专利汇可以提供一种不用装夹定位的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种针对圆弧面 工件 的 超 声波 C扫描自动检测方法,利用6 自由度 工业 机器人 夹持 超声波 探头 ,在圆弧面待检工件不用装夹 定位 的情况下自动规划探头运动路径,并且能够保证检测过程中探头声束始终能垂直入射于圆弧面工件,实现各扫描点的原始A波实时采集及平面成像。具体过程:将圆弧面工件任意放置在 水 槽内部检测平台,通过调节机械手 位姿 以及工件表面的超声回波 信号 的高低,示教得到圆弧面工件4个关键点的笛卡尔坐标,以此自动规划出完整的探头运动路径并完成对应的超声波采集和C扫描图像。本 发明 无需装夹定位、且检测快速准确,能够实现针对圆弧面工件高 精度 、全 覆盖 式的超声自动检测,大幅度提高曲面 跟踪 的检测效率,有效避免漏检、误检的发生。,下面是一种不用装夹定位的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法专利的具体信息内容。
1.一种不用装夹定位的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:利用一台
7自由度超声自动检测系统进行检测,包括以下步骤:
一、将圆弧面工件任意放置在水槽内部的检测平台上,并由6自由度工业机器人示教圆弧面工件几何模型的4个关键点位,4个关键点位为圆弧面工件的左端面圆弧的起点P0、终点P2、弧顶位置P1以及右端面弧顶位置P3;
二、通过3点确定一个平面以及空间3点确定一个圆,求得左端面3点P0、P2、P1确定的平面方程,左端面圆的圆心坐标值、半径以及空间圆的参数方程;
三、通过示教得到的圆弧面工件关键4点坐标,规划弓字形C扫描时探头的运动路径;
四、规划好弓字形运动路径之后,实时采集原始超声回波,绘制平面C扫描成像图,确定行、列数,将超声信号值赋予C扫描图像中对应像素点的颜色特征值。
2.根据权利要求1所述的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:所述7自由度超声自动检测系统包括6自由度工业机器人、机器人控制器、水槽、独立转盘、直流伺服电机、伺服驱动器、超声波探头、信号发生/接收器和工控机,6自由度工业机器人通过线缆连接机器人控制器,机器人控制器连接工控机,工控机中装载有数据采集卡和运动控制卡,使6自由度工业机器人手臂上的超声波探头经过信号发生/接受器连接数据采集卡,运动控制卡经过伺服驱动器连接直流伺服电机,直流伺服电机驱动独立转盘,独立转盘顶面就是检测平台,伺服驱动器和数据采集卡、信号发生/接受器之间分别是触发连接,超声波探头和信号发生/接受器之间是触发连接,水槽套在独立转盘和工件外面,检测过程中始终保证超声波探头的轴线与工件表面垂直。
3.根据权利要求1所述的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:所述步骤一的4个关键点位的具体示教过程为:
1)示教P1点坐标(x1,y1,z1):机器人夹持超声波探头进行位姿调整,并通过查看水-工件界面的超声回波信号来示教其笛卡尔坐标值;
2)示教P0(x0,y0,z0)、P2(x2,y2,z2)点坐标
将机器人移动到左端面圆弧的起点与终点,示教得到P0(x0,y0,z0)与P2(x2,y2,z2)点的笛卡尔坐标值;
3)示教P3坐标
移动探头回到P0点位置,保持Z轴及方向不变,将探头定位到右端面弧顶位置,即为P3(x3,y3,z3)点笛卡尔坐标值。
4.根据权利要求3所述的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:所述步骤二的具体过程为:
通过上述左端面圆弧上3点的坐标值P0(x0,y0,z0),P1(x1,y1,z1),P2(x2,y2,z2),确定该空间圆的圆心坐标C(xc,yc,zc)、半径 以及圆的参数方
程
其中 表示该平面内相互垂直且又同时垂直于法向量 的任
意两个单位向量。
5.根据权利要求4所述的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:所述步骤三的规划运动路径的具体步骤为:
a)根据示教得到的2点P0(x0,y0,z0)和P2(x2,y2,z2),以及圆心C(xc,yc,zc),向量 与向量 的夹角即为圆弧的圆心角α:
则端面弧长l为l=αR
假设C扫描准备阶段由用户设置的扫描步距为Δx(mm),则C扫描弓字形运动的总行数n为:
b)第1行起点P10(x10,y10,z10)为:P10(x10,y10,z10)=P0(x0,y0,z0),行终点P20(x20,y20,z20)的坐标可由线段P10P20与弧顶线段P1P3平行关系得:
由于弓字形扫描路径的特点,第2行路径的起、止点与第0行的起、止点相反,分别在右端面和左端面,则根据圆参数方程、圆心角α以及扫描步距可计算得到第2行终点P11(x11,y11,z11)的坐标值,由于左端面起点P0的参数 则P11(x11,y11,z11)的坐标值为:
同理,第2行起点P21(x21,y21,z21)可由线段P11P21与弧顶线段P1P3平行关系得:
以此类推,弓字型扫描的第i行路径中,其两端点P1i、P2i的笛卡尔坐标值分别为c)计算左端面任意一点P1i的方向向量:
在端点P1i处假设切向量为 和法向量为 另外P0、P1、P2所在平面的法向量为 现已求得P0、P1、P2三点所确定平面的方程为A1x+B1y+C1z+D1=0,则该平面的法向量 为:
根据得到的圆参数方程,则圆弧上任意一点P1i的切向量 为:
此时,P1i点的法向量 即为 和 的叉乘:
在求得左端面任意一点P1i的法向量为 之后,弓字型路径中需要探头保持同样的姿态走完每一行,因此同一行中右端点P2i的法向量也为
6.根据权利要求5所述的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:所述步骤四的采集原始超声回波与绘制平面C扫描成像图的具体过程为:规划好弓字形C扫描路径之后,超声波探头在6自由度机器人的夹持下沿路径运动,完成对应的超声波采集和C扫描图像,成像时,每一个小像素边长所对应的实际长度既等于扫描步距Δx,也等于两行中间所步进的弧长l:l=Δx
此时,弓字形C扫描总行数n由由弧长和扫描步距可得,总列数m则由圆弧面工件总长|P1P3|与扫描步距Δx决定:
成像时调取对应扫描点(i,j)的原始超声回波,取闸门内信号幅值η(i,j)作为该像素点(i,j)成像时的特征值v(i,j),即得到圆弧面工件的C扫描成像图,该图像在几何模型上即为圆弧面工件的曲面平铺图。
7.根据权利要求1所述的圆弧面工件超声波C扫描自动检测方法,其特征在于:所述步骤四中将超声信号值赋予C扫描图像中对应像素点的颜色特征值是指:根据调色板功能把不同区间的信号特征值对应成不同的颜色,从C扫描成像图上就可判别工件内部是否存在缺陷。
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