CN113984887A - 一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无损检测领域。一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法，它在盘件涡流自动检测系统已有的机械扫描器、转台、控制软件基础上，增加金属直杆、直流电源、指示元件，来构成盘环件轮廓测量系统。测量方法概括为，由机械扫描器带动金属直杆移动，对同心装卡在转台台面上的盘件进行径向轮廓尺寸的测量，通过记录测头顶端与工件刚好相接触时机械扫描器坐标值，并结合金属直杆工作角度、与盘件接触位置等信息进行坐标转换和图形处理，来求得工件轮廓尺寸数据。该方法基于盘件涡流自动检测系统已有软硬件实施盘件径向截面轮廓的在线测量，可高精度、快速、低成本地获取尺寸未知盘件的径向截面轮廓数据。

Description

一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法

技术领域

本发明属于表面无损检测技术领域，提供了一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法，具有高精度、快速、低成本、可在线实施的特点。

背景技术

涡流检测对金属材料上紧密闭合的表面裂纹、近表面裂纹十分敏感，在航空发动机盘件的无损检测中具有重要地位。但涡流检测对探头、工件间角度、距离的变化十分敏感，检测时要求保持探头与工件表面垂直接触，否则检测将受到干扰。且航空发动机盘件一般是在加工到一定阶段后进行表面缺陷检测，其形状以曲面居多，因此，常规手动检测的方式难以胜任，必须采用涡流自动检测技术。

盘件涡流自动检测系统目前已在航空发动机盘件的制造和维修检查阶段得到应用。该类设备主要由机械扫描器、转台、涡流探伤模块和涡流探头、控制系统等组成，其中机械扫描器可由X轴、Y轴、Z轴、位于X-Y-Z轴末端的探头转角轴2以及固定于探头转角轴2上的可弹性伸缩探头座组成。

盘件涡流自动检测的流程为：首先，将涡流探头固定于可弹性伸缩探头座上且探头轴线与探头座的弹性伸缩方向平行；然后，将盘件同心装卡在机械扫描器下方的转台台面上；最后，在控制系统指挥下，由机械扫描器带动探头沿盘件径向截面轮廓步进，由转台带动盘件旋转，以上两种运动相复合，实现探头对盘件水平面、竖直圆孔面、竖直圆柱面、圆锥面、过渡圆弧面等中心对称回转表面的精密扫查。以上过程中，由于盘件形状的复杂性，为保持探头与盘件表面垂直接触，必须基于盘件的径向截面轮廓数据，进行探头移动路径的编程。

目前，盘件涡流自动检测系统中探头移动路径的编程方式有：

1)基于CAD图形的离线编程方式

该功能适用于尺寸已知盘件，典型步骤为：

首先，通过调取设计图纸或三坐标测量等方式获取盘件径向截面轮廓的二维CAD数据。

然后，对CAD数据的坐标定义方式做必要修正，使之与盘件涡流自动检测系统中盘件的坐标定义方式一致，即以盘件回转中心作为盘件径向截面轮廓的X轴坐标零点位置，以盘件与转台相接触的表面作为盘件径向截面轮廓的Z轴坐标零点位置。

最后，将CAD数据、探头步进间距和步进方向等信息输入至盘件涡流自动检测系统的控制系统，由该软件完成机械扫描器各轴运动轨迹的计算。

2)基于教学的在线编程方式

该功能适用于尺寸未知盘件，典型步骤为：

首先，将盘件同心装卡在机械扫描器下方的转台台面上，将涡流探头装卡在机械扫描器末端的可弹性伸缩探头座上；

然后，在调节探头与盘件径向截面重合且调节探头与盘件表面垂直接触的基础上，沿盘件被测表面移动探头，目测确定合适的步进起始和结束位置，记录相应的机械扫描器坐标值；

最后，将记录的坐标值、探头步进间距和步进方向等信息输入至盘件涡流自动检测系统的控制系统，由该软件完成机械扫描器各轴运动轨迹的计算。

以上编程方式对于开展盘件涡流自动检测至关重要，然而尚存在不足：

基于CAD图形的离线编程方式，仅适用于尺寸已知的盘件，对于缺少CAD图形文件支撑的盘件，或者加工余量波动较大的中间坯盘件则不适用，难以满足小批量、多品种工件的快速和经济性检测需求；

