超声检测自动扫描系统插补方法

　　0 引言

　　机械制造业中,对形状复杂的零件进行自动超声无损检测,具有很大的难度。为了解决这个问题,研制了五坐标超声检测自动扫描系统,如图1所示,机械装置带动超声波探头沿被测件表面运动,基于PC机的数控系统控制探头使其轴线方向始终与被测试件表面法线方向重合,并按要求的轨迹运动,高速数据采集卡定时将超声波探伤仪获取的信号送回计算机进行分析处理,并显示检测结果。

　　1 自动扫描系统插补的基本思想

　　五坐标超声检测自动扫描系统是以步进电动机为驱动元件的开环控制系统,从理论上说应该采用脉冲增量插补法,具有方法简单、控制容易等特点,但精度相对较低,只能保证插补的起点和终点准确位于所要求的线段上,中间插补点则保证在一个脉冲当量的误差范围之内。插补中另一种常用的方法是数字增量插补法,其插补精度和速度均较高,但适合于具有反馈装置的闭环或半闭环的控制系统。

　　超声无损检测专用插补方法,分别利用脉冲增量插补和数字增量插补的优点,既具有数字插补的控制精度和速度,又能适用于以步进电动机驱动的开环控制系统。这种插补方法的插补步骤同数字增量插补法一样分为两步进行,第一步为粗插补,即根据插补周期把所要检测的曲线分割成一个个相等的小线段,通过适当选择插补周期,使每一个小线段的起点和终点都位于所要检测的曲线上,然后在每一个小线段之间采用脉冲增量插补法,代替数字增量插补法的精插补。虽然精插补的精度相对来说较低,但只要恰当地选择插补周期和采样点,也是完全能够保证检测精度的。

　　2 超声自动扫描系统的插补原理

　　设探头在XY平面作直线运动,如图2中直线OA所示,探头移动的速度指令为F,插补周期为T,每个插补周期的进给步长为:ΔL=FT。

　　直线段总长度:,在一个周期内,X轴和Y轴的位移增量分别为ΔX和ΔY,则

　　插补第i点的坐标值为:

　　当探头在XZ平面(或YZ平面)内沿直线OB (或OC)运动时,根据检测的要求,探头在移动的过程中,其轴线应始终垂直于被检测直线,即在移动之前,探头应绕Y轴(或X轴)旋转一个角度，使探头轴线与需要插补的直线相垂直,如图2所示,其相应的插补点的坐标分别为:

　　同样,当探头在XYZ空间沿OD作直线运动时,探头在移动之前,应分别绕Y轴和X轴转动A和B角度,如图3所示,其中，其瞬时的插补点坐标为:

　　3 插补算法的软件流程

　　插补流程分成主流程和中断服务流程,主流程主要完成粗插补,其方法采用时间分割法,精插补以数字积分法,用中断的方式完成,两个流程间用一个标志变量来协调。