CN1847840A - 基于模型产生进行检验的部件的扫描图样的方法 - Google Patents

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P·沙马
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Abstract

提供了一种产生用于部件检验的扫描图样的方法。所述方法包括装载所述部件的几何模型(46)并且基于所述几何模型(46)和至少一个扫描参数产生所述部件的扫描图样。还提供了一种检验部件的方法且所述方法包括装载所述部件的几何模型(46)、基于所述几何模型(46)和至少一个扫描参数产生所述部件的扫描图样、将所述部件安装在检验系统控制器上并且检验所述部件，所述检验包括利用所述扫描图样相对于所述部件移动检验探针。

Description

基于模型产生进行检验的部件的扫描图样的方法
技术领域
本发明主要涉及无损检验技术，且更具体而言，本发明涉及一种基于模型产生进行检验的部件的扫描图样的方法。
背景技术
涡流(EC)检验是一种用于检验金属部件和具有一个或多个金属层或区域的其它部件(统称为“金属部件”)的无损检验技术。在某些应用中，涡流检验技术被用于测量金属部件中的残余应力、密度和热处理程度。这些技术还被用以检测金属表面上或接近金属表面的物理缺陷或畸变异常，如材料中存在的凹痕、凸部或微裂纹。
部件的无损检验通常需要使用机械扫描仪操纵探针沿进行检验的部件表面上的特定扫描图案进行移动。要进行检验的部件被装载到机械扫描仪上，且探针被移动至部件上的所需位置处以便生成部件上给定表面的扫描图案或扫描图样。在典型的机械扫描仪操作中，选择适当的探针构型并将其装载到机械扫描仪上。半自动软件脚本随后基于探针的移动记录部件表面上的适当坐标。通过对要进行检验的部件上的所有表面重复该过程而产生扫描图样。可进一步对所产生的扫描图样进行验证，且所述验证操作通常也在机械扫描仪上执行。
然而，上述生成和验证扫描图样的过程是机器特定的，且即使检验相同的部件，每次使用不同机械扫描仪时仍必须重复所述过程。此外，对于具有复杂几何形状的复杂零件而言，扫描图样的生成和验证通常涉及到操作者的努力和技能，这是因为在生成和证实扫描图样的过程中通常不考虑进行检验的部件的几何特征。因此，对于这种复杂零件而言，产生和验证扫描图样可花费数小时，这是因为每次产生扫描图样都需要大量时间对机械扫描仪和要进行检验的部件进行设置。所产生的扫描图样随后用于执行部件检验操作。
因此，所希望的是脱机产生和验证部件的扫描图样，由此节省机时和整个检验时间。还希望的是基于部件的几何特征生成部件的扫描图样。此外，所希望的是无论用于执行部件检验操作的机械扫描仪的类型如何，都产生部件的通用扫描图样。
发明内容
本发明的实施例针对这些和其它需要。在一个实施例中，提供了一种产生用于部件检验的扫描图样的方法。所述方法包括装载所述部件的几何模型并且基于所述几何模型和至少一个扫描参数产生所述部件的所述扫描图样。
在另一个实施例中，提供了一种检验部件的方法。所述方法包括通过装载所述部件的几何模型并且基于所述几何模型和至少一个扫描参数产生所述部件的扫描图样而产生所述扫描图样。所述方法进一步包括将所述部件安装在检验系统控制器上并且检验所述部件，所述检验包括利用所述扫描图样相对于所述部件移动检验探针。
附图说明
当结合附图阅读下列详细说明时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，在所述附图中相似的附图标记表示相似的零件，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的包括产生用于部件检验的扫描图样的典型步骤的典型逻辑的流程图；
图2是安装到检验系统控制器的模型上的固定装置组件的说明图；
图3是示出了装载进行检验的部件的几何模型的操作的说明图；
图4是图3所示部件的几何模型上的选定配合表面的说明图；
图5是图3所示部件的几何模型上的选定边缘的说明图；
图6是图2所示固定装置上的选定配合表面的说明图；
图7是图2所示固定装置上的选定边缘的说明图；
图8是部件和固定装置组件的典型说明图；
图9是在固定装置之上偏移所需距离的部件的说明图；
图10是包括用于执行图1所示流程图中的某些步骤的典型步骤的典型逻辑的流程图；
图11是几何模型上的选定表面的典型说明图；
