CN104155321A - X射线舱机械手无损检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种X射线舱机械手无损检测方法：针对小型复杂性构件的专用性和特殊性，机械手夹持被测工件从X射线舱入口进入，将被测工件置于射线照射区；启动X射线照射系统，从X射线接收器读取被检测工件内部缺陷信息。其中，本发明通过被测工件的CAD模型，自动生成被测工件扫查轨迹信息，将扫查轨迹信息传给六自由度机械手，控制机械手严格按照规划的路径运动。这种检测方法在保证结果可靠性的同时，极大地提高了无损检测的自动化程度，提高了工作效率，属于无损探伤技术领域。
Description
一、技术领域
本发明提出一种用于小型复杂性构件的X射线舱机械手无损检测方法，该方法可以用于检测小型任意复杂构件内部缺陷，属于无损探伤技术领域。
二、背景技术
小型复杂性构件的可靠性与其结构状态密切相关，其复杂的内部结构给准确、快速检测造成了很大的困难，尤其对于航空发动机叶片、铣刀等复杂构件而言，其内部缺陷的无损检测一直是探伤技术领域的难题。
由于发动机叶片、铣刀等小型构件结构的复杂性，目前针对小型复杂性构件仍然采用人工检测方式进行缺陷的无损检测。采用人工检测的方法劳动强度大、效率低，容易造成漏检或者误检而引发事故，难以满足大规模工业生产的要求。专利(徐文良.“基于X射线检测的钢管检测装置”.专利号：CN201320724148.0,2013)公开了一种对钢管内壁缺陷进行检测的装置。但这种装置采用的是一发一收的检测方法，需要人工把X射线发射器置于钢管内壁，X射线接收器置于钢管外壁，对钢管内壁缺陷进行检测，对检测人员的技术要求高，可靠性和效率不高，对小型复杂性构件在制造中的批量检测还不是很有效。
X射线检测技术是国际公认的一种有效无损检测手段，适用于多种复杂构件的无损检测。与超声波检测方法比较，X射线可检测工件内部的缺陷，检测结果直观，检测对象基本不受复杂构件材料、性质、外廓尺寸的影响。
机械手的发展和应用为解决上述难题提供了可能，机械手的特点是灵活且具有柔韧性，可以代替人进行作业劳动，效率高、安全性高，可以替代人工对小型复杂性构件进行高精度的检测，有效避免人为的漏检和误检。
目前国内利用机械手对小型复杂性构件的X射线检测系统的研究相对较少，文献检索发现，专利(李绍臣.“工业X射线电视检测车”.专利号：CN00121047.5,2000)公开了一种利用安装有机械手和X射线系统的检测车，将检测车开到被检测工件工作区域，对其进行扫查的X射线检测方法，但这种装置主要适用于野外庞大构件的检测。
与已有的自动检测方式不同，本文提出了一种机械手夹持被测工件进入X射线舱，相对X射线源做空间复杂运动，实现小型复杂性构件内部缺陷自动检测的方法，这是一种全新的方法，具有广泛的应用前景。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种用于小型复杂性构件的X射线舱机械手无损检测方法。该方法针对小型复杂性构件的专用性和特殊性，利用机械手的灵活性和柔性，可以实现小型复杂性构件在制造和服役期间的缺陷无损检测。
本发明的目的是这样实现的：该检测设备由六自由度机械手、X射线舱和控制系统组成。其中，X射线舱具有防射线外泄功能的机壳和具有防X射线外泄功能的铅橡胶软帘。实验时，由机械手夹持被测工件从X射线舱入口进入，将被测工件置于射线照射区；启动X射线照射系统，从X射线接收器读取被检测工件内部缺陷信息。
本发明的优点在于：机械手夹持小型复杂性构件进入X射线舱，可对被测构件进行缺陷的无损检测。这种方法适用于各种复杂曲面的航空发动机叶片的检测，亦适用于其他小型复杂性构件的无损检测，扩大了检测的适应范围，检测速度快。
四、附图说明
图1多工位小型复杂性构件缺陷X射线检测方法示意图
图2 X射线舱结构设计图
附图说明：被测工件1、机械手2、X射线源3、图像增强器4、X射线舱5、控制柜6、机械手铅橡胶罩7、X射线舱机壳8、铅橡胶软帘9.
