CN113155957A - 一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法 - Google Patents

一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113155957A
CN113155957A CN202110234180.XA CN202110234180A CN113155957A CN 113155957 A CN113155957 A CN 113155957A CN 202110234180 A CN202110234180 A CN 202110234180A CN 113155957 A CN113155957 A CN 113155957A
Authority
CN
China
Prior art keywords
point cloud
cloud model
curved surface
workpiece
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110234180.XA
Other languages
English (en)
Inventor
甘华权
李海艳
黄运保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN202110234180.XA priority Critical patent/CN113155957A/zh
Publication of CN113155957A publication Critical patent/CN113155957A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/265—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/32—Arrangements for suppressing undesired influences, e.g. temperature or pressure variations, compensating for signal noise
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

本发明涉及无损探伤技术领域，公开了一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，复杂型面零件在加工后会产生变形的实际情况出发，改变盲目采用原先理论CAD模型而生成探测轨迹路线的做法，根据所述理论CAD模型相对于所述扫描点云模型的变形量，更新数模从而得到与工件内部结构曲面一致的实际点云模型，在此基础上再规划出更符合实际情况、更为精确的超声波探头运动轨迹路线，降低了超声波探头在检测复杂型面零件内部时误触碰到零件表面而损坏的风险，同时也显著提高了超声波检测的正确率。

Description

一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法
技术领域
本发明涉及无损探伤技术领域，更具体地说，是涉及一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法。
背景技术
机械设备是由许多零件构成的，对于核心零件或关键零件，其精度和表面质量一般有较高的要求，比如航天航空、汽车发动机、航海等方面的发动机叶片都应具备高精度、高表面质量，其表面和内部的缺陷或潜在的缺陷应尽量地少。随着智能设计和制造技术的发展，自由曲线和曲面技术被广泛运用于产品的设计与制造过程中，为此迫切需要有效的技术手段来实现CAD数字模型和与被加工后的零部件的精确检测与对比。三维扫描技术和三维散乱点云获取技术由于其高效、便捷、高精度等特点已经取代了传统的模板法，成为数字模型检测与比对的主要手段。
现有的零件检测方法主要有接触式检测和非接触式检测两种。
对于产品的内部缺陷，经常使用到的检测方法是射线检测与超声检测。其中射线的检测效果更好，其能够有效地反应铸件的缺陷种类、形状和大小等情况。而对于壁厚的铸件，超声波检测更能够精准地测出铸件的内部缺陷情况。
射线检测，采用X射线和Y射线来作为射线源，虽然射线检测反映出的产品内部缺陷比较直观，缺陷的形状、大小、位置与分布的范围都可以显示出来；但一般情况下缺陷的深度不会反映出来，还需要采用一些特殊操作与计算的方法来进行确定。再者，射线检测费用高、检测速度慢、对人体有副作用甚至一定伤害、对其他敏感物体有不良作用、对环境有辐射污染并且显影定影液回收困难，直接排放会造成环境污染。
超声检测是一种应用比较广泛的无损探伤检测，而优势表现在于，检测灵敏度高还能探测细小的裂纹、有很大的穿透能力探测厚面铸件。超声检测可以用来检测铸件的内部缺陷，利用高频的声能声束可以在铸件的内部进行传播，碰到产品内部缺陷发生反射而出现缺陷，内表面反射的声能可以检测产品缺陷的位置、壁厚还有表面之下缺陷的深度。
但超声波检测需要进行运动轨迹规划，由于其运动轨迹参考的是理论CAD模型结构，而复杂型面零件在加工后会产生变形，因此超声波检测在进行内部结构面检测时，会使原来按照理论CAD模型得到的超声波规划轨迹在实际零件中并不适用，从而造成检测失败，严重时还会损坏检测探头。
针对上述提及的技术不足，很有必要研发出一种内部结构曲面估计方法，消除原理论CAD模型与实际工件结构曲面之间的形状误差，从而为后续超声波检测规划更为精确的运动轨迹路线。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，以克服现有技术中超声波运动轨迹走向与已变形工件表面不匹配的问题。
