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原文传递一种基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法

专利名称：	一种基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法
摘要：	一种超声波C扫描自动检测方法，包括S1、将工件置于转盘中心，示教世界坐标系和参考坐标系；S2、按照工件的实际尺寸建立三维成像模型，并进行采样点的划分；S3、获取成像模型的母线上的关键点在参考坐标系中的坐标值，并计算工业机器人在关键点的位置值；S4、转盘带动工件旋转，通过转盘伺服编码器提供脉冲信号，作为超声收发仪与数据采集卡的外部触发源，工业机器人根据各采样点及超声回波信号对工件进行到位触发采集，使各采样点的超声回波信号与所述成像模型的空间位置相对应；S5、数据处理，并通过调色板将不同采样点的特征值对应为不同颜色值并映射至C扫描图像中。本检测方法大幅简化工业机器人的运动路径，保证较高的检测效率和检测精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	浙江;33
申请人：	中国兵器科学研究院宁波分院
发明人：	张荣繁;李岩;李雄兵;李红伟;郭智敏;乔日东;郑颖;左欣;付康;唐盛明
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-31T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-28T00:00:00+0800
申请号：	CN201910095762.7
公开号：	CN109946382A
代理机构：	宁波诚源专利事务所有限公司
代理人：	袁忠卫
分类号：	G01N29/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	315103 浙江省宁波市高新区凌云路199号
主权项：	1.一种基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将待测工件置于转盘中心，示教世界坐标系和参考坐标系；步骤S2、按照待测工件的实际尺寸建立三维扫描成像模型，所述成像模型包括圆盘面、圆锥面、圆筒面中的一种或任意种组合，将所述成像模型划分为m×n个四边形采样点，其中m为行数，n为列数；步骤S3、获取所述成像模型的母线上的关键点在参考坐标系中的坐标值，并计算工业机器人在关键点的位置值；步骤S4、转盘带动工件旋转，通过转盘伺服编码器提供基于转盘位置的脉冲信号，作为超声收发仪与数据采集卡的外部触发源，工业机器人根据各采样点及超声回波信号对工件进行到位触发采集与高速A/D转换，使各采样点的超声回波信号与所述成像模型的空间位置相对应；步骤S5、扫描完毕后，对超声回波信号进行数据处理，并通过调色板将不同采样点的特征值对应为不同颜色值并映射至C扫描图像中。 2.根据权利要求1所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：步骤S3包括 S3.1、工业机器人携带探头沿工件的回转体型面上的一条母线单向运动并与相应的母线段垂直，所述探头与参考坐标系中X2轴负方向的夹角为δ，获取所述成像模型的母线上的关键点在参考坐标系中的坐标值，参考坐标系的坐标原点O2位于转盘中心，探头与参考坐标系中Y2轴夹角为δ+90°，将平面直角坐标系Y2O2Z2沿Z2轴逆时针旋转δ+90°，得到新的坐标系Y'2O2Z2，并根据所述成像模型获取关键点P0、P1、P2、···、Pn在坐标系Y'2O2Z2中的二维坐标，其中一段母线的两个端点Pi、Pj的坐标值分别为： S3.2、工业机器人的探头相应的扫查路径为母线段位于顶部圆盘面时，端点P'i、P'j在Y'2O2Z2坐标系中的坐标值分别为：其中，h为水程；母线段位于圆锥面或圆筒面时，端点P'i、P'j在Y'2O2Z2坐标系中的坐标值分别为：其中，α为锥面的倾斜角； S3.3、根据坐标变换关系，将Y'2O2Z2坐标系中工业机器人的扫查路径的端点P'i、P'j坐标值转换为参考坐标系中的空间点P”i、P”j，并将扫查路径导入应用程序。 3.根据权利要求2所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：所述探头与参考坐标系中X2轴负方向的夹角δ为50°～70°。 4.根据权利要求3所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：所述探头与参考坐标系中X2轴负方向的夹角δ为60°。 5.根据权利要求1所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：步骤S4中超声波信号的到位触发采集包括 S4.1、设置转盘伺服编码器的触发脉冲参数，使其每转动一圈输出n个脉冲信号； S4.2、将到位采集的超声回波信号存储在缓冲区域中，并将各采样点对应的最大幅值v存储在v值表中，第i圈转动完成后存储[i][n]个v值； S4.3、工件每转动一圈，工业机器人携带的探头在参考坐标系中的空间位置进行更新并存储在位置表中，所述位置表中第i圈所述探头的空间位置P[i]＝{xi,yi,zi}。 6.根据权利要求5所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：步骤S4中超声波信号的到位触发采集还包括工业机器人在母线段的转角处调整位姿过程中，工件匀速空转，工业机器人的探头到位后向上位机发送指令，以从工件当前的角度θi继续采集超声回波信号。 7.根据权利要求6所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：步骤S5中的数据处理包括遍历v值表，获取工业机器人位置表中对应的位置值P[i]，根据该位置值P[i]匹配赋予对应的v值记录为各采样点的特征值。 8.根据权利要求7所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：对所述成像模型中各采样点的特征值进行赋v值包括对工件的顶部圆盘面第a行n个采样点进行扫描成像时，根据扫描步距△L，计算第a行采样点在所述圆盘面所处的半径为：r＝△L×a，根据工业机器人相应的位置值P[i]＝{xi,yi,zi}计算工业机器人的探头在相应顶部圆盘面所处的半径值：遍历位置表，获取与r值相差最小的r(x)，匹配对应的v值；对工件的圆锥面或圆筒面第a行n个采样点进行扫描成像时，根据成像模型和扫描步距△L获取第a行采样点所对应的高度值z，遍历机器人位置表P[i]＝{xi,yi,zi}，获取与z值相距最近的zx，匹配对应的v值。 9.根据权利要求8所述的基于工业机器人的超声波C扫描自动检测方法，其特征在于：对第a行采样点进行赋v值及成像时，若为第0段母线，则直接赋v值；若为第i段母线，进一步调取机器人由第(i-1)段母线段的终点运动至第i段母线段的起始点位姿过程中，所记录的工件的旋转角度θi，延迟赋v值。 10.根据权利要求1～9任一项所述的基于工业机器人的超声波C扫描检测方法，其特征在于：步骤S4中，转盘伺服编码器用以提供基于转盘位置的脉冲信号，作为超声收发仪与数据采集卡的外部触发源，超声收发仪用以对超声换能器进行激励，激发超声换能器产生超声声束，数据采集卡用于将超声换能器返回的模拟信号进行高速A/D转换，变为计算机可处理的数字信号，并对该数字信号进行数据处理。
所属类别：	发明专利