一种喇叭口筒环管材机械臂居中方法与流程

1.本发明涉及超声检测中机械臂的定位技术领域，特别是涉及一种喇叭口筒环管材机械臂居中方法。


背景技术：

2.在核电站喇叭口筒环管材的超声检测中，装有超声波探头的机械臂的运动是通过机器指令实现的，这种运动决定了探头运行的位置和方向。所以要求机械臂必须运行于喇叭口筒环管材中心轴线，这样由探头得到超声图像才能更有效地探测结构和缺陷等信息。然而，实际操作中并不能保证机械臂刚好进入喇叭口筒环管材中心。因为喇叭口筒环管入口中心和机械臂位置通常不吻合，而且即使这个位置吻合，如果运行方向不与喇叭口筒环管材中心轴线一致，机械臂最终也会偏离管材中心。为此，必须调整机械臂的运行方向和它的起始位置。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对核电站喇叭口筒环管材的超声检测中，机械臂偏离喇叭口筒环管材中心轴线的问题，本发明提供一种喇叭口筒环管材机械臂居中方法,该方法根据喇叭口筒环管材母线与中心轴线夹角夹角以及机械臂从起始位置水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，确定机械臂的水平旋转角和水平位移量，使机械臂沿着喇叭口筒环管材中心轴线进入喇叭口筒环管材。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种喇叭口筒环管材机械臂居中方法,包括如下步骤：
6.步骤1，根据喇叭口筒环管材母线与中心轴线夹角t，以及机械臂从管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，计算机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角；
7.步骤2，根据机械臂从喇叭口筒环管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，以及机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角，调整机械臂从起始位置移向喇叭口筒环管材中心轴线水平旋转；
8.步骤3，根据喇叭口筒环管材母线与中心轴线夹角t，机械臂从喇叭口筒环管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，以及机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角，计算机械臂从起始位置移向喇叭口筒环管材中心轴线的水平位移量；
9.步骤4，根据喇叭口筒环管材母线与中心轴线夹角t，机械臂从喇叭口筒环管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角，以及机械臂从起始位置移向喇叭口筒环管材中心轴线的水平位移量，调整机械臂从起始位置向喇叭口筒环管材中心轴线水平移动。
10.进一步地，步骤1中，通过测试机械臂在管材喇叭口内的上位移量v1和下位移量v2，
调整机械臂在管材喇叭口内的上下位置，移动位移量正值表示上移，负值表示下移，使得机械臂位于测试喇叭口筒环管材中心轴线所在平面，同时使后续测试数据可以确定机械臂在该平面上的旋转角度和水平位移量；机械臂在管材喇叭口内的上位移量v1和下位移量v2的单位均为mm。
11.进一步地，步骤1中，所述机械臂从喇叭口筒环管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数包括机械臂从起始位置到第一近点的距离l1、第一近点到第二近点的距离l2、机械臂上分布的左侧探头在第一近点得到的距离值h2、机械臂上分布的右侧探头在第一近点得到的距离值h1、机械臂上分布的左侧探头在第二近点得到的距离值和机械臂上分布的右侧探头在第二近点得到的距离值l1、l2、h1、h2、和的单位均为mm；
12.根据机械臂从起始位置水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，确定喇叭口筒环管材两个近点的位置是在管材喇叭口内还是管材圆筒内。
13.进一步地，h2、h1、和均是对应探头的测量值加上机械臂上对应探头处界面方形长度的一半之和。
14.进一步地，步骤1中，如果喇叭口筒环管材两个近点的位置是在管材喇叭口内，根据如下公式计算机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角α：
[0015][0016]
如果喇叭口筒环管材第一近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二近点的位置在管材圆筒内,根据如下公式计算机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角β：
[0017][0018]
进一步地，步骤2中，如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，则调整机械臂向右旋转如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，则调整机械臂向左旋转如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，则调整机械臂向右旋转如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，位置均在管材喇叭口内，则调整机械臂向左旋转
[0019]
进一步地，步骤3中，根据如下公式计算机械臂左移位移量v
aα
、机械臂右移位移量vbα
、机械臂右移位移量v
cα
、机械臂右移位移量v
dα
、机械臂左移位移量v
eα
、机械臂左移位移量v
fα
、机械臂左移位移量v
aβ
、机械臂右移位移量v
bβ
、机械臂右移位移量v
cβ
、机械臂右移位移量v
dβ
、机械臂左移位移量v
eβ
和机械臂左移位移量v
fβ
：
[0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032]
进一步地，如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＞h2，则平行调整机械臂左移位移量v
aα
；
[0033]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＞h2，
则平行调整机械臂右移位移量v
bα
；
[0034]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＞h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
cα
；
[0035]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＜h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
dα
；如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＜h2，，则平行调整机械臂左移位移量v
eα
；
[0036]
如果两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＜h2，则平行调整机械臂左移位移量v
fα
；
[0037]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＞h2，，则平行调整机械臂左移位移量v