本发明上述目的通过以下装置的技术方案实现：
一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，包括以下步骤：
(1)利用三维激光扫描设备获取待检测工件的实际点云数据，形成扫描点云模型；
(2)导入待检测工件的理论CAD数字模型，离散为点云格式，形成理论CAD点云模型；
(3)采用配准算法调整所述扫描点云模型的位置、姿态，使其与所述理论CAD点云模型重合；
(4)建立由若干个三维晶格组合而成的自由变形控制网格，将经所述步骤(3)配准后的所述扫描点云模型与所述理论CAD点云模型嵌入至所述网格中；
(5)采用自由变形控制算法修正所述理论CAD点云模型，求得待检测工件的实际点云模型，从而估算出待检测工件的实际内部结构曲面；
(6)交互所述步骤(5)得到的工件内部结构曲面，生成超声波探头的运动轨迹。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(3)中，通过选择所述扫描点云模型上的点与相对应所述理论CAD点云模型上的面对齐，将所述扫描点云模型的位置姿态调整为与所述理论CAD点云模型一致。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(4)中，所述自由变形控制网格包括但不仅限于自由变形网格FFD、扩展自由变形网格EFFD、直接自由变形网格DFFD。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(4)中，所述扫描点云模型、所述理论CAD点云模型待检测变形量的区域必须位于所述网格之内。
作为本发明的进一步优化方案，当采用所述自由变形网格FFD时，所述网格为由若干个所述三维晶格组成的平行六面体，每个所述三维晶格的顶点为控制顶点，所述步骤(5)的算法过程如下：
第一步、构造一个局部三轴坐标系STU，计算每个所述控制顶点的绝对坐标；
第二步、将所述扫描点云模型上的点作为目标点，通过投影得到所述理论CAD点云模型上对应的源点，所述源点在所述网格里的局部坐标为(s、t、u)；
第三步、采用基函数公式计算所述源点到所述目标点之间的变形量ΔP，求得所述理论CAD点云模型相对于所述扫描点云模型的变形位置，并且以变形量ΔP更新所述控制顶点的绝对坐标，进而计算出变形后的所述理论CAD点云模型的任意型值点的位置坐标；
第四步、根据所述型值点的位置坐标反求出变形后所述理论CAD点云模型的源点，从而得到变形后的CAD点云模型，也就是得到所述实际点云模型，进而估算出待检测工件的内部结构曲面。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(5)的第一步中，所述局部坐标系STU的S、T、U方向长度分别为1、m、n，其中每个三维晶格的顶点为控制顶点，每个所述控制顶点的绝对坐标Pi，j，k由以下公式求得：
i＝0，1…，l；j＝0，1…，m；k＝0，1…n；
S＝Pl，0，0-P0，0，0，T＝P0，m，0-P0，0，0，U＝P0，0，n-P0，0，0
其中，
Figure BDA0002960017930000041
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(5)的第二步中，所述源点在所述网格里的局部坐标(s、t、u)通过以下公式得到：
Figure BDA0002960017930000042
其中，Q为局部坐标系上任意的一点，S＝Pl，0，0-P0，0，0，T＝P0，m，0-P0，0，0，U＝P0，0，n-P0，0，0。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(5)的第三步中，所述基函数包括但不仅限于B样条基函数、Nurbs基函数以及Bernstein多项式。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(5)的第四步中，反求过程为：先对所述型值点进行u向反算，反算得到一组源点，再以所述源点为型值点进行v向反算，从而得到曲面上所有的所述源点。
作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(6)中，交互所述实际点云模型内部经过变形的结构曲面，按照指定离散间距及轨迹形式，得到所述实际点云模型内部指定曲面每个点的法线；再根据每个点的法线，得到其与所述实际点云模型的交叉点；再根据声学折射定律以及距离公式，计算形成超声波探头的三维运动轨迹，所述超声波探头用于扫查工件结构曲面；
声学折射定律公式为
Figure BDA0002960017930000051
其中，α1为入射声束角度，指声束在耦合介质中与所述待检测工件外形曲面入射点法线之间的夹角，α2为经过工件外形曲面进入工件内部的折射声束与工件外形曲面入射点法线之间的夹角，c1为声波在耦合介质中的声束，c2为声波在工件中的声速；
距离公式为
Figure BDA0002960017930000052
其中：d1为探头中心表面至所述待检测工件外表面声束入射点的距离，d2为声束从工件外表面入射点至内部曲面的传播距离，f为探头的焦聚α。
