本发明涉及三维超声无损检测的技术领域，特别涉及一种自动定位成像的三维超声无损检测系统。
背景技术
无损检测，就是利用声、光、磁和电等特性，在不损害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否存在缺陷或不均匀性，给出缺陷的大小、位置、性质和数量等信息，进而判定被检对象所处技术状态(如合格与否、使用寿命等)的所有技术手段的总称。
其中超声波检测为无损检测中的常用类型，但是目前，超声波检测具有如下缺陷：对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难。目前，常用的超声检测方法为手动移动或者通过机械设备在平面内移动超声波检测头，进行简单平面区域的超声检测；而对于复杂平面、尤其是孔道，暂时没有自动化的三维检测方案。
技术实现要素：
发明的目的：本发明公开一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，用于自动检测孔道的表面缺陷，超声波探测端的尺寸和形状可自动调节，并且尺寸的可调范围大，适用于不同大小与形状的孔道；超声波探测端形状切合孔道，一次或一个来回即可完成全范围的检测，检测效率高。
技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，包括可调节尺寸和形状的超声波探测端、与所述超声波探测端连接并带动所述超声波探测端移动的机械臂装置、数据处理系统和控制系统；所述超声波探测端包括基轴、呈环形阵列状分布在基轴外周的一组超声波探头，以及呈环形阵列状设置在基轴上的一组连接件；所述每个超声波探头通过分别独立设置的伸缩装置与对应的连接件相连接；所述一组连接件包括一组固定件和一组滑动件，所述固定件与基轴固定连接，所述滑动件与基轴滑动连接，所述固定件与滑动件一一间隔设置，所述一组超声波探头依次的、并间隔的分别与固定件及滑动件一一连接；其中滑动件连接有滑动驱动装置，所述滑动驱动装置与伸缩装置均与控制系统连接。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述每个超声波探头均与数据处理系统连接；所述每个超声波探头各自向正对着的检测区域发射超声波束，并接收反馈的波束以形成接收数据；所述数据处理系统用于获得所述接收数据，并进行建模处理。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述数据处理系统包括模拟仿真处理单元和可视化处理单元，所述可视化处理单元与用户操作界面交互连接，所述用户操作界面的输出包括超声波数据和可视化图像。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述可视化处理单元包括：数据操作单元，用于超声波数据展示、数据智能筛选或用户手动筛选、数据标记和基础参数输入；可视化映射单元，用于将模拟仿真处理单元的模拟仿真模型进行可视化展示；绘图单元，用于检测结束后，将模拟仿真模型转换为仿真图像，形成并展示被检测对象整体的三维图像；所述数据操作单元、可视化映射单元、绘图单元均与用户操作界面交互连接。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述基轴最前端设有用于检测被检测对象的位置与形状的图像检测装置，所述图像检测装置与控制系统连接。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述机械臂装置包括与基轴连接的第一伸缩臂，以及与第一伸缩臂连接的第二伸缩臂，其中基轴与第一伸缩臂之间、第一伸缩臂与第二伸缩臂之间均通过万向机械关节连接，所述万向机械关节设有转向驱动装置，所述第一伸缩臂设有第一伸缩驱动，所述第二伸缩臂设有第二伸缩驱动，所述转向驱动装置、第一伸缩驱动以及第二伸缩驱动均与控制系统连接。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述滑动驱动装置与基轴固定连接，所述滑动驱动装置为液压缸装置；所述滑动件卡合于两侧固定件之间，并在两侧固定件规制下直线移动；所述伸缩装置为丝杠装置，并连接有伺服电机。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，所述一组超声波探头有两种状态：当超声波探测端的目标尺寸大于或等于临界值时，一组超声波探头呈单层的环形阵列状分布；当超声波探测端的目标尺寸小于临界值时，一组滑动件带着相应的超声波探头移动，与剩余的超声波探头交错，形成双层的环形阵列。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统的检测方法，包括以下步骤：s1、机械臂装置带动超声波探测端移动至检测工位；s2、超声波探测端最前端的图像检测装置运行，检测被检测孔道的位置与形状，并将检测结果传递给控制系统；s3、控制系统通过运算得出超声波探测端的尺寸形状调节方案和机械臂装置的运行方案；s4、控制系统按照尺寸形状调节方案依次发出指令来控制伸缩装置与滑动驱动装置的运行，使超声波探测端的尺寸及形状调节成适于被检测孔道的尺寸及形状，即每个超声波探头的位置均适于对应的检测区域；s5、控制系统按照运行方案依次发出指令控制机械臂装置动作，机械臂装置带动超声波探测端对准被检测孔道，并伸入被检测孔道；s6、超声波探测端沿着被检测孔道伸入，此时超声波探测端的一组超声波探头运行，各自向正对着的检测区域发射超声波束，并接收反馈的波束以形成接收数据；s7、数据处理系统中的模拟仿真处理单元获得所述接收数据，并进行建模处理，得到模拟仿真模型；s8、数据处理系统中的可视化处理单元将超声波数据、模拟仿真模型通过用户操作界面展示给用户，并实现交互；s9、检测结束后，可视化处理单元将模拟仿真模型转换为仿真图像，形成并展示被检测对象整体的三维图像。
进一步的，上述一种自动定位成像的三维超声无损检测系统的检测方法，所述步骤s4中调节超声波探测端的尺寸及形状的方法具体包括以下：s4a、当目标尺寸大于或等于临界值时，滑动驱动装置处于收缩状态，一组超声波探头呈单层的环形阵列状分布；仅通过一组伸缩装置的伸缩来进行尺寸和形状的调节；s4b、当目标尺寸小于临界值时，滑动驱动装置运行，将一组滑动件顶出，一组滑动件带着相应的超声波探头移动，与剩余的超声波探头交错，形成双层的环形阵列；再通过一组伸缩装置的伸缩来进行尺寸和形状的调节；所述步骤6中超声波探测端的运行方法具体包括以下：s6a、当一组超声波探头为单层的环形阵列时，超声波探头之间留有检测空隙，超声波探测端伸入被检测孔道时，进行第一次扫描检测，到达检测终点后超声波探测端旋转设定角度，使转位后一组超声波探头填补原先的检测空隙，然后在回程中，一组超声波探头进行第二次扫描检测；s6b、当一组超声波探头为双层的环形阵列时，交错的超声波探头之间无检测空隙，超声波探测端伸入被检测孔道时进行第一次扫描检测即可完成检测任务；其中，超声波探测端在被检测孔道内移动时，图像检测装置实时监测前方被检测孔道的形状，由控制系统判定方向变化，并发出指令给机械臂装置实时调整前进路线。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，用于自动检测孔道的表面缺陷，超声波探测端的尺寸和形状可自动调节，并且尺寸的可调范围大，适用于不同大小与形状的孔道；超声波探测端形状切合孔道，一次或一个来回即可完成全范围的检测，检测效率高。
(2)本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，模拟仿真处理单元可将检测结果进行仿真建模，可视化处理单元可通过与用户操作界面的交互将数据及仿真模型展示给用户并接受用户的指令，智能化程度高。
(3)本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，图像检测装置实时检测被检测对象的位置与形状，并传递给控制系统，由控制系统判定超声波探测端尺寸大小和形状特征，并实时制定超声波探测端的移动方案，并控制机械臂装置运行，实现自动、智能的检测，可适用于复杂的孔道形状。
(4)本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，机械臂装置的设计可实现各种路线的移动，可应对各种孔道形状，尤其适用于弯道的检测。
(5)本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，应对较大尺寸的孔道时，一组超声波探头呈单层的环形阵列状分布，通过伸缩调整检测尺寸和形状，应对小尺寸孔道时，一组超声波探头中的部分进行平移，错开而变成双层的探头，这样大幅缩减了尺寸。
(6)本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测方法，全自动进行检测，且检测效率高，人机交互性好，包括数据展示、仿真模型实时展示和整体仿真图像展示，检测时自动变换检测尺寸和路径，智能化程度高。
附图说明
图1为本发明所述的超声波探测端处于小尺寸状态时的结构示意图；
图2为本发明所述的超声波探测端处于小尺寸状态时的俯视示意图；
图3为本发明所述的超声波探测端处于大尺寸状态时的结构示意图；
图4为本发明所述的超声波探测端处于大尺寸状态时的俯视示意图；
图5为本发明所述的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统的工作示意图；
图中：1-基轴，2-超声波探头，3-连接件，301-固定件，302-滑动件，4-伸缩装置，5-图像检测装置，6-第一伸缩臂，7-第二伸缩臂，8-万向机械关节，9-滑动驱动装置。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。
实施例
本发明的一种自动定位成像的三维超声无损检测系统，如图1至图5所示，包括可调节尺寸和形状的超声波探测端、与所述超声波探测端连接并带动所述超声波探测端移动的机械臂装置、数据处理系统和控制系统；所述超声波探测端包括基轴1、呈环形阵列状分布在基轴1外周的一组超声波探头2，以及呈环形阵列状设置在基轴1上的一组连接件3；所述每个超声波探头2通过分别独立设置的伸缩装置4与对应的连接件3相连接；所述一组连接件3包括一组固定件301和一组滑动件302，所述固定件301与基轴1固定连接，所述滑动件302与基轴1滑动连接，所述固定件301与滑动件302一一间隔设置，所述一组超声波探头2依次的、并间隔的分别与固定件301及滑动件302一一连接；其中滑动件302连接有滑动驱动装置9，所述滑动驱动装置9与伸缩装置4均与控制系统连接。
本实施例中所述每个超声波探头2均与数据处理系统连接；所述每个超声波探头2各自向正对着的检测区域发射超声波束，并接收反馈的波束以形成接收数据；所述数据处理系统用于获得所述接收数据，并进行建模处理。所述数据处理系统包括模拟仿真处理单元和可视化处理单元，所述可视化处理单元与用户操作界面交互连接，所述用户操作界面的输出包括超声波数据和可视化图像。所述可视化处理单元包括：数据操作单元，用于超声波数据展示、数据智能筛选或用户手动筛选、数据标记和基础参数输入；可视化映射单元，用于将模拟仿真处理单元的模拟仿真模型进行可视化展示；绘图单元，用于检测结束后，将模拟仿真模型转换为仿真图像，形成并展示被检测对象整体的三维图像；所述数据操作单元、可视化映射单元、绘图单元均与用户操作界面交互连接。
本实施例中所述基轴1最前端设有用于检测被检测对象的位置与形状的图像检测装置5，所述图像检测装置5与控制系统连接。所述机械臂装置包括与基轴1连接的第一伸缩臂6，以及与第一伸缩臂6连接的第二伸缩臂7，其中基轴1与第一伸缩臂6之间、第一伸缩臂6与第二伸缩臂7之间均通过万向机械关节8连接，所述万向机械关节8设有转向驱动装置，所述第一伸缩臂6设有第一伸缩驱动，所述第二伸缩臂7设有第二伸缩驱动，所述转向驱动装置、第一伸缩驱动以及第二伸缩驱动均与控制系统连接。
本实施例中所述滑动驱动装置9与基轴1固定连接，所述滑动驱动装置9为液压缸装置；所述滑动件302卡合于两侧固定件301之间，并在两侧固定件301规制下直线移动；所述伸缩装置4为丝杠装置，并连接有伺服电机。
本实施例中所述一组超声波探头2有两种状态：当超声波探测端的目标尺寸大于或等于临界值时，一组超声波探头2呈单层的环形阵列状分布；当超声波探测端的目标尺寸小于临界值时，一组滑动件302带着相应的超声波探头2移动，与剩余的超声波探头2交错，形成双层的环形阵列。
本实施例中，所述自动定位成像的三维超声无损检测系统的检测方法，包括以下步骤：
s1、机械臂装置带动超声波探测端移动至检测工位；
s2、超声波探测端最前端的图像检测装置5运行，检测被检测孔道的位置与形状，并将检测结果传递给控制系统；
s3、控制系统通过运算得出超声波探测端的尺寸形状调节方案和机械臂装置的运行方案；
s4、控制系统按照尺寸形状调节方案依次发出指令来控制伸缩装置4与滑动驱动装置9的运行，使超声波探测端的尺寸及形状调节成适于被检测孔道的尺寸及形状，即每个超声波探头2的位置均适于对应的检测区域；
s5、控制系统按照运行方案依次发出指令控制机械臂装置动作，机械臂装置带动超声波探测端对准被检测孔道，并伸入被检测孔道；
s6、超声波探测端沿着被检测孔道伸入，此时超声波探测端的一组超声波探头2运行，各自向正对着的检测区域发射超声波束，并接收反馈的波束以形成接收数据；
s7、数据处理系统中的模拟仿真处理单元获得所述接收数据，并进行建模处理，得到模拟仿真模型；所述建模处理的方法是：依次通过物理建模、数学建模、仿真建模得到模拟仿真模型；
s8、数据处理系统中的可视化处理单元将超声波数据、模拟仿真模型通过用户操作界面展示给用户，并实现交互；
s9、检测结束后，可视化处理单元将模拟仿真模型转换为仿真图像，形成并展示被检测对象整体的三维图像。
其中，所述步骤s4中调节超声波探测端的尺寸及形状的方法具体包括以下：
s4a、当目标尺寸大于或等于临界值时，滑动驱动装置9处于收缩状态，一组超声波探头2呈单层的环形阵列状分布；仅通过一组伸缩装置4的伸缩来进行尺寸和形状的调节；
s4b、当目标尺寸小于临界值时，滑动驱动装置9运行，将一组滑动件302顶出，一组滑动件302带着相应的超声波探头2移动，与剩余的超声波探头2交错，形成双层的环形阵列；再通过一组伸缩装置4的伸缩来进行尺寸和形状的调节；
所述步骤6中超声波探测端的运行方法具体包括以下：
s6a、当一组超声波探头2为单层的环形阵列时，超声波探头2之间留有检测空隙，超声波探测端伸入被检测孔道时，进行第一次扫描检测，到达检测终点后超声波探测端旋转设定角度，使转位后一组超声波探头2填补原先的检测空隙，然后在回程中，一组超声波探头2进行第二次扫描检测；
s6b、当一组超声波探头2为双层的环形阵列时，交错的超声波探头2之间无检测空隙，超声波探测端伸入被检测孔道时进行第一次扫描检测即可完成检测任务；
其中，超声波探测端在被检测孔道内移动时，图像检测装置5实时监测前方被检测孔道的形状，由控制系统判定方向变化，并发出指令给机械臂装置实时调整前进路线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。