aβ
；
[0038]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＞h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
bβ
；
[0039]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＞h2，则平行调整机械臂右移位移量v
cβ
；
[0040]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＜h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
dβ
；
[0041]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＜h2，，则平行调整机械臂左移位移量v
eβ
；
[0042]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＜h2，则平行调整机械臂左移位移量v
fβ
。
[0043]
本发明的有益技术效果：
[0044]
本发明的喇叭口筒环管材机械臂居中方法，根据机械臂从起始位置水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，确定机械臂的旋转角和位置平移量，能够使机械臂
沿着喇叭口筒环管材中心轴线进入喇叭口筒环管材，从而使超声设备获得高质量的超声图像，利于超声图像中设备结构和缺陷的检测和识别。
附图说明
[0045]
图1为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，时，探头水平测量值投影到喇叭口筒环管材横截面示意图；
[0046]
图2为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，时，探头水平测量值投影到喇叭口筒环管材横截面示意图；
[0047]
图3为喇叭口筒环管材一个近点位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材另一个近点位置在管材圆筒内，时，探头水平测量值投影到喇叭口筒环管材横截面示意图；
[0048]
图4为喇叭口筒环管材一个近点位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材另一个近点位置在管材圆筒内，时，探头水平测量值投影到喇叭口筒环管材横截面示意图；
[0049]
图5为探头经过管材喇叭口内的近点的圆截面示意图；
[0050]
图6为探头经过管材圆筒内的近点的圆截面示意图；
[0051]
图7为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，机械臂从初始位置平行移动位移量v
aα
的示意图；
[0052]
图8为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，机械臂从初始位置平行移动位移量v
bα
的示意图；
[0053]
图9为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，机械臂从初始位置平行移动位移量v
cα
的示意图；
[0054]
图10为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，机械臂从初始位置平行移动位移量v
dα
的示意图；
[0055]
图11为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，机械臂从初始位置平行移动位移量v
eα
的示意图；
[0056]
图12为喇叭口筒环管材两个近点位置均在管材喇叭口内，机械臂从初始位置平行移动位移量v
fα
的示意图。
[0057]
图中：1、第一垂足；2、第二垂足；3、第三垂足；4、第四垂足；5、第五垂足；6、第六垂足。
具体实施方式
[0058]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细地描述。
[0059]
一种喇叭口筒环管材机械臂居中方法,包括如下步骤：
[0060]
步骤1，根据喇叭口筒环管材母线与中心轴线夹角t，以及机械臂从管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，计算机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角，调整机械臂从起始位置移向喇叭口筒环管材中心轴线旋转；
[0061]
步骤2，根据喇叭口筒环管材母线与中心轴线夹角t，机械臂从喇叭口筒环管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，以及机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角，计算机械臂从起始位置向喇叭口筒环管材中心轴线移动的水平位移量，调整机械臂从起始位置向喇叭口筒环管材中心轴线水平移动。
[0062]
进一步地，步骤1中，通过测试机械臂在管材喇叭口内的上位移量v1和下位移量v2，调整机械臂在管材喇叭口内的上下位置，移动位移量正值表示上移，负值表示下移，使得机械臂位于测试喇叭口筒环管材中心轴线所在平面，同时使后续测试数据可以确定机械臂在该平面上的旋转角度和水平位移量；机械臂在管材喇叭口内的上位移量v1和下位移量v2的单位均为mm。由于机械臂和喇叭口筒环管材中心轴线所在平面是水平的，测量上下高度的探头所得数据正好反映了探头到该平面的差值就是移动位移量
[0063]
进一步地，步骤1中，所述机械臂从喇叭口筒环管材中心轴线所在平面水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数包括机械臂从起始位置到第一近点的距离l1、第一近点到第二近点的距离l2、机械臂上分布的左侧探头在第一近点得到的距离值h2、机械臂上分布的右侧探头在第一近点得到的距离值h1、机械臂上分布的左侧探头在第二近点得到的距离值和机械臂上分布的右侧探头在第二近点得到的距离值l1、l2、h1、h2、和的单位均为mm，h2、h1、和均是对应探头的测量值加上机械臂上对应探头处界面方形长度的一半之和。
[0064]
根据机械臂从起始位置水平进入喇叭口筒环管材两个近点得到的位置参数，确定喇叭口筒环管材两个近点的位置是在管材喇叭口内还是管材圆筒内。
[0065]
如果两个近点的位置是在管材喇叭口内，机械臂指向角与管材中心轴线的夹角α分以下四种情况考虑：
[0066]
情形一、参见图1，h1＜h2，且机械臂在运动方向上越来越靠近喇叭口筒环管材中心轴线，即假设机械臂上分布的左侧探头在喇叭口筒环管材第一近点得到的另一距离值h
new2
，此时，根据正弦定理，有：
[0067][0068]
同理，假设机械臂上分布的左侧探头在喇叭口筒环管材第二近点得到的另一距离值h*
new2
，此时，根据正弦定理，有：
[0069][0070]
假设机械臂上分布的右侧探头在喇叭口筒环管材第一近点得到的另一距离值h
new1
，此时，根据正弦定理，有：
[0071][0072]
假设机械臂上分布的右侧探头在喇叭口筒环管材第二近点得到的另一距离值h*
new1
，此时，根据正弦定理，有：
[0073][0074]
由于：
[0075][0076]
将式(1)-(4)代入式(5)，即有：
[0077][0078]