本发明使用三维激光扫描设备，扫描待检测的复杂型面工件(如飞机涡轮叶片等)取其三维点云模型；然后再利用所获取的所述扫描点云模型，通过特征点及面约束条件下的刚性对齐与光滑柔性变形，去修正由于在加工过程中所导致的变形与实际工件存在偏差的理论CAD点云模型，从而形成与实际工件曲面相符的最终数模(包括零件的外形曲面和内部结构曲面)，因此获得零件的内部估计结构曲面；最后再根据声学折射定律，计算形成检测探头随形检测时的运动轨迹，以便在所述检测探头根据运动轨迹扫查工件时，折射声束尽可能垂直于工件的内部结构曲面，所述检测探头焦点尽可能位于工件的内部结构曲面上，从而降低了检测复杂型面工件内部时检测探头误触碰工件表面而造成损坏的风险和降低检测失败的概率。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明从复杂型面零件在加工后会产生变形的实际情况出发，改变盲目采用原先理论CAD模型而生成探测轨迹路线的做法，提出了一种基于自由变形的针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，根据所述理论CAD模型相对于所述扫描点云模型的变形量，更新数模从而得到与工件内部结构曲面一致的实际点云模型，在此基础上再规划出更符合实际情况、更为精确的超声波探头运动轨迹路线，降低了超声波探头在检测复杂型面零件内部时误触碰到零件表面而损坏的风险，同时也显著提高了超声波检测的正确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明导向方法的流程原理图；
图2为本实施例的FFD控制网格框架示意图；
图3为扫描点云模型与理论CAD点云模型嵌入在FFD控制网格中的示意图；
图4为超声声束由工件表面折射进入工件内部的示意图；
图5为水距与超声声束在工件中的声程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实施例提供了一种一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，包括如下步骤：
步骤1、利用三维激光扫描设备获取待检测工件的实际点云数据，形成扫描点云模型。
步骤2、导入待检测工件的理论CAD数字模型，离散为点云格式，形成理论CAD点云模型。
步骤3、如图3所示，采用配准算法将所述扫描点云模型与所述理论CAD点云模型重合，也就是将两者的位置与姿态调整为一致，由于复杂型面零件在机械加工中，壁体较厚的部分变形量微小，因此建议先通过交互选择所述扫描点云模型较厚部分上的点，然后再选择该点位于对应所述理论CAD点云模型上的面，依次重复此操作，从而使两所述模型大致重合；
补充说明的是，实际应用中所述扫描点云模型与所述理论CAD点云模型可以采用不同的配准算法实现重合，因此本实施例不对配准算法作具体限定。
步骤4、如图2所示，建立由若干个三维晶格组合而成的自由变形网格FFD，将经所述步骤(3)配准后的所述扫描点云模型与所述理论CAD点云模型嵌入至所述网格中；为保证能够获得全面而准确的工件数模，所述扫描点云模型、所述理论CAD点云模型待检测变形量的区域必须位于所述网格之内；
应当注意的是，本发明除了采用FFD自由变形方法之外，还可以采用EFFD扩展自由变形、DFFD直接自由变形等其他方法，均能够用于对所述理论CAD点云模型的更新，而本实施例以FFD自由变形方法作为优选项，简要阐述数模变形的算法过程。
步骤5、采用自由变形控制算法修正所述理论CAD点云模型，求得待检测工件的实际点云模型，从而估算出待检测工件的实际内部结构曲面，具体如下：
5.1构造一个局部三轴坐标系STU，所述局部坐标系STU的S、T、U方向长度分别为l、m、n，其中每个三维晶格的顶点为控制顶点，由于控制顶点均匀分布在六面体内部及其表面上，因此可以由以下公式求得各个所述控制顶点的绝对坐标：
Figure BDA0002960017930000081
其中，
Figure BDA0002960017930000082
5.2将所述扫描点云模型上的点作为目标点，通过投影得到所述理论CAD点云模型上对应的源点，所述源点在所述网格里的局部坐标为(s、t、u)，具体地，
Figure BDA0002960017930000083
其中，Q为局部坐标系上任意的一点，S＝Pl,0,0-P0,0,0，T＝P0,m,0-P0,0,0，U＝P0,0,n-P0,0,0。
5.3由于在平行六面体三维晶格的局部坐标系STU内所述控制顶点一旦发生移动，其内所有点的变形位置q都可以通过以下公式得出：
Figure BDA0002960017930000084
其中Pi,j,k分别是S、T、U方向的第i个、第j个、第k个控制点，Bl(s),Bm(t),Bn(u)都是B样条基函数，其按照递归公式定义如下：
Figure BDA0002960017930000085
式中：k为B样条次数，U＝[u0,u1,.......,un+k+1]为B样条基函数的节点向量，ui为节点值，且应满足ui≤ui+1，式子
Figure BDA0002960017930000091
用矩阵形式写成q＝BP，其中B是混合函数的单行矩阵，P是n×3(n个控制点，每个点有3个坐标值)数组，其行是所述控制顶点的坐标。由所述理论CAD点云模型上对应的源点q变化到所述扫描点云模型上的目标点qnew，即qnew＝B(P+ΔP),or Δq＝BΔP，ΔP是控制顶点位置的变化，Δq是目标点位置的变化。由于已知Δq，通过ΔP＝B+Δq，即可反求出网格控制顶点的变化ΔP，最后更新网格控制顶点得到变形后新的网格控制顶点Pnew。
其中B+是广义逆，让B＝CD，其中，B是m×n矩阵，C是m×k，D是k×n。B的伪逆B+的一般公式由B+＝CT(CCT)-1(DTD)-1DT，这个公式既可用于欠定方程组，也可用于超定方程组。当问题确定不足时，只需(DTD)-1DT来计算伪逆，B＝D。同样，超定情况下的伪逆由CT(CCT)-1计算。(DTD)-1减少至
Figure BDA0002960017930000092
5.4根据变形后新的网格控制顶点Pnew，运用以下公式：qnew＝BPnew，能够计算变形后的所述理论CAD模型的任意型值点的位置坐标；
5.5根据模型的型值点，反求模型的控制点，从而得到变形后的所述理论CAD模型，也就是得到所述实际点云模型，进而估算出待检测工件的内部结构曲面。反求过程如下：
