CN116587290A - 工件超声无损检测扫查轨迹生成方法及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，包括如下步骤：S1：生成CAD扫查轨迹：导入待测工件的CAD模型，并通过待测工件的CAD模型生成超声无损检测的CAD扫查轨迹；S2：序列化CAD扫查轨迹坐标：沿着CAD扫查轨迹依次经过各轨迹段，使各轨迹段沿着CAD扫查轨迹按序排列；S3：生成矢量坐标和矢量角度：得到相邻轨迹段之间角度和转动方向；S4：安装工件：将待测工件安装在工作台上，利用机械手在待测工件上定位工件TCP起始点；S5：将CAD扫查轨迹坐标转换为机械手坐标；S6：将机械手坐标转换为扫查指令，得到生成机械手扫查路径的指令集。本发明还公开了一种工件超声无损检测方法。

Description

工件超声无损检测扫查轨迹生成方法及检测方法

技术领域

本发明属于超声无损检测技术领域，具体的为一种工件超声无损检测扫查轨迹生成方法及检测方法。

背景技术

六轴机械手已广泛应用于各种自动化生产线中，在超声无损检测领域，对工件进行超声扫查前，需要生成扫查轨迹。现有技术中，确定工件扫查轨迹的一般方法为：首先，利用六轴机械手的示教器可以定位到工件各个扫查位置；然后，以定位的扫查位置点为基础通过编程确定点与点之间的移动轨迹，最后，通过所有扫查位置点之间的移动轨迹构成最终的扫查轨迹。

对于一些规则的工件，现有方法生成的扫查轨迹能够满足超声扫查的使用要求。但对于一些不规则的工件，由于工件的焊接轨迹是由大量不同长度、角度的直线以及不同半径的圆弧等组成，因此操作人员利用示教器需要在工件上定位的扫查位置较多，通过对于大量不规则工件进行编程的工作量巨大。另外，对于圆弧曲线，现有的扫查轨迹生成方法中，一般采用三点定位的方式，利用圆弧曲线的两个端点和曲线上的一个点，确定圆弧曲线的起始点、终止点以及半径等参数。然而，对于不规则的连续圆弧曲线，三点法生成的扫查路径与实际扫查轨迹会存在较大的偏差，最终的扫查结果会影响判伤技术员对缺陷位置的精确定位，大大降低了检测的准确性和稳定性，在实际的生产生活中埋下了各种安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工件超声无损检测扫查轨迹生成方法及检测方法，生成的扫查轨迹能够满足各类工件特别是不规则工件的超声无损检测要求，能够有效提高超声扫查的准确性和稳定性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明首先提出了一种工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，包括如下步骤：

S1：生成CAD扫查轨迹：

导入待测工件的CAD模型，并通过待测工件的CAD模型生成超声无损检测的CAD扫查轨迹；

S2：序列化CAD扫查轨迹坐标：

21）判断CAD扫查轨迹是否闭合，若是：则直接执行步骤22）；若否，则连接CAD扫查轨迹中不闭合的位置后，再执行步骤22）；

22）将CAD扫查轨迹划分为若干个轨迹段，得到CAD扫查轨迹中各轨迹段的坐标信息；

23）在CAD扫查轨迹上以任意轨迹段的端点为起始点，沿着CAD扫查轨迹依次经过各轨迹段，使各轨迹段沿着CAD扫查轨迹按序排列；

S3：生成矢量坐标和矢量角度：

基于起始点坐标分别计算所有轨迹段的两个端点连线的角度，得到相邻的第i+1轨迹段相对于第i轨迹段的角度，利用相邻的第i轨迹段和第i+1轨迹段的三个端点，得到超声探头从第i轨迹段到第i+1轨迹段时的转动方向；

S4：安装工件：

将待测工件安装在工作台上，利用机械手在待测工件上定位工件TCP起始点，工件TCP起始点与CAD扫查轨迹上的起始点对应；

S5：将CAD扫查轨迹坐标转换为机械手坐标；

S6：将机械手坐标转换为扫查指令，得到生成机械手扫查路径的指令集。

进一步，所述 22）中，将CAD扫查轨迹划分为若干个轨迹段的方法为：将CAD扫查轨迹中的每一个直线段划分为一个轨迹段；采用直线拟合CAD扫查曲线中的曲线段并将曲线段分成若干个拟合直线段，将每一个拟合直线段划分为一个轨迹段；或，采用圆弧曲线拟合CAD扫查轨迹中的曲线段并将曲线段分成至少一个圆弧段，将每个圆弧段划分为一个轨迹段。

