X射线舱机械手无损检测方法

X射线舱机械手无损检测方法
【专利摘要】本发明提出了一种X射线舱机械手无损检测方法：针对小型复杂性构件的专用性和特殊性，机械手夹持被测工件从X射线舱入口进入，将被测工件置于射线照射区；启动X射线照射系统，从X射线接收器读取被检测工件内部缺陷信息。其中，本发明通过被测工件的CAD模型，自动生成被测工件扫查轨迹信息，将扫查轨迹信息传给六自由度机械手，控制机械手严格按照规划的路径运动。这种检测方法在保证结果可靠性的同时，极大地提高了无损检测的自动化程度，提高了工作效率，属于无损探伤【技术领域】。
【专利说明】X射线舱机械手无损检测方法 一、

【技术领域】
[0001] 本发明提出一种用于小型复杂性构件的X射线舱机械手无损检测方法，该方法可 以用于检测小型任意复杂构件内部缺陷，属于无损探伤【技术领域】。 二、

【背景技术】
[0002] 小型复杂性构件的可靠性与其结构状态密切相关，其复杂的内部结构给准确、快 速检测造成了很大的困难，尤其对于航空发动机叶片、铣刀等复杂构件而言，其内部缺陷的 无损检测一直是探伤【技术领域】的难题。
[0003] 由于发动机叶片、铣刀等小型构件结构的复杂性，目前针对小型复杂性构件仍然 采用人工检测方式进行缺陷的无损检测。采用人工检测的方法劳动强度大、效率低，容易造 成漏检或者误检而引发事故，难以满足大规模工业生产的要求。专利（徐文良基于X射 线检测的钢管检测装置专利号：CN201320724148. 0,2013)公开了一种对钢管内壁缺陷 进行检测的装置。但这种装置采用的是一发一收的检测方法，需要人工把X射线发射器置 于钢管内壁，X射线接收器置于钢管外壁，对钢管内壁缺陷进行检测，对检测人员的技术要 求高，可靠性和效率不高，对小型复杂性构件在制造中的批量检测还不是很有效。
[0004] X射线检测技术是国际公认的一种有效无损检测手段，适用于多种复杂构件的无 损检测。与超声波检测方法比较，X射线可检测工件内部的缺陷，检测结果直观，检测对象 基本不受复杂构件材料、性质、外廓尺寸的影响。
[0005] 机械手的发展和应用为解决上述难题提供了可能，机械手的特点是灵活且具有柔 韧性，可以代替人进行作业劳动，效率高、安全性高，可以替代人工对小型复杂性构件进行 高精度的检测，有效避免人为的漏检和误检。
[0006] 目前国内利用机械手对小型复杂性构件的X射线检测系统的研究相对较少，文献 检索发现，专利（李绍臣· "工业X射线电视检测车专利号：CN00121047.5,2000)公开 了一种利用安装有机械手和X射线系统的检测车，将检测车开到被检测工件工作区域，对 其进行扫查的X射线检测方法，但这种装置主要适用于野外庞大构件的检测。
[0007] 与已有的自动检测方式不同，本文提出了一种机械手夹持被测工件进入X射线 舱，相对X射线源做空间复杂运动，实现小型复杂性构件内部缺陷自动检测的方法，这是一 种全新的方法，具有广泛的应用前景。 三、


【发明内容】

[0008] 本发明的目的是提供一种用于小型复杂性构件的X射线舱机械手无损检测方法。 该方法针对小型复杂性构件的专用性和特殊性，利用机械手的灵活性和柔性，可以实现小 型复杂性构件在制造和服役期间的缺陷无损检测。
[0009] 本发明的目的是这样实现的：该检测设备由六自由度机械手、X射线舱和控制系 统组成。其中，X射线舱具有防射线外泄功能的机壳和具有防X射线外泄功能的铅橡胶软 帘。实验时，由机械手夹持被测工件从X射线舱入口进入，将被测工件置于射线照射区；启 动X射线照射系统，从X射线接收器读取被检测工件内部缺陷信息。
[0010] 本发明的优点在于：机械手夹持小型复杂性构件进入X射线舱，可对被测构件进 行缺陷的无损检测。这种方法适用于各种复杂曲面的航空发动机叶片的检测，亦适用于其 他小型复杂性构件的无损检测，扩大了检测的适应范围，检测速度快。 四、

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 图1多工位小型复杂性构件缺陷X射线检测方法示意图
[0012] 图2 X射线舱结构设计图
[0013]

【专利附图】

【附图说明】：被测工件1、机械手2、X射线源3、图像增强器4、X射线舱5、控制柜6、 机械手铅橡胶罩7、X射线舱机壳8、铅橡胶软帘9. 五、

【具体实施方式】
[0014] 下面对本发明的【具体实施方式】进行详细说明：
[0015] X射线舱机械手无损检测系统实现方式。如图1，在上料工位取料，机械手2准确运 动到被测工件的上料位置，其末端气动手爪对被测工件1特定位置以特定角度进行夹持。 机械手夹持被测工件从X射线舱5入口进入，将被测工件置于射线照射区，启动X射线照射 系统，开始检测。由于X射线强度按照指数规律衰减，其强度随被测工件的厚度增加而减 小，测量前，要根据被测工件的构件总厚度及密度来适当改变X射线管的电压值，根据被测 工件的大小来适当调整工件与X射线源的距离。测量过程中，机械手握持被测工件运动，保 证被测工件在X射线工作区内运动，实现被测工件缺陷扫查检测。完成缺陷检测之后，机械 手夹持被测工件移出X射线舱，准确移动到在下料工位卸料，其末端气动手爪松开；返回上 料工位进行下一个被测工件的检测。在该方法中，X射线源置于在被测工件的一侧，图像增 强器4置于被测工件的另外一侧，与超声波等其他探伤方法相比，X射线检测不受复杂构件 材料、性质、外廓尺寸的影响，可以得到更为直观的缺陷图像，对被测工件的缺陷、气孔有较 高的灵敏度，检测速度更加快。
[0016] 本发明采用透射法对被测工件缺陷进行X射线无损检测。
[0017] 采用透射法对被测工件内部缺陷进行X射线检测的实现方式。机械手握持被测工 件相对X射线源按照规划的路径运动，当X射线透射被测工件时，由于工件内部不同位置的 构件总厚度及密度存在差别，对入射X射线强度产生的衰减不同，有缺陷部位与无缺陷部 位对X射线吸收能力不同，即透过有缺陷部位的X射线强度高于无缺陷部位的X射线强度， 因此可以通过检测透过被测工件后X射线强度的变化来判断被测工件是否有缺陷存在。图 像增强器用于接收透过被测工件的X射线，透过被测工件的X射线强度随着缺陷性质的不 同和大小而有局部的变化，进而在图像增强器上形成含有被测工件内部缺陷的射线图像， 从中可直接得出被测工件内部缺陷的性质、大小及位置。
[0018] 扫查路径规划的实施方式。小型复杂性构件扫查成像检测系统的运动主要是由6 自由度关节机械手完成，其运动控制也主要是围绕机械手进行的。鉴于被测工件的复杂性 和被测工件表面曲率变化范围比较大的特点，本发明基于被测工件数学模型或CAD文件进 行扫查路径规划，X射线透射法检测扫查运动要保证被测工件要完全被X射线扫查到。通 过被测工件的CAD模型，生成被测工件扫查轨迹信息，再将扫查轨迹信息传给控制柜6,控 制柜控制机械手严格按照规划的路径运动。
[0019] X射线舱的结构设计与防护实施方式。整个检测过程都在有屏蔽防护功能的X射 线舱内进行。如图2，X射线舱包括具有防射线外泄功能的机壳8和具有防X射线外泄功能 的铅橡胶软帘9。将多条铅橡胶条固定在X射线舱的入口，防止X射线的外泄；另外，还在 机械手末端执行器上方安装一个铅橡胶罩7,当机械手夹持被测工件进入检测区时，铅橡胶 罩正好罩于X射线舱入口上方，与X射线舱入口的铅橡胶软帘组成很好的屏蔽与防护结构。 由此，可以保证X射线舱机械手检测系统的安全性、可靠性。
[0020] 保证被测工件位置数据与X射线检测数据对应性和同步性的实施方式。在对被测 进行检测的过程中，为了有效、准确、真实地表达被检工件各个部位的缺陷情况，要保证机 械手的运动位置与X射线的检测信号同步采集。本发明采用的方法是，当机械手夹持被测 工件到达规划的检测位置时，X射线源发出射线，图像增强器接收透过被测工件的射线，经 图像增强器转换为可见光图像，将图像信号进行A/D转换，送入图像处理器，通过各种图像 处理以改善图像质量，供检测人员进行在线观察使用，计算机同时记录该时刻机械手的位 置和X射线信号。这一方法保证了被测工件位置数据与X射线检测数据的对应性、同步性 和重复性。
【权利要求】
1. X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：机械手夹持被测工件从X射线舱入口进 入，将被测工件置于射线照射区；启动X射线照射系统，从X射线接收器读取被检测工件内 部缺陷信息，实现小型复杂性构件的自动检测。
2. 根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：根据被测工件 的数学模型或CAD数据进行扫查路径规划，将生成的被测工件扫查轨迹信息传给机械手， 控制机械手握持被测工件严格按照规划路径运动，保证被测工件完全被X射线扫查到。
3. 根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：采用X射线透 射法对小型复杂性构件的内部缺陷进行检测。
4. 根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：要保证机械手 的运动位置与X射线的检测信号同步采集。由机械手的运动控制系统产生触发信号控制机 械手运动，X射线系统进行检测计算的同时记录该时刻机械手的位置和X射线信号，以保证 数据的对应性和重复性。
5. 根据权利要求1和3所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：当机械手 夹持被测工件到达规划的检测位置时，X射线源发出射线，图像增强器接收透过被测工件的 射线，经图像增强器转换为可见光图像，将图像信号进行A/D转换，送入图像处理器，通过 各种图像处理以改善图像质量，供检测人员进行在线观察使用。
6. 根据权利要求1所述的X射线舱机械手无损检测方法，其特征在于：X射线舱包括具 有防射线外泄功能的机壳和具有防X射线外泄功能的铅橡胶软帘；将多条铅橡胶条固定在 X射线舱的入口，防止X射线的外泄；在机械手末端执行器上方安装一个铅橡胶罩，与X射 线舱入口的铅橡胶软帘组成很好的屏蔽与防护结构，保证X射线舱机械手检测系统的安全 性、可靠性。
【文档编号】G01N23/083GK104155321SQ201410454360
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月9日 优先权日:2014年9月9日
【发明者】徐春广, 刘方芳, 印明哲, 肖定国, 孟凡武 申请人:北京理工大学