CN106769995A - 原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置及方法 - Google Patents
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Abstract
原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置及方法属于无损检测技术领域。现有技术将被测工件曲面视为平面，检测区域小，检测误差大。本发明之装置由激发光源、发射器、接收器、控制器、控制中心和机械手组成。本发明之方法为：将机械手坐标系与被测工件坐标系建立在同一坐标系下，确定机械手在该坐标系中的具体空间位置；获取被测工件表面原型的数学模型；由控制中心根据被测工件的数学模型及机械手的具体空间位置生成适合被测工件的检测路径，以离线编程的方式编写机械手运动路径程序；由控制中心将所述检测路径的信号发送至控制器，控制机械手工作，接收器将接收的每一个像素点的检测信号发送给控制中心；控制中心重构被测工件的太赫兹时域光谱图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置及方法，用于非极性电介质材料大型异形曲面工件的无损探伤，如材质为玻璃钢的风力发电叶片制造质量的检测，属于无损检测技术领域。
背景技术
现有太赫兹时域光谱成像技术在检测过程中，被测工件放置在二维扫描平台上，或者将检测系统的发射器与接收器安装在二维扫描平台上，发射器发射太赫兹波，二维扫描平台在二维方向上移动，进行扫描检测，太赫兹波入射被测工件，被反射后携带检测数据由接收器接收并转换为电信号，依据时域信号及在傅里叶变换频谱中选择的每一个数据点的振幅或者相位进行成像，重构被测工件的空间密度分布、折射率分布和厚度分布等，完成成像检测。所述被测工件其材质为非极性电介质材料，如树脂基复合材料，所述工件如车身漆面，采用太赫兹时域光谱成像技术能够实现车身漆面分层厚度检测。理论上要求太赫兹波沿扫描点法向入射被测工件，当被测工件面形为平面，采用二维扫描平台即可满足该要求。如果被测工件面形为曲面，现有技术姑且将其视为平面进行检测，但是，如此处理不仅一次检测的检测区域要减小，而且检测误差将增大。更谈不上用于大型异形曲面工件的无损探伤。
与本发明相关的另一个领域的现有技术是机器人技术。机器人依路径规划而工作，现有机器人路径规划模式为示教再现方式，通过在线示教编程实现路径规划。但是，路径规划精度完全是靠示教者的目测决定，路径规划时间长，并且，当路径非常复杂时，路径规划时间较检测时间甚至更长。
发明内容
本发明其目的在于，将太赫兹时域光谱成像技术及机器人技术引入非极性电介质材料大型异形曲面工件的无损探伤领域，同时确保检测效率和检测精度，为此，我们发明了一种原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置及方法，根据被测大型异形曲面工件的表面原型，以离线编程的方式完成机器人路径规划，由机器人依路径规划控制和调整太赫兹时域光谱成像装置中的发射器和接收器，使得太赫兹波在扫描检测过程中始终保持在扫描点法向上。
本发明之原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置其特征在于，如图1所示，激发光源1通过光纤与发射器2连接，激发光源1、接收器3、控制器4分别与控制中心5电连接；控制器4还与机械手6通过电缆连接；所述发射器2和接收器3安装在机械手6上。
本发明之原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像方法其特征在于：
第一步，将机械手坐标系与被测工件坐标系建立在同一坐标系下，确定机械手6在该坐标系中的具体空间位置；
第二步，获取被测工件7表面原型的数学模型；
第三步，由控制中心5根据被测工件7的数学模型及机械手6的具体空间位置生成适合被测工件7的检测路径，以离线编程的方式编写机械手运动路径程序；
第四步，由控制中心5将所述检测路径的信号发送至控制器4，指令控制器4控制机械手6工作，如图1所示，机械手6挟持发射器2和接收器3分别进行扫描检测和接收每一个像素点的检测信号，所述检测信号为与被测工件7对应位置的太赫兹时域波形，并将检测信号发送给控制中心5；
第五步，控制中心5通过每一个像素点的太赫兹时域波形进行时域或者频域的算法计算，重构被测工件7的太赫兹时域光谱图像，获得检测结果。
本发明其技术效果在于，以机械手6取代现有技术中的二维扫描平台，检测方式不再是二维扫描。机械手6不仅具有三维空间行动能力，而且能够变换方位角和俯仰角。借助机械手6的所述特点，本发明根据被测工件7检测区域表面原型以离线编程方式编制机械手路径规划，再以此为指令控制机械手6工作，从而使发射器2发射的太赫兹波始终沿扫描点法向入射被测工件7，消除了现有技术中存在的检测误差，同时，一次检测区域能够扩大到机械手6的工作空间，提高了检测效率。本发明在应用机器人技术的同时，并未采用现有以示教再现方式通过在线示教编程编制路径规，而是根据被测工件7的数学模型及机械手6的具体空间位置确定适合被测工件7的检测路径，因此，不仅大幅提高检测效率，而且，能够胜任大型异形曲面工件的无损检测。
附图说明
图1是本发明之装置总体结构示意图及本发明之方法宏观工况示意图，该图同时作为摘要附图。
具体实施方式
本发明之原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置其具体方案如下所述。