进一步，所述步骤S5中，将扫查轨迹坐标转换为机械手坐标的方法为：将CAD扫查轨迹中任一点坐标与起始点坐标相减，得到该点相对于起始点的坐标偏移量；将工件TCP起始点坐标与该坐标偏移量相加，将CAD扫查轨迹中的任一点的坐标转换为机械手坐标。

进一步，所述步骤S6中，扫查指令包括轨迹段的起点坐标、终点坐标和该轨迹段相对于上一条轨迹段的角度。

进一步，在对待测工件进行扫查前，对指令集进行微调修正，以提高扫查检测的准确性。

本发明还提出了一种工件超声无损检测方法，包括如下步骤：

步骤一：采用如上所述的超声无损检测扫查轨迹生成方法得到针对同一个待测工件的至少一条CAD扫查轨迹，并将CAD扫查轨迹转换为机械手扫查路径；

步骤二：利用机械手上安装的超声探头，分别从每一条机械手扫查路径的工件TCP起始点开始按照序列化顺序沿着对应的机械手扫查路径移动，对待测工件进行扫查。

本发明的有益效果在于：

本发明的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，利用被测工件的CAD模型直接生成CAD扫查轨迹，CAD扫查轨迹与被测工件的CAD模型保持一致，保证了CAD扫查轨迹的准确性，避免了通过有限的扫查位置点生成扫查轨迹与实际扫查轨迹之间存在较大的偏差的问题；通过将生成的CAD扫查轨迹坐标转换为机械手坐标，利用机械手坐标生成扫查指令，利用生成的机械手扫查路径指令集实现对工件的超声无损检测，即本申请的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，生成的扫查轨迹能够满足各类工件特别是不规则工件的超声无损检测要求，能够有效提高超声扫查的准确性和稳定性，并能够实现对工件的自动扫查，大大减少人工干预。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明工件超声无损检测方法实施例的流程图；

图2为CAD扫查轨迹的曲线图；

图3为将待测工件安装在工作台上后的实物图；

图4为将机械手扫查路径映射到待测工件上后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

不规则工件往往采用CAD工业设计软件设计，在原始设计的CAD模型中，包含了工件焊接的CAD扫查轨迹。将CAD扫查轨迹从原始的CAD模型中单独导出，CAD扫查轨迹主要是由直线、圆弧曲线等组成，确保焊接轨迹内的直线、圆弧曲线的连续和闭合，并将直线与圆弧曲线之间坐标按扫查轨迹顺序排列，将CAD扫查轨迹的坐标转化为六轴机械手的扫查坐标，最终生成机械手所需要的移动指令集。

具体的，本实施例的工件超声无损检测方法，包括如下步骤。

步骤一：采用超声无损检测扫查轨迹生成方法得到针对同一个待测工件的至少一条CAD扫查轨迹，并将CAD扫查轨迹转换为机械手扫查路径。

具体的，本实施例的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，包括如下步骤。

S1：生成CAD扫查轨迹。

导入待测工件的CAD模型，并通过待测工件的CAD模型生成超声无损检测的CAD扫查轨迹。如图2所示，为通过CAD模型生成的CAD扫查轨迹的曲线图。

S2：序列化CAD扫查轨迹坐标。

21）判断CAD扫查轨迹是否闭合，若是：则直接执行步骤22）；若否，则连接CAD扫查轨迹中不闭合的位置后，再执行步骤22）。如此，可以保证CAD扫查轨迹闭合，且由于CAD扫查轨迹闭合。如此，上一个轨迹段的终点与下一个轨迹段的起点重合，最后一个轨迹段的终点与起始点重合。

22）将CAD扫查轨迹划分为若干个轨迹段，得到CAD扫查轨迹中各轨迹段的坐标信息。具体的，将CAD扫查轨迹划分为若干个轨迹段的方法为：对于CAD扫查轨迹的直线段，直接将CAD扫查轨迹中的每一个直线段划分为一个轨迹段；对于CAD扫查轨迹中的曲线段，可以采用直线拟合CAD扫查曲线中的曲线段并将曲线段分成若干个拟合直线段，将每一个拟合直线段划分为一个轨迹段；也可以采用圆弧曲线拟合CAD扫查轨迹中的曲线段并将曲线段分成至少一个圆弧段，将每个圆弧段划分为一个轨迹段。本实施例中，采用直线拟合CAD扫查曲线中的曲线段并将曲线段分成若干个拟合直线段，将每一个拟合直线段划分为一个轨迹段，每一个拟合直线段的长度根据超声无损检测的要求确定，如可以根据曲线段在对应点的曲率半径结合设定转角来得到对应轨迹段的长度，不再赘述。

