工程是从已知的对象出发,通过对已知对象的测量得到数据,再对测量数据进行分割、组织、几何建模求出对象的几何模型,并被已有的CAD系统所接受。它最初产生于制造领域,随着计算机技术的发展,反求工程的应用领域也越来越广泛。在对产品无损检测中的应用也是一个十分重要的方向。广义的产品反求工程包括形状反求、工艺反求和材料反求等诸多方面,是一个复杂的系统工程。曲面工件的超声波检测中的研究主要集中在几何形状反求。超声波检测过程中,检测人员面对的往往是不具备CAD模型的实物样件,为此需要通过反求技术复现其的CAD模型,从而规划检测路径、进而控制超声探头进行缺陷检测。反求工程在超声检测中的作用主要表现如下:

　　(1)高效性。当反求出CAD模型、并生成控制超声探头运动的位姿文件后,可以进行工件的自动检测,避免了检测人员手工调整超声探头,对准工件上被测点的法线方向,进行定位的操作。因此,反求技术的引入,可以明显提高检测效率和扫查的自动化程度。

　　(2)易于实现可视化。基于图像、体数据的可视化方法由于存储数据量大而对计算机的要求过高,反求工程中用几何模型表示工件,可以解决这个问题,通过几何变换可以满足可视化的要求。重建模型以曲面方式显示,通过实时扫查检测时工件厚度方向的颜色值的变化,可以将检测结果以准三维图像方式呈现在检测人员面前。检测人员可以从任意角度观察被测工件的内部缺陷,对缺陷的定位和定量有一个整体的了解,并可正确选取不同区域进行更近一步的分析和判断。图1是利用自行开发的超声检测系统扫查某工件的C扫描图像,图2是该图像局部区域的准三维图像。