式(6)两边乘以cos(t)，利用三角公式展开，将含有cosα和sinα的项合并在一起，有：
[0079][0080]
由此，得到机械臂右旋转角为：
[0081][0082]
情形二、参见图2，h1＜h2，且机械臂在运动方向上越来越远离喇叭口筒环管材中心轴线，即
[0083]
由于：
[0084][0085][0086][0087][0088][0089]
类似情形(1)中的推演，可堆出机械臂左旋转角为：
[0090][0091]
情形三、参见图3，h1＞h2，且机械臂在运动方向上越来越靠近喇叭口筒环管材管材中心轴线，即
[0092]
类似情形二中的推演，可堆出机械臂左旋转角为：
[0093][0094]
情形四、参见图4，h1＞h2，且机械臂在运动方向上越来越远离喇叭口筒环管材中心轴线，即类似情形一中的推演，可堆出机械臂右旋转角为：
[0095][0096]
接着，考虑喇叭口筒环管材一个近点位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材另一个近点位置在管材圆筒内，机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线夹角为β。
[0097]
由于参照机械臂指向角与管材中心轴线的夹角α，机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线夹角为β分以下四种情况考虑：
[0098]
情形一、h1＜h2，机械臂右旋转角为：
[0099][0100]
情形二、h1＜h2，机械臂左旋转角为：
[0101][0102]
情形三、h1＞h2，机械臂左旋转角为：
[0103][0104]
情形四、h1＞h2，机械臂右旋转角为：
[0105][0106]
以上讨论，归纳起来得到步骤(1)：
[0107]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置是在管材喇叭口内，根据如下公式计算机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角α：
[0108][0109]
如果喇叭口筒环管材第一近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二近点的位置在管材圆筒内,根据如下公式计算机械臂指向角与喇叭口筒环管材中心轴线的夹角β：
[0110][0111]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，则调整机械臂向右旋转如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，则调整机械臂向左旋转如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，则调整机械臂向右旋转如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，则调整机械臂向左旋转
[0112]
参见图5-6，机械臂移向喇叭口筒环管材中心轴线的旋转角不一样导致机械臂移向喇叭口筒环管材中心轴线的水平位移量不一样，但判定条件和操作方法相同。参见图7-12，以下以旋转角α的情况举例，分以下6种情形：
[0113]
(1)参见图7，h1＞h2，垂足在轴心右边，即时，机械臂水平左位移量h
leg
为：
[0114][0115]
(2)参见图8，h1＞h2，垂足在轴心左近点1右边，即时，机械臂水平右位移量h
leg
为：
[0116][0117]
(3)参见图9，h1＞h2，垂足在近点1左边时，机械臂水平右位移量hleg
为：
[0118][0119]
(4)参见图10，h1＜h2，垂足在轴心左边，即时，机械臂水平右位移量h
leg
为：
[0120][0121]
(5)参见图11，h1＜h2，垂足在轴心左边至近点1之间，即时，机械臂水平左位移量h
leg
为：
[0122][0123]
(6)参见图12，h1＜h2，垂足在近点1右边时，机械臂水平左位移量h
leg
为：
[0124][0125]
旋转角β的情况参照旋转角α，通过旋转角α和旋转角β下机械臂水平位移量的归纳总结，得到步骤(2)：
[0126]
根据如下公式计算机械臂左移位移量v
aα
、机械臂右移位移量v
bα
、机械臂右移位移量v
cα
、机械臂右移位移量v
dα
、机械臂左移位移量v
eα
、机械臂左移位移量v
fα
、机械臂左移位移量v
aβ
、机械臂右移位移量v
bβ
、机械臂右移位移量v
cβ
、机械臂右移位移量v
dβ
、机械臂左移位移量v
eβ
和机械臂左移位移量v
fβ
：
[0127][0128][0129][0130][0131]
[0132][0133][0134][0135][0136][0137][0138][0139]
进一步地，如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＞h2，则平行调整机械臂左移位移量v
aα
；
[0140]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＞h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
bα
；如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＞h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
cα
；
[0141]
如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＜h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
dα
；如果喇叭口筒环管材两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＜h2，，则平行调整机械臂左移位移量v
eα
；
[0142]
如果两个近点的位置均在管材喇叭口内，h1＜h2，则平行调整机械臂左移位移量v
fα
；
[0143]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个
近点的位置在管材圆筒内，h1＞h2，，则平行调整机械臂左移位移量v
aβ
；
[0144]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＞h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
bβ
；
[0145]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＞h2，则平行调整机械臂右移位移量v
cβ
；
[0146]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＜h2，，则平行调整机械臂右移位移量v
dβ
；
[0147]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＜h2，，则平行调整机械臂左移位移量v
eβ
；
[0148]
如果喇叭口筒环管材第一个近点的位置在管材喇叭口内，喇叭口筒环管材第二个近点的位置在管材圆筒内，h1＜h2，则平行调整机械臂左移位移量v
fβ
；
[0149]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。