5.5.1以U向截面数据点(型值点)及端点u向切矢，应用B样条曲线反算，构造出各截面曲线，求出它们的B样条控制顶点：
Figure BDA0002960017930000093
5.5.2仍以U向视首末截面数据点处v向切矢为“位置矢量”表示的“数据点”，又视四角角点扭矢为“端点v向切矢”，应用曲线反算，求出定义首末u参数边界(即首末截面曲线)的跨界切矢曲线的控制顶点；
5.5.3然后固定指标i，以第一步求出的n+1条截面曲线的控制顶点阵列中的第i排即：
Figure BDA0002960017930000101
为“数据点”，以上一步求出的跨界切矢曲线的第i个顶点为”端点切矢”，在节点矢量V上应用曲线反算，分别求出m+3条插值曲线即控制曲线的B样条控制顶点：di,j；i＝0,1...,m+2；j＝0,1...,n+2,所求即为双三次B样条插值曲面的控制顶点。
由上可知，本实施例采用了B样条基函数，在其他实施方式中，还可以采用Nurbs基函数、Bernstein多项式等其他函数，同样能够求得变形位置。
步骤6、交互所述步骤(5)得到的工件内部结构曲面，生成超声波探头的运动轨迹。具体地说，如图4、图5所示，交互所述实际点云模型内部经过变形的结构曲面，按照指定离散间距及轨迹形式，得到所述实际点云模型内部指定曲面每个点的法线；再根据每个点的法线，得到其与所述实际点云模型的交叉点；再根据声学折射定律以及距离公式，计算形成超声波探头的三维运动轨迹，所述超声波探头用于扫查工件结构曲面；
声学折射定律公式为
Figure BDA0002960017930000102
其中：α1为入射声束角度，指声束在耦合介质(例如水)中与所述待检测工件外形曲面入射点法线之间的夹角，α2为经过工件外形曲面进入工件内部的折射声束与工件外形曲面入射点法线之间的夹角，c1为声波在耦合介质中的声束，c2为声波在工件中的声速，声速的方向不定，可以是纵波也可以是横波；
距离公式为
Figure BDA0002960017930000103
其中：d1为探头中心表面至所述待检测工件外表面声束入射点的距离，d2为声束从工件外表面入射点至内部曲面的传播距离，f为探头的焦聚。
本实施例采用三维扫描技术获得的扫描点云模型与理论CAD模型，先通过投影和自由变形方法(例如FFD)，最后求两次广义逆进而得到变形后的CAD模型，最终获得与生产工件内部结构高度吻合的估计曲面，再交互此估计曲面来生成超声波运动轨迹路线，如此设置，极大地提高了探头路径的准确性，保证了检测的正确性。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用三维激光扫描设备获取待检测工件的实际点云数据，形成扫描点云模型；
(2)导入待检测工件的理论CAD数字模型，离散为点云格式，形成理论CAD点云模型；
(3)采用配准算法调整所述扫描点云模型的位置、姿态，使其与所述理论CAD点云模型重合；
(4)建立由若干个三维晶格组合而成的自由变形控制网格，将经所述步骤(3)配准后的所述扫描点云模型与所述理论CAD点云模型嵌入至所述网格中；
(5)采用自由变形控制算法修正所述理论CAD点云模型，求得待检测工件的实际点云模型，从而估算出待检测工件的实际内部结构曲面；
(6)交互所述步骤(5)得到的工件内部结构曲面，生成超声波探头的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过选择所述扫描点云模型上的点与相对应所述理论CAD点云模型上的面对齐，将所述扫描点云模型的位置姿态调整为与所述理论CAD点云模型一致。
3.根据权利要求1所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述自由变形控制网格包括但不仅限于自由变形网格FFD、扩展自由变形网格EFFD、直接自由变形网格DFFD。
4.根据权利要求3所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述扫描点云模型、所述理论CAD点云模型待检测变形量的区域必须位于所述网格之内。
5.根据权利要求3所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：当采用所述自由变形网格FFD时，所述网格为由若干个所述三维晶格组成的平行六面体，每个所述三维晶格的顶点为控制顶点，所述步骤(5)的算法过程如下：
第一步、构造一个局部三轴坐标系STU，计算每个所述控制顶点的绝对坐标；
第二步、将所述扫描点云模型上的点作为目标点，通过投影得到所述理论CAD点云模型上对应的源点，所述源点在所述网格里的局部坐标为(s、t、u)；
第三步、采用基函数公式计算所述源点到所述目标点之间的变形量ΔP，求得所述理论CAD点云模型相对于所述扫描点云模型的变形位置，并且以变形量ΔP更新所述控制顶点的绝对坐标，进而计算出变形后的所述理论CAD点云模型的任意型值点的位置坐标；
第四步、根据所述型值点的位置坐标反求出变形后所述理论CAD点云模型的源点，从而得到变形后的CAD点云模型，也就是得到所述实际点云模型，进而估算出待检测工件的内部结构曲面。
6.根据权利要求5所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(5)的第一步中，所述局部坐标系STU的S、T、U方向长度分别为l、m、n，其中每个三维晶格的顶点为控制顶点，每个所述控制顶点的绝对坐标Pi,j,k由以下公式求得：
Figure FDA0002960017920000021
其中，
Figure FDA0002960017920000022