23）在CAD扫查轨迹上以任意轨迹段的端点为起始点，沿着CAD扫查轨迹依次经过各轨迹段，使各轨迹段沿着CAD扫查轨迹按序排列。在起始点位置处，对CAD扫查轨迹进行序列化移动的方向可以朝向与起始点相交的两条轨迹段的任意一条，不再赘述。

S3：生成矢量坐标和矢量角度。

基于起始点坐标分别计算所有轨迹段的两个端点连线的角度，得到相邻的第i+1轨迹段相对于第i轨迹段的角度，利用相邻的第i轨迹段和第i+1轨迹段的三个端点，得到超声探头从第i轨迹段到第i+1轨迹段时的转动方向。具体的，利用相邻的第i轨迹段和第i+1轨迹段的三个端点确定超声探头转动方向的方法为：令第i轨迹段的两个端点为A和B，第i+1轨迹段的两个端点为B和C，则求解向量AB和向量BC的乘积。若结果为正，则从第i轨迹段到第i+1轨迹段的转向为逆时针方向；若结果为负，则从第i轨迹段到第i+1轨迹段的转向为顺时针方向；若结果为0，则表明第i轨迹段和第i+1轨迹段共线。第i轨迹段为对CAD扫查轨迹进行序列化过程中经过的第i条轨迹段，也即本实施例中，在对CAD扫查轨迹进行序列化过程中，经过的第1条轨迹段为第1轨迹段，经过的第2条轨迹段为第2轨迹段，……，经过的第i条轨迹段为第i轨迹段，……，经过的第n条轨迹段为第n轨迹段。

S4：安装工件。

如图3所示，将待测工件安装在工作台上，工件安装时，将与CAD扫查轨迹保持一致。工件安装后，需要确定机械手扫查路径的起点，具体的，利用机械手在待测工件上定位工件TCP起始点，记录工件TCP起始点的坐标（x₁, y₁, z₁）和旋转（xr₁, yr₁, zr₁）。工件TCP起始点与CAD扫查轨迹上的起始点对应。实际操作中，第1轨迹段选用直线段，且确定工件TCP起始点后将第1轨迹段尽量平行于机械手。

S5：将CAD扫查轨迹坐标转换为机械手坐标。本实施例中，将扫查轨迹坐标转换为机械手坐标的方法为：将CAD扫查轨迹中任一点坐标与起始点坐标相减，得到该点相对于起始点的坐标偏移量；将工件TCP起始点坐标与该坐标偏移量相加，将CAD扫查轨迹中的任一点的坐标转换为机械手坐标。

S6：将机械手坐标转换为扫查指令，得到生成机械手扫查路径的指令集，如图4所示，为将机械手扫查路径映射到待测工件上后的示意图。本实施例中，轨迹段为直线段或拟合直线段，对于轨迹段为直线段或拟合直线段的扫查指令，扫查指令包括轨迹段的起点坐标、终点坐标和该轨迹段相对于上一条轨迹段的角度，在扫查指令的作用下机械手执行线性运动指令。在其他一些实施方式中，轨迹段还可以为圆弧段，对于轨迹段为圆弧段的扫查指令，扫查指令包括轨迹段的起点坐标、中点坐标、终点坐标，在扫查指令的作用下机械手执行圆弧运动指令。

本实施例中，在对待测工件进行扫查前，对指令集进行微调修正，以提高扫查检测的准确性。技术人员可以对每个指令集调整TCP位置[x,y,z]和旋转[xr, yr, zr]。为了更快速调试，可以指定指令运行范围，比如，从第10指令开始运行，到第33个指令结束。这样可以对需要反复扫查的位置，更为精确的修正，提升扫查检测的准确性。

具体的，扫查指令可以采用以下两种方式得到。

第一种方式：采用序列化方法，在序列化机械手坐标的过程中，可以采用路径采样方式运行。运行过程中将机械手坐标即时生成机械手指令，并一一保存。路径采样结束后，将会生成完整的机械手扫查路径的指令集。

第二种方式：由于记录了工件TCP起始点坐标和旋转，可以利用movel(pose_trans(p[x₁, y₁, z₁, xr₁, yr₁, zr₁], p[x₂, y₂, z₂, xr₂, yr₂, zr₂]), a, v)生成起始指令，再读取下一条轨迹段坐标的起点、终点和相对角度，生成下一个轨迹段的运行指令，以此类推，就可以完成整个扫查轨迹的坐标转换为机械臂的运行指令。记录指令并保存后，得到超声无损检测的机械手扫查路径。具体的，在一些实施方式中，当一些轨迹段为圆弧曲线时，此时可以执行圆弧运动指令movep，在圆弧运动指令movep中记录圆弧曲线的两个端点和一个中间点的坐标。其中，movel(·)表示线性运动指令；pose_trans(·)表示姿势变换；p[·]表示扫查路径上的点；[x_j, y_j, z_j]表示扫查路径上第j个点的坐标；[xr_j, yr_j, zr_j]表示扫查路径上第j个点的旋转；j表示扫查路径上各轨迹段的端点的计数，当为工件TCP起始点时，j=1；a表示加速度；v表示速度。

步骤二：利用机械手上安装的超声探头，分别从每一条机械手扫查路径的工件TCP起始点开始按照序列化顺序沿着对应的机械手扫查路径移动，对待测工件进行扫查。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.一种工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：生成CAD扫查轨迹：

导入待测工件的CAD模型，并通过待测工件的CAD模型生成超声无损检测的CAD扫查轨迹；

S2：序列化CAD扫查轨迹坐标：

21）判断CAD扫查轨迹是否闭合，若是：则直接执行步骤22）；若否，则连接CAD扫查轨迹中不闭合的位置后，再执行步骤22）；

22）将CAD扫查轨迹划分为若干个轨迹段，得到CAD扫查轨迹中各轨迹段的坐标信息；

23）在CAD扫查轨迹上以任意轨迹段的端点为起始点，沿着CAD扫查轨迹依次经过各轨迹段，使各轨迹段沿着CAD扫查轨迹按序排列；

S3：生成矢量坐标和矢量角度：

基于起始点坐标分别计算所有轨迹段的两个端点连线的角度，得到相邻的第i+1轨迹段相对于第i轨迹段的角度；利用相邻的第i轨迹段和第i+1轨迹段的三个端点，得到超声探头从第i轨迹段到第i+1轨迹段时的转动方向；

S4：安装工件：

将待测工件安装在工作台上，利用机械手在待测工件上定位工件TCP起始点，工件TCP起始点与CAD扫查轨迹上的起始点对应；

S5：将CAD扫查轨迹坐标转换为机械手坐标；

S6：将机械手坐标转换为扫查指令，得到生成机械手扫查路径的指令集。

2.根据权利要求1所述的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，其特征在于：所述 22）中，将CAD扫查轨迹划分为若干个轨迹段的方法为：将CAD扫查轨迹中的每一个直线段划分为一个轨迹段；采用直线拟合CAD扫查曲线中的曲线段并将曲线段分成若干个拟合直线段，将每一个拟合直线段划分为一个轨迹段；或，采用圆弧曲线拟合CAD扫查轨迹中的曲线段并将曲线段分成至少一个圆弧段，将每个圆弧段划分为一个轨迹段。

3.根据权利要求1所述的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤S5中，将扫查轨迹坐标转换为机械手坐标的方法为：将CAD扫查轨迹中任一点坐标与起始点坐标相减，得到该点相对于起始点的坐标偏移量；将工件TCP起始点坐标与该坐标偏移量相加，将CAD扫查轨迹中的任一点的坐标转换为机械手坐标。

4.根据权利要求1所述的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，其特征在于：所述步骤S6中，扫查指令包括轨迹段的起点坐标、终点坐标和该轨迹段相对于上一条轨迹段的角度。

5.根据权利要求4所述的工件超声无损检测扫查轨迹生成方法，其特征在于：在对待测工件进行扫查前，对指令集进行微调修正，以提高扫查检测的准确性。

6.一种工件超声无损检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：采用如权利要求1-5任一项所述的超声无损检测扫查轨迹生成方法得到针对同一个待测工件的至少一条CAD扫查轨迹，并将CAD扫查轨迹转换为机械手扫查路径；

步骤二：利用机械手上安装的超声探头，分别从每一条机械手扫查路径的工件TCP起始点开始按照序列化顺序沿着对应的机械手扫查路径移动，对待测工件进行扫查。