图12是探针组件构型的典型说明图；
图13是选定检验表面的探针路径的典型说明图；
图14是包括用于执行所产生的扫描图样的验证操作的典型步骤的典型逻辑的流程图；
图15是一组得到显示的表面的典型说明图；和
图16是示出了模拟探针路径的操作的典型说明图。
具体实施方式
本文披露了一种基于模型产生进行检验的部件的扫描图样的方法。所披露的方法基于部件的几何特征脱机产生并且验证部件的扫描图样。具体而言，且正如下面将要更详细说明地，所披露的方法将部件的几何模型装载到检验系统控制器的模型上并且基于几何模型的特征和一个或多个扫描参数产生部件的扫描图样。本发明的实施例提供了包括使机时和检验时间最小化和增强机器使用率和生产率等多种优点。此外，根据本发明的实施例所产生的扫描图样对于机器而言不是特定的且可用于执行部件检验操作的不同检验系统上。本发明可与多种部件一起使用，所述部件的实例包括但不限于涡轮盘、叶片、卷轴且在一般意义上包括任何轴对称零件。
图1是根据本发明的一个实施例的包括产生用于部件检验的扫描图样的典型步骤的典型逻辑的流程图10。在本发明的具体实施方式中，且正如下面将要更详细说明地，目的在于执行扫描图样的检验系统通过使用UNIGRAPHICS图形用户界面(GUI)软件建模并且通常被称作检验系统控制器。UNIGRAPHICS是电子数据系统公司(ElectronicData Systems Corporation)的注册商标。
正如本文中所使用地，术语“扫描图样”通常指的是用以提供与使探针以指定速度、分度值和取向在进行检验的部件上进行的扫描操作相关的运动控制、数据采集、操作者信息等的软件和机器指令的集合。
参见图1，在步骤12中，初始装载固定装置的几何模型。根据本实施例，进行检验的部件46被保持在固定装置40中。图8是部件和固定装置组件的典型说明图。在一个具体实施例中，几何模型是固定装置的计算机辅助设计(CAD)模型。如本领域的技术人员意识到地，固定装置可用于为部件提供准确定位和旋转取向。
在步骤14中，固定装置的几何模型被组装到检验系统控制器的模型上。进一步地，在该步骤中，还确定了要与检验系统控制器模型和检验系统控制器模型上的表面相配合的固定装置上的表面。图2是安装到检验系统控制器模型上的固定装置组件的说明图。在本发明的具体实施方式中，固定装置40的几何模型可使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面(Open API)程序自动组装到检验系统控制器模型42上。具体而言，对话框44可进一步有利于选定要组装到检验系统控制器模型上的所需固定装置。
在步骤16中，装载所述部件的几何模型并且选定部件上的配合表面。图3是示出了装载进行检验的部件的几何模型的操作的说明图。在本发明的具体实施方式中，部件46的几何模型可使用研发的UNIGRAPHICS开放应用程序界面进行自动装载。对于图3所示的典型实施例，对话框44有利于选定和装载几何模型46。在具体实施例中，该几何模型是进行检验的部件的计算机辅助设计模型。相似地，图4示出了部件46的几何模型上的选定配合表面48。
在步骤18中，选定用于使部件与固定装置对齐的部件上的边缘50和固定装置的轴线49。图5是图3所示部件的几何模型上的选定边缘的说明图。在本发明的具体实施方式中，可使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序选定部件46上的边缘50。通常，对于轴对称部件而言，可选定部件上的任何边缘以使部件的轴线与固定装置对齐。对于图5所示的典型实施例，对话框44使得能够选定部件上的所需边缘。
在步骤20中，选定固定装置上的配合表面52。图6是固定装置上的选定配合表面的说明图。在本发明的具体实施方式中，可使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序选定固定装置上的配合表面52。此外，对于图6所示的典型实施例，对话框44使得能够选定固定装置上的特定配合表面。
在步骤22中，选定用于与部件对齐的固定装置上的边缘54。图7是固定装置上的选定边缘的说明图。在本发明的具体实施方式中，可使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序选定与部件46对齐的固定装置上的边缘54。此外，对于图7所示的典型实施例，对话框44使得能够选定固定装置上的所需边缘。