7.根据权利要求5所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(5)的第二步中，所述源点在所述网格里的局部坐标(s、t、u)通过以下公式得到：
Figure FDA0002960017920000031
其中，Q为局部坐标系上任意的一点，S＝Pl,0,0-P0,0,0，T＝P0,m,0-P0,0,0，U＝P0,0,n-P0,0,0。
8.根据权利要求5所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(5)的第三步中，所述基函数包括但不仅限于B样条基函数、Nurbs基函数以及Bernstein多项式。
9.根据权利要求5所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(5)的第四步中，反求过程为：先对所述型值点进行u向反算，反算得到一组源点，再以所述源点为型值点进行v向反算，从而得到曲面上所有的所述源点。
10.根据权利要求1所述的一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法，其特征在于：所述步骤(6)中，交互所述实际点云模型内部经过变形的结构曲面，按照指定离散间距及轨迹形式，得到所述实际点云模型内部指定曲面每个点的法线；再根据每个点的法线，得到其与所述实际点云模型的交叉点；再根据声学折射定律以及距离公式，计算形成超声波探头的三维运动轨迹，所述超声波探头用于扫查工件结构曲面；
声学折射定律公式为
Figure FDA0002960017920000032
其中：α1为入射声束角度，指声束在耦合介质中与所述待检测工件外形曲面入射点法线之间的夹角，α2为经过工件外形曲面进入工件内部的折射声束与工件外形曲面入射点法线之间的夹角，c1为声波在耦合介质中的声束，c2为声波在工件中的声速；
距离公式为
Figure FDA0002960017920000033
其中：d1为探头中心表面至所述待检测工件外表面声束入射点的距离，d2为声束从工件外表面入射点至内部曲面的传播距离，f为探头的焦聚。
CN202110234180.XA 2021-03-03 2021-03-03 一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法 Pending CN113155957A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110234180.XA CN113155957A (zh) 2021-03-03 2021-03-03 一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110234180.XA CN113155957A (zh) 2021-03-03 2021-03-03 一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113155957A true CN113155957A (zh) 2021-07-23

Family

ID=76883919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110234180.XA Pending CN113155957A (zh) 2021-03-03 2021-03-03 一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113155957A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080127733A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Nihat Kurkcu Ultrasonic inspection system, method, and apparatus
CN101750030A (zh) * 2008-12-17 2010-06-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 曲面检测系统及方法
CN103488832A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 大连理工大学 一种复杂曲面零件破损区域的几何修复方法
CN106023156A (zh) * 2016-05-10 2016-10-12 中国商用飞机有限责任公司 基于检测特征的点云模型与cad模型的配准方法
CN106504327A (zh) * 2016-11-04 2017-03-15 辽宁工程技术大学 一种边坡点云曲面重建及变形信息提取方法
CN109489580A (zh) * 2018-12-10 2019-03-19 华东理工大学 一种复杂表面加工的在机点云检测及补偿方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080127733A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Nihat Kurkcu Ultrasonic inspection system, method, and apparatus
CN101750030A (zh) * 2008-12-17 2010-06-23 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 曲面检测系统及方法
CN103488832A (zh) * 2013-09-23 2014-01-01 大连理工大学 一种复杂曲面零件破损区域的几何修复方法
CN106023156A (zh) * 2016-05-10 2016-10-12 中国商用飞机有限责任公司 基于检测特征的点云模型与cad模型的配准方法
CN106504327A (zh) * 2016-11-04 2017-03-15 辽宁工程技术大学 一种边坡点云曲面重建及变形信息提取方法
CN109489580A (zh) * 2018-12-10 2019-03-19 华东理工大学 一种复杂表面加工的在机点云检测及补偿方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIRK BIERMANN ET AL.: "Direct free-form deformation of NC programs for surface reconstruction and form-error compensation", 《PROD. ENG. RES. DEVEL.》 *
张定华 等: "考虑弯扭变形的叶片模型配准方法", 《航空学报》 *
徐静芳: "三维散乱数据点的曲面重建及其变形技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
王艳颖 等: "反求工程在曲面工件超声无损检测中的应用研究", 《机械科学与技术》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pottmann et al. Geometry of the squared distance function to curves and surfaces
CN103488832B (zh) 一种复杂曲面零件破损区域的几何修复方法
US7640137B2 (en) Shape model generation method and shape model generation system
Chen et al. An integrated reverse engineering approach to reconstructing free-form surfaces
CN110069041B (zh) 一种基于在机测量的工件加工方法及系统
CN109683552B (zh) 一种基面曲线导向的复杂点云模型上的数控加工路径生成方法
CN112461175A (zh) 一种风扇整体叶盘宽弦、大扭角叶型测量方法
CN104570928A (zh) 基于共形参数化的网格曲面上数控加工轨迹规划方法
Zheng et al. A primitive-based 3D reconstruction method for remanufacturing
CN112508895B (zh) 一种基于曲面配准的螺旋桨叶片质量评估方法
Ravishankar et al. Automated inspection of aircraft parts using a modified ICP algorithm
Peng et al. Viewpoints planning for active 3-D reconstruction of profiled blades using estimated occupancy probabilities (EOP)
Li et al. Section curve reconstruction and mean-camber curve extraction of a point-sampled blade surface
Li et al. A laser scanning posture optimization method to reduce the measurement uncertainty of large complex surface parts
Du et al. Wire arc additive manufacturing from the perspective of remanufacturing: A review of data processing
CN117934312A (zh) 激光扫描投影系统的投影图形畸变预测补偿校正方法
CN104741791B (zh) 一种曲面工件表面阵列微结构图形布局方法
CN113155957A (zh) 一种针对大变形零件内部结构曲面的超声波导向方法
CN110851967B (zh) 非完整测量数据下的空心涡轮叶片精铸蜡型模型重构方法
Zhang et al. Robot automation grinding process for nuclear reactor coolant pump based on reverse engineering
CN116695113A (zh) 一种基于曲率判别的nurbs曲面激光熔覆轨迹规划方法
Pham et al. Reverse engineering–hardware and software
Cui RETRACTED ARTICLE: 3D scanning modelling of auto parts for intelligent driving
Séguin-Charbonneau et al. Automated Path Generation for Robotic UT Inspection of CFRP Components
Khameneifar Section-specific geometric error evaluation of airfoil blades based on digitized surface data

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210723