基于教学的在线编程方式，精度不高，仅能在方向为水平、竖直的盘件表面上采用，难以在倾斜表面上有效实施。

因此，需研制一种能够适用于尺寸未知盘件的具有高精度、快速、低成本特点的盘件轮廓获取方法，以满足盘件涡流自动检测中探头移动路径编程的实际需求。

发明内容

本发明针对技术现状不足，提供了一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法，该方法基于盘件涡流自动检测系统已有软硬件实施盘件径向截面轮廓的在线测量，可高精度、快速、低成本地获取尺寸未知盘件的径向截面轮廓数据。

总体方案设计：在盘件涡流自动检测系统已有的机械扫描器、转台、控制系统基础上，增加金属直杆、直流电源、指示元件，来构成盘件轮廓测量系统。测量方法概括为，由机械扫描器带动金属直杆移动，对同心装卡在转台台面上的盘件进行径向轮廓尺寸的测量，通过记录测头顶端与工件刚好相接触时机械扫描器坐标值，并结合金属直杆工作角度、与盘件接触位置等信息进行坐标转换和图形处理，来求得工件轮廓尺寸数据。

本发明在一个方面，提供了一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法，所述涡流自动检测系统包括机械扫描器、转台、涡流探伤模块、涡流探头和控制系统，控制系统内建有直角坐标系，其中XY轴代表水平面，Z轴代表高度，该方法将所述涡流探头替换为金属直杆，该金属直杆的端头为不带倒角的圆形平面；该方法还在涡流自动检测系统上增加了直流电源和指示元件，当所述金属直杆与被测盘件接触时，金属直杆与被测盘件、转台、指示元件和直流电源构成串联关系；

该方法包括以下步骤：

S1、将被测盘件同心装卡在机械扫描器下方的水平转台的台面上；

S2、移动金属直杆至盘件母线的多个待测部位，根据机械扫描器坐标获得母线上各线段的特征位置并修正；

S3、由控制系统绘制各线段在XZ方向投影的二维草图；

S4、由控制系统绘制盘件的轮廓图。

有利地，所述金属直杆安装在机械扫描器的探头转角轴端部的可弹性伸缩探头座上，金属直杆的轴线与可弹性伸缩探头座的弹性伸缩方向平行。

有利地，当电路连通时，所述指示元件发出信号，否则电路为开路，指示元件不发出信号。

有利地，步骤S2中，定位并记录机械扫描器坐标包括以下几种情况：

(1)若待测部位平行于X-Y平面

调节金属直杆沿Z向且沿Z向移动金属直杆，使金属直杆顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录一个使指示元件刚好发出信号的机械扫描器Z轴坐标值z₁₁；

(2)若待测部位为圆锥面

在调节金属直杆沿Z向且与转台中心Y向重合的基础上，在位于转台中心同一侧的两个不同X轴位置分别沿Z向移动金属直杆，使金属直杆顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录两组使指示元件刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₂₁，z₂₁)、(x₂₂，z₂₂)；

(3)若待测部位为过渡圆弧面

在调节金属直杆沿Z向且与转台中心Y向重合的基础上，在位于转台中心同一侧的三个不同X向位置分别沿Z向移动金属直杆，使金属直杆顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录三组使指示元件刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₃₁，z₃₁)、(x₃₂，z₃₂)、(x₃₃，z₃₃)；

(4)若待测部位为竖直圆柱面

在调节金属直杆沿X向且与转台中心Y向重合的基础上，沿X向移动金属直杆，使金属直杆顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到该部位，在此过程中记录一个使指示元件刚好发出信号的机械扫描器X轴坐标值x₄₁；

(5)若待测部位为竖直圆孔面

调节金属直杆沿X向且在三个不同的Y向位置分别沿X向移动金属直杆，使金属直杆顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录三组使指示元件刚好发出信号的机械扫描器X、Y轴坐标(x₃₁，y₃₁)、(x₃₂，y₃₂)、(x₃₃，y₃₃)。

有利地，步骤S2中，修正包括以下几种情况：

(1)若待测部位平行于X-Y平面，令z₁₁＝z₁₁-z₀，其中，z₀为使Z向金属直杆刚好与转台台面相接触的机械扫描器Z轴坐标，下同；

(2)若被测部位为圆锥面，令z_2i＝z_2i-z₀，另外，若(x_2i-x₀)＞0，令x_2i＝x_2i-d-x₀，否则令x_2i＝x_2i+d-x₀，i＝1，2，其中：x₀为使Z向金属直杆轴线与转台中心重合的X轴坐标，d为金属直杆顶端半径，下同；

(3)若被测部位为过渡圆弧面，首先，令z_3i＝z_3i-z_Q，另外，若(x_3i-x₀)＞0，令x_3i＝x_3i-d-x₀，否则令x_3i＝x_3i+d-x₀，i＝1，2，3；然后，将坐标值(x₃₁，y₃₁)、(x₃₂，y₃₂)、(x₃₃，y₃₃)代入圆的方程公式通过联立方程组求解，得到圆的半径R和圆心坐标(a，b)；

(4)若被测部位为竖直圆柱面，令x₄₁＝x₄₁-x′₀，其中，x′₀为使X向金属直杆顶端与转台中心重合的机械扫描器X轴坐标，下同；

(5)若被测部位为竖直圆孔面，首先对坐标值y_5i做修正，若(y_5i-y₀)＞0，令y_3i＝y_3i-d，否则令y_3i＝y_3i+d，i＝1，2，3，其中，y₀为使金属直杆与转台中心Y向重合的Y轴坐标，下同。然后，将坐标值(x₅₁，y₅₁)、(x₅₂，y₅₂)、(x₅₃，y₅₃)代入圆的方程公式，通过联立方程组求解，得到圆的半径R′。

有利地，步骤S3中绘制各线段的二维草图包括以下几种情况：

(1)若待测部位平行于X-Y平面，在控制系统的图形界面上绘制一条Z轴截距为z₁₁的X向直线段；

(2)若被测部位为圆锥面，在控制系统的图形界面上绘制穿过坐标点(x₂₁，z₂₁)、(x₂₂，z₂₂)的一条直线段；

(3)若被测部位为过渡圆弧面，在控制系统的图形界面上绘制半径为R，圆心坐标为(a，b)的一个圆；

(4)若被测部位为竖直圆柱面，在控制系统的图形界面上绘制一条X轴截距为x₄₁的Z向直线段；

(5)若被测部位为竖直圆孔面，在控制系统的图形界面上绘制一条X轴截距为R′的Z向直线段。

有利地，步骤S3之后若还需要盘件的底面轮廓，则将盘件翻面安装并按步骤S2和步骤S3进行绘制。

有利地，步骤S4中，通过对各线段的二维草图做必要的镜像复制、剪裁或延伸处理，得到盘件径向截面轮廓图形。

本发明的主要创新点在于：

1)基于航空盘件外形特点的测头及其工作方式

航空盘件轮廓表面主要由水平面、竖直圆孔面、竖直圆柱面、圆锥面、过渡圆弧面等中心对称回转表面组成，相应地，其径向截面轮廓也主要由直线段、R弧相互连接构成。根据盘件这一外形特点，采用顶端为不带倒角的圆形平面的金属直杆测头，并为测头设计了水平、竖直的工作角度，这一方案保证了任一时刻，金属直杆与盘件相接触的点均处于金属直杆顶端圆形平面上的特定位置，使得可结合金属直杆顶端半径、机械轴坐标等少量信息，通过简单几何换算和CAD图形处理，来快速求得盘件轮廓尺寸，即以较为简单的测头结构形式和数学计算，达到与三坐标中采用复杂结构测头和位置求解算法相接近的测量效果。

2)基于盘件涡流自动检测系统功能特点的在线测量方案

盘件涡流自动检测系统包含高精度的机械扫描器、转台及控制上述轴的软件，这些要素使其具备了三坐标测量机的潜质。基于盘件涡流自动检测系统这一功能特点，提出在盘件涡流自动检测系统已有机械扫描器、转台、控制系统基础上，增加金属直杆、电源、指示元件等少量元件，来构成盘件径向截面轮廓在线测量系统的方案。

3)基于导电回路的盘件轮廓定位方法

盘件涡流自动检测系统的转台为金属框架结构，盘件为金属材质，均具有良好导电性，根据上述特点，搭建了由金属直杆、转台、指示元件直流电源构成的串联电路，由于当金属直杆与转台或其台面上摆放的金属物体相接触时，电路构成回路，指示元件发出信号，否则电路为开路，指示元件不发出信号，因此，该电路为金属直杆、盘件接触状态的判断提供了手段，进而可利用指示元件刚好发出信号的金属直杆顶端位置来精确确定盘件轮廓的位置。

有益效果：该方法基于盘件涡流自动检测系统已有软硬件实施盘件径向截面轮廓的在线测量，可高精度、快速、低成本地获取尺寸未知盘件的径向截面轮廓数据。通过在盘件涡流自动检测系统上实现盘件轮廓尺寸的在线、高精度、快速、低成本测量，有效解决缺少CAD图形文件的盘件、加工余量波动较大的中间坯盘件以及试制阶段小批量多品种盘件的快速和经济性检测需求。

已经讨论的特征、功能和优点可在各种示例中独立实现，或者可以在其他示例中进行组合。可参照以下描述和附图看出示例的其他细节。

附图说明

当结合附图阅读时，通过参考以下对本发明示例的详细描述，将最好地理解例示性示例以及优选的使用模式、其他目的及其描述，其中：

图1是实施例中盘件径向截面的示意图；

图2是实施例中测量系统组成示意图；

图3是实施例中用于盘件正面的测头角度和测点位置示意；

图4是实施例中用于盘件反面的测头角度和测点位置示意；

图5是实施例中控制系统上绘制的盘件正面轮廓草图；

图6是实施例中控制系统上绘制的盘件反面轮廓草图；

图7是实施例中控制系统上由轮廓草图至盘件径向截面轮廓的处理过程和结果。

具体实施方式

将参照附图更充分地描述所公开的示例，在附图中示出了所公开示例中的一些(但并非全部)。事实上，可描述许多不同的示例并且这些示例不应该被解释为限于本文中阐述的示例。相反，描述这些示例，使得本公开将是彻底和完全的，并且将把本公开的范围充分传达给本领域的技术人员。

实施例：航空盘件涡流自动检测中工件轮廓尺寸的在线获取

下面结合图1～图7，以某航空盘件涡流自动检测中盘件轮廓的在线获取为例，说明本发明具体实施过程。

已知某盘件7外形轮廓如图1，包括水平面、竖直圆柱面、竖直圆孔面、圆锥面、过渡圆弧面等。该盘件7需进行全表面的涡流自动检测，但尚处于中间坯阶段，加工余量波动范围大，因此难以通过设计图纸获得精确的轮廓尺寸，从而无法进行检测。为快速获得该盘件7精确轮廓尺寸，以开展涡流自动检测，采用了如下一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法：

总体方案设计：在盘件涡流自动检测系统已有的机械扫描器、转台4、控制系统基础上，增加金属直杆1、直流电源6、指示元件5，来构成盘件轮廓测量系统。测量方法概括为，由机械扫描器带动金属直杆1移动，对同心装卡在转台台面上的盘件7进行径向轮廓尺寸的测量，通过记录金属直杆1顶端与盘件7刚好相接触时机械扫描器坐标值，并结合金属直杆1工作角度、与盘件7接触位置等信息进行坐标转换和图形处理，来求得盘件7轮廓尺寸数据。

本发明技术方案包括以下步骤：

步骤一、测头安装

将一个顶端为不带倒角圆形平面的金属直杆1安装在盘件涡流自动检测系统机械扫描器末端转角轴2上的可弹性伸缩探头座3上，金属直杆1的轴线与探头座的弹性伸缩方向平行。

所述机械扫描器包括水平X轴、水平Y轴、竖直Z轴、位于X-Y-Z轴末端的转角轴2以及固定于转角轴2上的可弹性伸缩探头座3。

所述金属直杆1顶端半径d＝2mm，侧面加工两个相互垂直的长方形平面，两个长方形平面的长宽均不小于10mm×3mm，长方形平面的长度方向平行于测头轴线方向，金属直杆1尾部采用与涡流探头相同的安装尺寸，以便于在探头座3上安装。

步骤二、电路搭建

搭建由金属直杆1、转台4、指示元件5、直流电源6构成的串联电路。当金属直杆1与转台4或其台面上摆放的金属物体相接触时，电路构成回路，指示元件5发出信号，否则电路为开路，指示元件5不发出信号，以上所述指示元件5为蜂鸣器。

步骤三、绘图界面构建

在盘件涡流自动检测系统的控制系统上构建基于X-Z坐标系的图形界面，坐标系原点代表转台4的台面的中心位置，该图形界面具备通用CAD绘图软件上常见的二维图形编辑功能。

步骤四、盘件装卡

将被测盘件7同心装卡在机械扫描器下方平行于X-Y平面的转台4的台面上。

步骤五、定位金属直杆1至盘件7的一个待测部位并记录机械扫描器坐标：

1)若待测部位为水平面，调节金属直杆1沿Z向且沿Z向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录一个使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器Z轴坐标值z₁₁；

2)若待测部位为圆锥面，在调节金属直杆1沿Z向且与转台4中心Y向位置重合的基础上，在位于转台4中心同一侧的两个不同X轴位置分别沿Z向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录两组使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₂₁，z₂₁)、(x₂₂，z₂₂)；

3)若待测部位为过渡圆弧面，在调节金属直杆1沿Z向且与转台4中心Y向重合的基础上，在位于转台4中心同一侧的三个不同X向位置分别沿Z向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录三组使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₃₁，z₃₁)、(x₃₂，z₃₂)、(x₃₃，z₃₃)；

4)若待测部位为竖直圆柱面，在调节金属直杆1沿X向且与转台4中心Y向重合的基础上，沿X向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到该部位，在此过程中记录一个使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X轴坐标值x₄₁；

5)若待测部位为竖直圆孔面，调节金属直杆1沿X向且在三个不同的Y向位置分别沿X向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录三组使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X、Y轴坐标(x₅₁，y₅₁)、(x₅₂，y₅₂)、(x₅₃，y₅₃)。

步骤六、对步骤五所记录坐标值做修正：

1)若待测部位为水平面，令z₁₁＝z₁₁-z₀，其中，z₀为使Z向金属直杆1刚好与转台4的台面相接触的机械扫描器Z轴坐标，下同；

2)若被测部位为圆锥面，令z_2i＝z_2i-z₀，另外，若(x_2i-x₀)＞0，令x_2i＝x_2i-d-x₀，否则令x_2i＝x_2i+d-x₀，i＝1，2，其中，x₀为使Z向金属直杆1轴线与转台4中心重合的X轴坐标，d为金属直杆1顶端半径，下同；

3)若被测部位为过渡圆弧面，首先，令z_3i＝z_3i-z₀，另外，若(x_3i-x₀)＞0，令x_3i＝x_3i-d-x₀，否则令x_3i＝x_3i+d-x₀，i＝1，2，3；然后，将坐标值(x₃₁，y₃₁)，(x₃₂，y₃₂)，(x₃₃，y₃₃)代入圆的方程公式通过联立方程组求解，得到圆的半径R和圆心坐标(a，b)；

4)若被测部位为竖直圆柱面，令x₄₁＝x₄₁-x′₀，其中，x′₀为使X向金属直杆1顶端与转台4中心重合的机械扫描器X轴坐标，下同；

5)若被测部位为竖直圆孔面，首先对坐标值y_5i做修正，若(y_5i-y₀)＞0，令y_3i＝y_3i-d，否则令y_3i＝y_3i+d，i＝1，2，3，其中，y₀为使金属直杆1与转台4中心Y向重合的Y轴坐标，下同。然后，将坐标值(x₅₁，y₅₁)、(x₅₂，y₅₂)，(x₅₃，y₅₃)代入圆的方程公式，通过联立方程组求解，得到圆的半径R′。

步骤七、根据步骤六修正后的坐标值进行各线段的二维草图绘制：

1)若待测部位为水平面，在控制系统的图形界面上自动绘制一条Z轴截距为z₁₁的X向直线段；

2)若被测部位为圆锥面，在控制系统的图形界面上自动绘制穿过坐标点(x₂₁，z₂₁)、(x₂₂，z₂₂)的一条直线段；

3)若被测部位为过渡圆弧面，在控制系统的图形界面上自动绘制半径为R，圆心坐标为(a，b)的一个圆；

4)若被测部位为竖直圆柱面，在控制系统的图形界面上自动绘制一条X轴截距为x₄₁的Z向直线段；

5)若被测部位为竖直圆孔面，在控制系统的图形界面上自动绘制一条X轴截距为R′的Z向直线段。

步骤八、盘件轮廓草图绘制

在将盘件7翻面和按步骤四重新装卡的基础上，重复步骤五、六、七，依次完成盘件7反面各部位的尺寸测量和二维草图绘制。

步骤九、盘件径向截面轮廓图形生成

在控制系统的图形界面上，通过对步骤八二维草图做必要的镜像复制、剪裁、延伸等处理，得到盘件7的径向截面轮廓图形。

所述步骤六中金属直杆1Z向角度的标定方法为：

在金属直杆1旁水平固定一个百分/千分表，百分/千分表的触头与金属直杆1侧面的长方形平面接触，通过转动探头转角轴2，使金属直杆1顶端朝向水平转台4的台面，且Z轴移动时，百分/千分表在金属直杆1侧面两个长方形平面的全长范围内的读数均不大于0.05mm，标定此时的探头转角轴2坐标为使金属直杆1平行于Z向的探头转角轴2坐标。

所述的步骤六中金属直杆1X向角度的标定方法为：

以金属直杆1沿Z方向为基准，使探头转角轴2在X-Z平面内旋转90°，标定此时的探头转角轴2坐标为使测头沿X正向的探头转角轴2坐标。

所述的步骤六中坐标值z₀的标定方法为：

调节金属直杆1沿Z向且沿Z向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端逐渐靠近并最终接触到转台4的台面，标定使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器Z轴坐标为坐标值z₀。

所述的步骤六中坐标值y₀的标定方法包括以下步骤：

1)将一个金属圆环/圆柱同心装卡在转台4的台面上；

2)调节金属直杆1沿X向且在三个不同的Y向位置分别沿X向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到金属圆环/圆柱的同一圆周面，在此过程中记录三组使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X、Y轴坐标值(x₆₁，y₆₁)、(x₆₂，y₆₂)、(x₆₃，y₆₃)；

3)对记录的y₆₁、y₆₂、y₆₃坐标值做修正。以机械扫描器的直角坐标定义为参考，若金属直杆1位于转台4中心靠近Y轴正向一侧，取y_6i＝y_6i-d，否则取y_6i＝y_6i+d，i＝1，2，3；

4)将经修正的三点坐标值(x₆₁，y₆₁)、(x₆₂，y₆₂)、(x₆₃，y₆₃)分别代入圆的方程公式，通过联立方程组求解，得到三点外接圆圆心的Y向坐标，并标定该坐标为坐标值y₀。

所述的步骤六中坐标值x₀的标定方法包括以下步骤：

1)将一个尺寸已知带有圆锥面的金属圆柱/圆环同心装卡在水平转台4的金属台面上；

2)在调节金属直杆1沿Z向且与转台4中心Y向重合的基础上，沿Z向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到金属圆环/圆柱的同一圆锥面，在此过程中记录一组使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₇₁，z₇₁)，(x₇₂，z₇₂)；

3)对记录的坐标值(x₇₁，z₇₁)、(x₇₂，z₇₂)做修正，令z_7i＝z_7i-z₀，另外，以机械扫描器的直角坐标定义为参考，若金属直杆1位于转台4中心靠近X轴正向一侧，令x_7i＝x_7i-d，否则令x_7i＝x_7i+d，i＝1，2；

4)标定算式x_7i-(z_7i-b)/a的计算结果为坐标值x₀，以上a、b依次为圆锥面在以转台4中心为原点的X、Z坐标系内轮廓线的已知斜率以及相对Z轴的已知截距。

所述步骤六中坐标值x′_O的标定方法包括以下步骤：

1)将一个尺寸已知金属圆柱/圆环同心装卡在转台4的台面上；

2)在调节金属直杆1沿X方向且与转台4中心Y向重合的基础上，沿X向移动金属直杆1，使金属直杆1顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到金属圆环/圆柱的同一圆周面，在此过程中记录一个使指示元件5刚好发出信号的机械扫描器X轴坐标值x₈₁；

3)对坐标值x₈₁做修正，以机械扫描器的直角坐标定义为参考，若金属直杆1位于转台4中心靠近X轴正向一侧，令x₈₁＝x₈₁-r，否则令x₈₁＝x₈₁+r，r为金属圆柱/圆环上圆周面的已知半径；

4)标定修正后的x₈₁为坐标值x′₀。

所述的步骤六中金属直杆1的Z向角度、X向角度的标定，以及坐标值z₀、y₀、x₀、x′₀的标定只需进行一次，后续可重复使用，因此，所述的利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法的测量步骤简单，效率高。

本文中公开的系统、装置和方法的不同示例包括各种部件、特征和功能。应当理解，本文中公开的系统、装置和方法的各种示例可包括任何组合方式或任何子组合方式的本文中公开的系统、装置和方法的其他示例中的任一个的部件、特征和功能中的任一个，并且所有这些可能性旨在落入本发明的范围内。

已出于例示和描述的目的展示了对不同有利布置的描述，但是该描述并不旨在是排他性的或限于所公开形式的示例。许多修改形式和变化形式对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。另外，不同的有利示例可描述与其他有利示例相比不同的优点。选择和描述所选择的一个示例或多个示例，以便最佳地说明示例的原理、实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开有进行了适于所料想特定使用的各种修改的各种示例。

Claims (8)

1.一种利用涡流自动检测系统在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：

所述涡流自动检测系统包括机械扫描器、转台(4)、涡流探伤模块、涡流探头和控制系统，控制系统内建有直角坐标系，其中XY轴代表水平面，Z轴代表高度，该方法将所述涡流探头替换为金属直杆(1)，该金属直杆(1)的端头为不带倒角的圆形平面；该方法还在涡流自动检测系统上增加了直流电源(6)和指示元件(5)，当所述金属直杆(1)与被测盘件(7)接触时，金属直杆(1)与被测盘件(7)、转台(4)、指示元件(5)和直流电源(6)构成串联关系；

该方法包括以下步骤：

S1、将被测盘件(7)同心装卡在机械扫描器下方的水平转台(4)的台面上；

S2、移动金属直杆(1)至盘件(7)母线的多个待测部位，根据机械扫描器坐标获得母线上各线段的特征位置并修正；

S3、由控制系统绘制各线段在XZ方向投影的二维草图；

S4、由控制系统绘制盘件(7)的轮廓图。

2.根据权利要求1所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：所述金属直杆(1)安装在机械扫描器的探头转角轴(2)端部的可弹性伸缩探头座(3)上，金属直杆(1)的轴线与可弹性伸缩探头座(3)的弹性伸缩方向平行。

3.根据权利要求1所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：当电路连通时，所述指示元件(5)发出信号，否则电路为开路，指示元件(5)不发出信号。

4.根据权利要求1所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：步骤S2中，定位并记录机械扫描器坐标包括以下几种情况：

(1)若待测部位平行于X-Y平面

调节金属直杆(1)沿Z向且沿Z向移动金属直杆(1)，使金属直杆(1)顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录一个使指示元件(5)刚好发出信号的机械扫描器Z轴坐标值z₁₁；

(2)若待测部位为圆锥面

在调节金属直杆(1)沿Z向且与转台(4)中心Y向重合的基础上，在位于转台(4)中心同一侧的两个不同X轴位置分别沿Z向移动金属直杆(1)，使金属直杆(1)顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录两组使指示元件(5)刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₂₁，z₂₁)、(x₂₂，z₂₂)；

(3)若待测部位为过渡圆弧面

在调节金属直杆(1)沿Z向且与转台(4)中心Y向重合的基础上，在位于转台(4)中心同一侧的三个不同X向位置分别沿Z向移动金属直杆(1)，使金属直杆(1)顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录三组使指示元件(5)刚好发出信号的机械扫描器X、Z轴坐标值(x₃₁，z₃₁)、(x₃₂，z₃₂)、(x₃₃，z₃₃)；

(4)若待测部位为竖直圆柱面

在调节金属直杆(1)沿X向且与转台(4)中心Y向重合的基础上，沿X向移动金属直杆(1)，使金属直杆(1)顶端圆形平面逐渐靠近并最终接触到该部位，在此过程中记录一个使指示元件(5)刚好发出信号的机械扫描器X轴坐标值x₄₁；

(5)若待测部位为竖直圆孔面

调节金属直杆(1)沿X向且在三个不同的Y向位置分别沿X向移动金属直杆(1)，使金属直杆(1)顶端圆形平面的边缘逐渐靠近并最终接触到待测部位，在此过程中记录三组使指示元件(5)刚好发出信号的机械扫描器X、Y轴坐标(x₃₁，y₃₁)，(x₃₃，y₃₂)，(x₃₃，y₃₃)。

5.根据权利要求4所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：步骤S2中，修正包括以下几种情况：

(1)若待测部位平行于X-Y平面，令z₁₁＝z₁₁-z₀，其中，z₀为使Z向金属直杆(1)刚好与转台(4)台面相接触的机械扫描器Z轴坐标，下同；

(2)若被测部位为圆锥面，令z_2i＝z_2i-z₀，另外，若(x_2i-x₀)＞0，令x_2i＝x_2i-d-x₀，否则令x_2i＝x_2i+d-x₀，i＝1，2，其中，x₀为使Z向金属直杆(1)轴线与转台(4)中心重合的X轴坐标，d为金属直杆(1)顶端半径，下同；

(3)若被测部位为过渡圆弧面，首先，令z_3i＝z_3i-z₀，另外，若(x_3i-x₀)＞0，令x_3i＝x_3i-d-x₀，否则令x_3i＝x_3i+d-x₀，i＝1，2，3；然后，将坐标值(x₃₁，y₃₁)、(x₃₃，y₃₂)，(x₃₃，y₃₃)代入圆的方程公式通过联立方程组求解，得到圆的半径R和圆心坐标(a，b)；

(4)若被测部位为竖直圆柱面，令

其中，x′₀为使X向金属直杆(1)顶端与转台(4)中心重合的机械扫描器X轴坐标，下同；

(5)若被测部位为竖直圆孔面，首先对坐标值y_5i做修正，若(y_5i-y₀)＞0，令y_3i＝y_3i-d，否则令y_3i＝y_3i+d，i＝1，2，3，其中，y₀为使金属直杆(1)与转台(4)中心Y向重合的Y轴坐标，下同。然后，将坐标值(x₅₁，y₅₁)、(x₅₂，y₅₂)、(x₅₃，y₅₃)代入圆的方程公式，通过联立方程组求解，得到圆的半径R′。

6.根据权利要求5所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：步骤S3中绘制各线段的二维草图包括以下几种情况：

(1)若待测部位平行于X-Y平面，在控制系统的图形界面上绘制一条Z轴截距为z₁₁的X向直线段；

(2)若被测部位为圆锥面，在控制系统的图形界面上绘制穿过坐标点(x₂₁，z₂₁)、(x₂₂，z₂₂)的一条直线段；

(3)若被测部位为过渡圆弧面，在控制系统的图形界面上绘制半径为R，圆心坐标为(a，b)的一个圆；

(4)若被测部位为竖直圆柱面，在控制系统的图形界面上绘制一条X轴截距为x₄₁的Z向直线段；

(5)若被测部位为竖直圆孔面，在控制系统的图形界面上绘制一条X轴截距为R′的Z向直线段。

7.根据权利要求6所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：步骤S3之后若还需要盘件(7)的底面轮廓，则将盘件(7)翻面安装并按步骤S2和步骤S3进行绘制。

8.根据权利要求6或7所述的在线获取盘件轮廓的方法，其特征在于：步骤S4中，通过对各线段的二维草图做必要的镜像复制、剪裁或延伸处理，得到盘件径向截面轮廓图形。

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