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原文传递复合材料曲面结构的自动化无损检测装置与方法

专利名称：	复合材料曲面结构的自动化无损检测装置与方法
摘要：	本公开提供了一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置与方法，通过控制六轴机械手带动柔性水包耦合滚轮在复合材料待测表面上运动，使其到达相应的待测点，控制六轴机械手改变姿态，以设定角度发射并接收超声回波信号，根据反馈的超声回波信号确定是否存在损伤，以及损伤位置，并结合待测复合材料三维模型和实时的测量数据对检测路径进行动态规划，解决了现有曲面复合材料超声检测技术难以实时、准确地跟踪曲面曲率的问题；解决了现有大型曲面复合材料超声检测方法难以对不可拆卸的在役复合材料进行检测的问题，同时提高检测速率，增加系统的自动化程度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东大学
发明人：	姜明顺;马蒙源;张法业;张雷;曹弘毅;苏晨辉;隋青美
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-29T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910457849.4
公开号：	CN110057914A
代理机构：	济南圣达知识产权代理有限公司
代理人：	李琳
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	250061 山东省济南市历下区经十路17923号
主权项：	1.一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：包括超声检测单元、运动单元以及信号处理单元，其中：所述超声检测单元包括超声收发装置、相控阵传感器和柔性水包耦合滚轮，所述柔性水包耦合滚轮能够沿所述复合材料表面转动而移动，所述相控阵传感器设置于柔性水包耦合滚轮内部轴线上，所述超声收发装置依据相控阵聚焦规则产生激励信号，并接受超声回波信号；所述运动单元包括移动导轨和六轴机械手，所述移动导轨设置在复合材料待测表面上端或旁边，所述六轴机械手能够沿所述移动导轨运动，并带动所述柔性水包耦合滚轮沿检测路径运行，以指定角度检测指定位置复合材料表面；所述信号处理单元，被配置为接收超声回波信号，根据反馈的超声回波信号确定是否存在损伤，以及损伤位置，并结合待测复合材料三维模型和实时的测量数据对检测路径进行动态规划。 2.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述柔性水包耦合滚轮为圆柱形结构，且中心轴位置中空且密封，所述超声相控阵传感器设置于所述中心轴处，且除中空部分，柔性水包耦合滚轮内部填充有水。 3.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述移动导轨的设置位置能够保证不阻挡所述复合材料的待测表面，且所述六轴机械手的活动空间能够覆盖所述待测表面。 4.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述六轴机械手包括设置于底座上的第一可转动关节，与第一可转动关节转动连接的第二可转动关节，第三可转动关节，以及连接在第二可转动关节和第三可转动关节之间的第一机械臂，连接在第三可转动关节的第二机械臂，与第二机械臂可转动连接的第三机械臂和第四机械臂，所述第三机械臂和第四机械臂之间通过第四可转动关节连接，所述第四机械臂的断臂设置有可转动的机械手，具有六个运行自由度。 5.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述底座设置于移动导轨上，且能够沿移动导轨运动；或，所述六轴机械手在移动过程中，保证所述超声相控阵传感器的移动路径与复合材料表面法线方向相同。 6.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述超声相控阵传感器与所述超声收发装置通过连接线缆连接。 7.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述信号处理单元对检测路径的控制利用前馈加反馈方法，根据待测曲面复合材料工件的三维模型与相对位置确定初始检测路径以及路径上各点的超声相控阵传感器方向；或，所述信号处理单元通过检测到的各个超声回波飞行时间和幅值实时调整检测路径和传感器角度。 8.如权利要求1所述的一种复合材料曲面结构的自动化无损检测装置，其特征是：所述信号处理单元与运动控制器连接，所述运动控制器控制所述运动单元的动作，所述运动控制器通过伺服电机驱动所述六轴机械手在所述移动导轨上的移动。 9.基于权利要求1-8中任一项所述的装置的方法，其特征是：控制六轴机械手带动柔性水包耦合滚轮在复合材料待测表面上运动，使其到达相应的待测点，控制六轴机械手改变姿态，以设定角度发射并接收超声回波信号，根据反馈的超声回波信号确定是否存在损伤，以及损伤位置，并结合待测复合材料三维模型和实时的测量数据对检测路径进行动态规划。 10.如权利要求9所述的方法，其特征是：预先设定超声回波的幅值有效阈值-飞行时间曲线，认为若超声回波的幅值大于相应的飞行时间下的幅值有效阈值时，接收到的超声回波是有效的；或，当在某处接收到超声回波信号后首先计算其第一个波峰的飞行时间和幅值，若幅值大于其飞行时间对应的幅值有效阈值时，认为接收到的超声回波有效，正常进行下面的扫查和缺陷计算；相反，当幅值小于给定阈值时，认为接收到的超声回波无效，及时调整扫查路径和传感器角度重新对该位置进行扫查，直到接收到的超声回波幅值大于给定阈值；或，预先设定重复扫查次数最大值，当对某处重复扫查次数达到所述最大值时，对该位置进行标记，并将所得到的幅值最大的超声回波作为有效超声回波，继续进行下一测点的扫查。
所属类别：	发明专利