如图1所示，激发光源1通过光纤与发射器2连接，激发光源1、接收器3、控制器4分别与控制中心5电连接；控制器4还与机械手6通过电缆连接；所述发射器2和接收器3安装在机械手6上。
本发明之原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像方法其具体方案如下所述。
第一步，将机械手坐标系与被测工件坐标系建立在同一坐标系下，确定机械手6在该坐标系中的具体空间位置，如通过三维测量设备或者iGPS等位置传感器确定。
第二步，获取被测工件7表面原型的数学模型。所述数学模型为被测工件7表面原型的设计数学模型，或者由三维扫描设备获取被测工件7表面原型的实际外形点云，再逆向设计形成的数学模型。
第三步，由控制中心5根据被测工件7的数学模型及机械手6的具体空间位置生成适合被测工件7的检测路径，以离线编程的方式编写机械手运动路径程序。进一步讲，根据机械手6和被测工件7在空间中的实际相对位置关系，利用机械手的运用学约束关系以及被测工件7的三维数学模型构建三维虚拟环境；在该三维虚拟环境中，根据机械手关节坐标路径数据，实现包括机械手旋转、缩放、移动在内的基本三维视觉控制；在三维虚拟环境中，根据机械手与被测工件的相对位置数据，以人机交互方式设置机械手坐标系与用户坐标系数据，将被测工件坐标系路径数据转换成机械手关节坐标路径数据；根据机械手关节坐标路径数据确定机械手运动仿真路径，通过观察机械手仿真动画，检查机械手运动仿真路径是否出现异常，在没有出现异常的情况下，检测机械手运动仿真路径的安全性，在安全性满足条件的情况下将机械手关节坐标路径数据转换成相应的机械手运动路径程序。
本步骤能够实现机械手复杂运动路径的编程，具有操作简单、工作效率更高的优点。同时能够对机械手关节范围、奇异位、运动空间进行自动检查，保障机械手在工作空间范围内从任意初始姿态自动运行到第一扫描检测点，在生成检测路径过程中，通过对机械手关节坐标路径数据的编辑和修改实现检测姿态的调整。
第四步，由控制中心5将所述检测路径的信号发送至控制器4，指令控制器4控制机械手6工作，如图1所示，机械手6挟持发射器2和接收器3分别进行扫描检测和接收每一个像素点的检测信号，所述检测信号为与被测工件7对应位置的太赫兹时域波形，并将检测信号发送给控制中心5。
第五步，控制中心5通过每一个像素点的太赫兹时域波形进行时域或者频域的算法计算，重构被测工件7的太赫兹时域光谱图像，获得检测结果。
Claims (5)
1.一种原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像装置，其特征在于，激发光源(1)通过光纤与发射器(2)连接，激发光源(1)、接收器(3)、控制器(4)分别与控制中心(5)电连接；控制器(4)还与机械手(6)通过电缆连接；所述发射器(2)和接收器(3)安装在机械手(6)上。
2.一种原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于：
第一步，将机械手坐标系与被测工件坐标系建立在同一坐标系下，确定机械手(6)在该坐标系中的具体空间位置；
第二步，获取被测工件(7)表面原型的数学模型；
第三步，由控制中心(5)根据被测工件(7)的数学模型及机械手(6)的具体空间位置生成适合被测工件(7)的检测路径，以离线编程的方式编写机械手运动路径程序；
第四步，由控制中心(5)将所述检测路径的信号发送至控制器(4)，指令控制器(4)控制机械手(6)工作，机械手(6)挟持发射器(2)和接收器(3)分别进行扫描检测和接收每一个像素点的检测信号，所述检测信号为与被测工件(7)对应位置的太赫兹时域波形，并将检测信号发送给控制中心(5)；
第五步，控制中心(5)通过每一个像素点的太赫兹时域波形进行时域或者频域的算法计算，重构被测工件(7)的太赫兹时域光谱图像，获得检测结果。
3.根据权利要求2所述的原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于，通过三维测量设备或者位置传感器确定机械手(6)在所建立的同一坐标系中的具体空间位置。
4.根据权利要求2所述的原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于，所述数学模型为被测工件(7)表面原型的设计数学模型，或者由三维扫描设备获取被测工件(7)表面原型的实际外形点云，再逆向设计形成的数学模型。
5.根据权利要求2所述的原型离线编程机器人太赫兹时域光谱成像方法，其特征在于，根据机械手(6)和被测工件(7)在空间中的实际相对位置关系，利用机械手的运用学约束关系以及被测工件(7)的三维数学模型构建三维虚拟环境；在该三维虚拟环境中，根据机械手关节坐标路径数据，实现包括机械手旋转、缩放、移动在内的基本三维视觉控制；在三维虚拟环境中，根据机械手与被测工件的相对位置数据，以人机交互方式设置机械手坐标系与用户坐标系数据，将被测工件坐标系路径数据转换成机械手关节坐标路径数据；根据机械手关节坐标路径数据确定机械手运动仿真路径，通过观察机械手仿真动画，检查机械手运动仿真路径是否出现异常，在没有出现异常的情况下，检测机械手运动仿真路径的安全性，在安全性满足条件的情况下将机械手关节坐标路径数据转换成相应的机械手运动路径程序。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170531 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |