非接触检测的自动调整探头方位的方法与流程

本发明涉及自动化无损检测相关设备领域，具体地，涉及非接触检测的自动调整探头方位的方法。

背景技术：

无损检测是指以不损及其将来使用和使用可靠性的方式，对材料或制件或此两者进行宏观缺陷检测，集合特性测量，化学成分、组织结构和力学性能变化的评定，并进而就材料或制件对特定应用的实用性进行评价。

卫星反射器由于其表面有涂层，通常不能采用接触法对其蒙皮与蜂窝芯格的胶接质量进行检测，因此需要采用非接触法。

非接触无损检测技术是将探头与工件浸没于水中或用空气隔开，如空耦/液浸超声检测方法、红外热波检测方法、激光散斑方法，以检测缺陷位置、尺寸、类型。非接触检测探头与检测对象分离，探头在检测对象上方自由移动且保持均一、稳定的相对位置，可用于自动扫描成像。非接触检测法常要求探头正好垂直入射或保持同一角度至检测面以达到较好的检测效果及缺陷定位、定量效果，探头方位的调整精度一般要求在0.5°范围内。目前，一般采用手动方式调整探头方位，这种方法耗时耗力；特别是对于大型检测工件或检测设备，探头方位的手动调整非常困难且容易形成较大的误差，进而导致检测效果变差。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种非接触检测的自动调整探头方位的方法。

根据本发明提供的一种非接触检测的自动调整探头方位的方法，包括：

步骤s1、安装传感器：讲传感器安装到探头方位调整装置上；

步骤s2、获取参数：探头方位调整装置带动检测探头和传感器同时进行位置和角度调整，获取检测参数，其中，所述检测参数包括传感器与检测面的相对位置和相对角度；

步骤s3、执行自动调整算法：根据获取的检测参数，反馈给探头方位调整装置，对探头位置和角度进行调整，对准检测对象。

优选地，探头方位调整装置包括探头方位调整支架；其中，所述探头方位调整支架包括至少5级转动模块和探头夹持模块，5级转动模块用于空间位置及角度的自由调整，转动模块为电机带动的机械结构或多轴机械手；探头夹持模块所夹持的探头的发射截面上设置有至少三个不共线的直线距离传感器。

优选地，根据直线距离传感器的检测参数，计算探头表面与工件表面的相对角度及探头中心到待测位置的相对距离；

其中，所述传感器为非接触式距离传感器，计算时，该非接触式距离传感器采到的工件表面的采样数据被转换为以探头发射截面为xoy平面、探头中心为坐标中心的空间位置的三维空间离散数据点；

传感器数量为三个，根据任意不共线的三点的空间位置计算出这三点确定的平面的角度；根据三点空间数据，将探头中心线上探头到该三点所确定平面的线段长度取平均，得到探头中心到被测工件的距离；

或者，传感器数量多于三个，穷举任意三个不同空间数据计算这三点确定的平面的角度，并将结果取平均，得到工件表面的角度；穷举任意三点空间数据，将探头中心线上探头到该任意三点所确定平面的线段长度取平均，得到探头中心到被测工件的距离。

优选地，所述步骤s3中初始时，探头位于被测工件上方，探头中心正对工件表面需要探测的位置；

预设步骤：首先预设探头与工件的相对角度和距离及一个调整步长；

采集计算步骤：探头与工件表面相对角度及距离检测装置采集数据，在允许误差范围内计算出探头与工件表面的相对角度及距离；

控制步骤：根据传感器采集到的相对角度及距离计算当前位置及角度与预设值的梯度方位，根据该梯度方位乘以调整步长计算下一步应到位置，并生成多级转动模块控制信号；

运动步骤：控制多级转动模块根据反馈信号调整位置；

重复以上采集计算步骤、控制步骤、运动步骤，实现检测探头达到设定位置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明能够自动调整探头角度使探头发射截面检测对象的声束入射面(检测面)成固定角度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明用于检测的探头方位自动调节装置结构框图；

图2是本发明用于检测的探头方位自动调节方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种非接触检测的自动调整探头方位的方法。所述探头方位自动调整方法需要使用的装置包括：探头方位调整装置、探头与工件表面相对角度及距离检测装置、无损检测探头。所述探头与工件表面相对角度及距离检测装置连接在探头上正对检测对象表面，实时获取检测对象表面与探头表面的相对角度和位置，所述检测装置根据自动方位调整算法输出控制信号至所述探头方位调整装置，所述探头方位调整装置控制探头支架的位置和角度以实现对探头方位的自动调整。

图1是本发明用于检测的探头方位自动调节装置结构框图，图中主要显示了本发明三大组成部分，包括：上位机、探头与工件表面相对角度及距离检测装置、探头调整支架。此外，为清楚描述整个检测系统的运作过程，结构框图中还增加了机器人系统，该部分可以是现有的方位控制系统，本领域技术人员可以参照现有技术实现，在此不予赘述。

探头与工件表面相对角度及距离检测传感器的设计思路是：探头发射截面上分布有至少三个不共线的直线超声测距模块、红外测距模块或激光测距模块，其测距方向垂直于探头发射截面，以获取直线距离传感器获取探头发射截面上至少三个固定点与工件表面一个视为平面的小范围内的至少三个点的直线距离。根据传感器获取的数据可以确定工件表面小范围内至少三个点到探头发射截面的相对角度及至少三个点到探头中心的距离，假设该小范围内工件表面为一平面，根据三个不共点、不共线的点在空间内可以确定一个平面的原理，探测数据可探测出工件表面以待测点为中心的一个小范围到探头截面的相对角度及工件表面待测点到探头中心的距离。

探头方位调整算法的编程思路是：

预设步骤：基于离散系统的自动控制原理，上位机首先预设探头与工件的相对角度和距离及一个调整步长；

采集计算步骤：探头与工件表面相对角度及距离检测装置采集数据发送至上位机，由上位机在允许误差范围内计算出工件表面以待测点为中心的一个小范围到探头截面的相对角度及工件表面待测点到探头中心的距离；

控制步骤：上位机根据传感器采集到的相对角度及距离计算当前位置及角度与预设值的梯度方位，根据该梯度方位乘以调整步长计算下一步应到位置，并生成多级转动模块控制信号；

运动步骤：控制多级转动模块根据上位机传递的反馈信号调整位置；

重复以上采集、计算控制、运动这这几个步骤最终实现检测探头达到设定位置。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。