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
X射线舱机械手无损检测系统实现方式。如图1，在上料工位取料，机械手2准确运动到被测工件的上料位置，其末端气动手爪对被测工件1特定位置以特定角度进行夹持。机械手夹持被测工件从X射线舱5入口进入，将被测工件置于射线照射区，启动X射线照射系统，开始检测。由于X射线强度按照指数规律衰减，其强度随被测工件的厚度增加而减小，测量前，要根据被测工件的构件总厚度及密度来适当改变X射线管的电压值，根据被测工件的大小来适当调整工件与X射线源的距离。测量过程中，机械手握持被测工件运动，保证被测工件在X射线工作区内运动，实现被测工件缺陷扫查检测。完成缺陷检测之后，机械手夹持被测工件移出X射线舱，准确移动到在下料工位卸料，其末端气动手爪松开；返回上料工位进行下一个被测工件的检测。在该方法中，X射线源置于在被测工件的一侧，图像增强器4置于被测工件的另外一侧，与超声波等其他探伤方法相比，X射线检测不受复杂构件材料、性质、外廓尺寸的影响，可以得到更为直观的缺陷图像，对被测工件的缺陷、气孔有较高的灵敏度，检测速度更加快。
本发明采用透射法对被测工件缺陷进行X射线无损检测。
采用透射法对被测工件内部缺陷进行X射线检测的实现方式。机械手握持被测工件相对X射线源按照规划的路径运动，当X射线透射被测工件时，由于工件内部不同位置的构件总厚度及密度存在差别，对入射X射线强度产生的衰减不同，有缺陷部位与无缺陷部位对X射线吸收能力不同，即透过有缺陷部位的X射线强度高于无缺陷部位的X射线强度，因此可以通过检测透过被测工件后X射线强度的变化来判断被测工件是否有缺陷存在。图像增强器用于接收透过被测工件的X射线，透过被测工件的X射线强度随着缺陷性质的不同和大小而有局部的变化，进而在图像增强器上形成含有被测工件内部缺陷的射线图像，从中可直接得出被测工件内部缺陷的性质、大小及位置。
扫查路径规划的实施方式。小型复杂性构件扫查成像检测系统的运动主要是由6自由度关节机械手完成，其运动控制也主要是围绕机械手进行的。鉴于被测工件的复杂性和被测工件表面曲率变化范围比较大的特点，本发明基于被测工件数学模型或CAD文件进行扫查路径规划，X射线透射法检测扫查运动要保证被测工件要完全被X射线扫查到。通过被测工件的CAD模型，生成被测工件扫查轨迹信息，再将扫查轨迹信息传给控制柜6，控制柜控制机械手严格按照规划的路径运动。
X射线舱的结构设计与防护实施方式。整个检测过程都在有屏蔽防护功能的X射线舱内进行。如图2，X射线舱包括具有防射线外泄功能的机壳8和具有防X射线外泄功能的铅橡胶软帘9。将多条铅橡胶条固定在X射线舱的入口，防止X射线的外泄；另外，还在机械手末端执行器上方安装一个铅橡胶罩7，当机械手夹持被测工件进入检测区时，铅橡胶罩正好罩于X射线舱入口上方，与X射线舱入口的铅橡胶软帘组成很好的屏蔽与防护结构。由此，可以保证X射线舱机械手检测系统的安全性、可靠性。
保证被测工件位置数据与X射线检测数据对应性和同步性的实施方式。在对被测进行检测的过程中，为了有效、准确、真实地表达被检工件各个部位的缺陷情况，要保证机械手的运动位置与X射线的检测信号同步采集。本发明采用的方法是，当机械手夹持被测工件到达规划的检测位置时，X射线源发出射线，图像增强器接收透过被测工件的射线，经图像增强器转换为可见光图像，将图像信号进行A/D转换，送入图像处理器，通过各种图像处理以改善图像质量，供检测人员进行在线观察使用，计算机同时记录该时刻机械手的位置和X射线信号。这一方法保证了被测工件位置数据与X射线检测数据的对应性、同步性和重复性。
Claims (6)
1.X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：机械手夹持被测工件从X射线舱入口进入，将被测工件置于射线照射区；启动X射线照射系统，从X射线接收器读取被检测工件内部缺陷信息，实现小型复杂性构件的自动检测。
2.根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：根据被测工件的数学模型或CAD数据进行扫查路径规划，将生成的被测工件扫查轨迹信息传给机械手，控制机械手握持被测工件严格按照规划路径运动，保证被测工件完全被X射线扫查到。
3.根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：采用X射线透射法对小型复杂性构件的内部缺陷进行检测。
4.根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：要保证机械手的运动位置与X射线的检测信号同步采集。由机械手的运动控制系统产生触发信号控制机械手运动，X射线系统进行检测计算的同时记录该时刻机械手的位置和X射线信号，以保证数据的对应性和重复性。
5.根据权利要求1和3所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：当机械手夹持被测工件到达规划的检测位置时，X射线源发出射线，图像增强器接收透过被测工件的射线，经图像增强器转换为可见光图像，将图像信号进行A/D转换，送入图像处理器，通过各种图像处理以改善图像质量，供检测人员进行在线观察使用。
6.根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：X射线舱包括具有防射线外泄功能的机壳和具有防X射线外泄功能的铅橡胶软帘；将多条铅橡胶条固定在X射线舱的入口，防止X射线的外泄；在机械手末端执行器上方安装一个铅橡胶罩，与X射线舱入口的铅橡胶软帘组成很好的屏蔽与防护结构，保证X射线舱机械手检测系统的安全性、可靠性。
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