在步骤24中，利用上述固定装置和部件的配合表面将在步骤16中产生的部件的几何模型组装到在步骤12中产生的固定装置的几何模型上，从而形成部件和固定装置组件。图8是组装好的部件和固定装置组件55的典型说明图。此外，使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序实施的对话框44使得能够将部件自动组装到固定装置上。在本技术的特定方面中，步骤24可附加地包括在步骤26中相对于检验系统控制器模型对部件和固定装置组件进行重新定位、在步骤28中确定部件的取向并且在步骤30中使部件相对于固定装置进行偏移。根据本方面，可通过选择要组装到固定装置上的部件上的适当表面而进一步将部件的取向确定成任何所需位置。所述部件还可在固定装置上偏移所需距离。这使得当没有几何模型时，能够选择虚拟固定装置。图9是在固定装置40上偏移所需距离56的部件46的说明图。此外，对于图9所示的典型实施例，使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序实施的对话框44使得能够选定所需偏移距离。
在步骤32中，正如在后续段落中将要更详细说明地，基于几何模型和一个或多个扫描参数产生部件的扫描图样。
图10是包括用于执行图1所示步骤32的典型步骤的典型逻辑的流程图。在步骤34中，选定部件的几何模型上的一个或多个检验表面。图11是几何模型上的选定表面57的典型说明图。在本发明的具体实施方式中，可使用UNIGRAPHICS图形用户界面软件自动选定固定装置上的表面57。对话框44进一步使得能够自动选定部件的几何模型上的不同表面。在一个特定实施例中，步骤34进一步包括选定一个或多个扫描参数、取消选定检验表面、分割检验表面和选定部件的几何模型上的检验区域的步骤。典型的扫描参数包括几何参数和非几何参数。典型的几何参数包括多个对于表面而言特定的检验参数，如用于取消选定一个或多个检验表面和分割一个或多个检验表面的参数。典型的非几何参数包括扫描速度参数、步长(分度)参数、分度方向参数、轴线倾斜参数和探针取向参数。选定这些参数用于所有在进行检验的表面。在本发明的具体实施例中，可开发出UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序以使得能够选定所需参数、取消选定所需检验表面、分割所需检验表面以及选定部件的几何模型上的所需检验区域。
在步骤36中，选定检验部件的几何模型的探针组件构型。根据一个实施例，步骤36包括选定探针、探针保持器和杆；选定适当的探针构型；并且基于所选定的探针构型组装探针等步骤。图12是典型探针组件构型的说明图。在本发明的具体实施方式中，探针组件58可使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序自动进行组装。图12中未示出细部的对话框界面44使得能够选定多种探针构型并且选定适当的探针组件构型，所述探针组件构型可包括探针、探针保持器和用以组装探针的杆部分。
在步骤38中，产生用于检验该检验表面的探针路径。该步骤进一步包括选定一个或多个检验参数，如选定检验表面的所需步长值和步进方向。此外，该步骤包括选定多个中间点以导引探针沿探针路径移动。该步骤进一步包括基于选定检验表面的选定检验参数和选定的探针组件构型显现和验证该表面的探针路径。图13是选定检验表面的探针路径的典型说明图。在本发明的具体实施例中，可使用UNIGRAPHICS图形用户界面软件显示选定检验表面的探针路径60。此外，对于图13所示的典型实施例，对话框界面44使得能够显示选定检验表面的探针路径。
在某些实施例中，步骤38包括产生无碰撞探针路径，其中所述探针路径包括安全(SAFE)、初始化(INIT)、开始(BEGIN)和结束(END)笛卡尔坐标。如本文中使用地，“SAFE”坐标指的是探针恰好处于进行检验的部件之上的位置，INIT指的是探针处于接近要进行检验的部件的位置，BEGIN和END坐标包括进行检验的部件的表面。进一步地，在本实施例中，当探针与装载到组件上的任何部件之间发生碰撞时，可使用UNIGRAPHICS图形用户界面软件显示警告信息。
在某些实施例中，步骤38还包括通过沿探针路径调节坐标位置而同时改变探针路径。具体而言，可通过沿主坐标轴X、Y和Z；沿探针取向线(或换句话说，探针增量轴A)；沿探针旋转轴B；沿部件轴或旋转台旋转轴C；以及沿探针倾斜轴U提供探针旋转或取向，进而改变探针路径的坐标。对于本发明的实施例中披露的检验系统控制器的模型而言，坐标轴X、Y和Z是标准线性平面构型。U轴被附接至Z轴端部且包括沿由U轴形成的倾斜轴横移的A轴或倾斜台。B轴被安装在U和A轴上且当探针被插入B轴探针扫描器定位器内时，提供探针的绕轴和定位运动。C轴相对于Y轴处于中心且能够进行绕轴或定位运动。
随后基于选定的检验表面、扫描参数和探针组件产生几何模型的扫描图样。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种验证用于检验部件的扫描图样的方法。根据本发明的具体实施例，使用UNIGRAPHICS用户图形界面软件对用以验证扫描图样的检验系统控制器进行建模。
图14为示出了基于固定装置、部件、探针组件和上面结合图1所讨论的扫描图样执行验证所产生的扫描图样的操作的典型步骤的流程图。在步骤62中，选定所产生的扫描图样。从扫描图样中提取出扫描图样的多条信息，如SAFE、INIT、BEGIN和END坐标、部件和固定装置组件信息以及探针构型信息。在一个实施例中，上述信息可被储存在数据库中并且可进行自动检索以执行验证所产生扫描图样的操作。具体而言，在此步骤中，由该扫描图样自动检索出一个或多个检验表面的一个或多个扫描参数。如上面提到的，典型的扫描参数包括对于表面而言特定的检验参数。进一步地，在该步骤中，扫描参数与其相应的检验表面自动相关联。
在步骤64中，由所产生的扫描图样自动装载部件和固定装置组件。
在步骤66中，自动显示检验表面。图15是一组得到显示的表面的典型说明图。在本发明的具体实施方式中，使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序实施的对话框界面44使得能够自动显示扫描参数和检验表面及其相应的检验坐标如SAFE、INIT、BEGIN和END坐标。在本发明的某些实施例中，步骤66还包括取消选定一个或多个得到显示的检验表面。
在步骤68中，自动装载检验表面的适当的探针组件构型。使用UNIGRAPHICS开放应用程序界面程序实施的对话框界面可进一步使得能够自动装载选定检验表面的探针组件构型。
在步骤70中，基于扫描参数和探针组件构型显现检验表面的探针路径。进一步地，可显现每个选定检验表面的探针路径，由此验证检验区域交叠部分和避免碰撞表面的扫描图样。图16是模拟探针路径操作的典型说明图。在本发明的具体实施方式中，且如图16所示，可使用UNIGRAPHICS图形用户界面软件执行附图标记72所示的探针路径的模拟操作。进一步地，在本实施方式中，如果探针路径与由UNIGRAPHICS图形用户界面软件确定的部件、固定装置或检验系统的表面相抵触，那么可高亮显示程序设计错误。
在步骤72中，产生核对用清单。核对用清单包括关于纸带检验的信息、部件装载信息、用于校准的卸载信息、说明检验检查的多个步骤、操作者详细信息等。
在产生和验证扫描图样之后，进行检验的部件可被安装到检验系统控制器上(例如，部件可被安装到固定装置上，所述固定装置被安装在检验机器上)且使用检验探针进行检验。检验包括使用扫描图样使检验探针相对于部件移动。检验探针的实例包括但不限于涡流探针和超声波探针。
本发明的实施例中披露的执行扫描图样产生和验证操作的方法可应用于任何基于探针的部件扫描应用中，如超声波和光学应用、遥测和外科操作。根据本发明的实施例的用以产生扫描图样的检验系统控制器的模型是多种硬件部件和软件工具的整合且能够检测对称或复杂形状的导电材料中的微小表面缺陷和近表面缺陷，由此改进检验可靠性和生产率。进一步地，根据本发明，可脱机执行扫描图样程序的产生及其验证操作，且不需要使用检验机器或扫描仪产生和验证扫描图样，由此使机时最小化。此外，基于检验系统控制器模型上的生成点产生根据本发明的实施例的扫描图样。这有利于使用相同的扫描图样在各种就地检验系统控制器中的多个系统上实现精确和一致的性能。通过计算相对于该生成点的扫描图样参数和数据，仅需要参考该生成点以确保使用相同的扫描图样精确地重新产生程序化检验。因此，使用上述技术，可消除使每个检验系统相对于彼此准确且精确对齐以确保可比较的性能的需求。
如本领域的技术人员可意识到地，上面图示和说明的实施例和应用通常将包括程序化计算机中的适当可执行代码或由所述代码执行。这种程序编制包括用于实施逻辑功能的可执行指令的清单。该清单可在任何计算机可读介质中实施以便由可检索、处理和执行指令的基于计算机的系统使用或与所述系统相连。
在本技术的范围中，计算机可读介质是可包含、储存、通信、传播、传输或输送指令的任何装置。计算机可读介质可以是电子的、磁性的、光学的、电磁的或红外系统、设备或装置。计算机可读介质的说明性但非穷举性列表可包括具有一条或多条导线的电连接装置(电子)、便携计算机磁盘(磁性)、随机存取存贮器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦可编程只读存储器(EPROM或闪存)(磁性)、光纤(光学)和便携只读光盘存储器(CDROM)(光学)。注意到计算机可读介质可包括纸或另一种适当的介质，指令可被印刷在所述介质上。例如，指令可通过对纸或其它介质进行光学扫描而电子地捕获，随后进行编译、翻译或要不然必要的话以适当方式进行处理，且随后储存在计算机存储器中。
尽管本文中已经仅图示和说明了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将会意识到可作出多种变型和改变。因此应该理解所附技术方案旨在覆盖落入本发明的真实精神内的所有这些变型和改变。

Claims (10)

1、一种产生用于部件检验的扫描图样的方法，所述方法包括：
装载所述部件的几何模型(46)；并且
基于所述几何模型(46)和至少一个扫描参数产生所述部件的所述扫描图样。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述部件被保持在固定装置中，所述方法进一步包括装载所述固定装置的几何模型(40)，其中进一步基于所述固定装置的所述几何模型(40)产生所述扫描图样。
3、根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
将所述固定装置的所述几何模型(40)组装到检验系统控制器模型(42)上；
选定所述部件上的至少一个配合表面(48)；
选定所述固定装置上的至少一个配合表面(52)；以及
利用所述固定装置(52)和所述部件(48)的所述配合表面将所述部件的所述几何模型(46)组装到所述固定装置的所述几何模型(40)上以形成部件和固定装置组件(55)。
4、根据权利要求3所述的方法，其中将所述部件的所述几何模型(46)组装到所述固定装置的所述几何模型(40)上进一步包括选定所述部件的至少一个边缘(50)并且选定所述固定装置的至少一条轴线(49)以使所述部件与所述固定装置对齐。
5、根据权利要求4所述的方法，进一步包括执行下列操作中的至少一个：
相对于所述检验系统控制器模型(42)对所述部件和固定装置组件(55)进行重新定位；
确定所述部件的取向；以及
相对于所述固定装置偏移所述部件。
6、根据权利要求1所述的方法，其中产生所述扫描图样进一步包括：
选定所述部件的所述几何模型(46)上的至少一个检验表面(57)；
选定探针组件构型(58)以检验所述部件的所述几何模型(46)；以及
产生探针路径(60)以检验所述检验表面(57)，其中进一步基于所述检验表面(57)和所述探针路径(60)产生所述扫描图样。
7、根据权利要求1所述的方法，进一步包括验证所述扫描图样，其中验证所述扫描图样包括：
由所产生的扫描图样自动检索出一个或多个扫描参数和一个或多个检验表面；
由所产生的扫描图样自动装载部件和固定装置组件；
自动显示所述一个或多个检验表面；
自动装载所述一个或多个检验表面的探针组件构型；以及
基于所述一个或多个扫描参数和所述探针组件构型显现所述一个或多个检验表面的探针路径。
8、根据权利要求7所述的方法，其中所述验证包括显现表面检验交叠部分和碰撞避免部分中的至少一个的扫描图样。
9、一种检验部件的方法，所述方法包括：
装载所述部件的几何模型(46)；
基于所述几何模型(46)和至少一个扫描参数产生所述部件的扫描图样；
将所述部件安装在检验系统控制器上；以及
检验所述部件，所述检验包括利用所述扫描图样相对于所述部件移动检验探针。
10、储存用于指示计算机系统以产生用于部件检验的扫描图样的计算机指令的至少一种计算机可读介质，所述计算机指令包括：
装载所述部件的几何模型(46)；并且
基于所述几何模型(46)和至少一个扫描参数产生所述部件的所述扫描图样。
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