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航空构件一体化超声成像检测的若干关键技术研究

江健  
【摘要】:当前,复杂型面的构件大量应用在航空、船舶、汽车、医疗器械等行业中,而金属棒材则是机械行业应用最广的一种构件,提高这两类构件的检测精度和效率是当前一个非常现实的问题。因此,如何设计一个适用范围广、精度高、效率高的自动化超声检测系统是一个现实而有意义的课题。本文结合“10自由度复杂曲面超声检测系统”和“棒材水浸超声自动检测系统”两个项目的研究,主要开展了超声测量、检测机器人运动学和动力学建模、误差补偿、灵敏度自动补偿和曲面构件超声检测一体化技术和轴棒类构件超声检测一体化技术的研究工作,进一步提高了复杂型面构件超声检测的效率和精度,并首次针对表面粗糙、圆柱度较差的金属轴棒类构件开发出了高效率的自动化检测设备。本文主要研究内容如下: 第一章分析了国内复杂型面构件和轴棒类零件无损检测的现状,结合国际上先进的自动化检测技术,论述了论文研究的重要意义,并分别提出了针对这两类构件的一体化超声检测自动化系统。 第二章建立了复杂型面超声检测系统的模型框架,给出其进行运动学分析和运动学综合的一般方法,引入了可视化技术,对复杂型面构件一体化超声检测系统的超声成像方法进行了研究,并给出了可视化软件的设计方法和实例。 由于复杂型面构件一体化超声检测系统的检测对象主要是薄壁曲面构件,需要采用了超声透射法进行检测,对探头的位姿要求严格,因此,第三章首先采用牛顿-欧拉方法建立了复杂型面检测机器的刚体动力学模型,然后用ADAMS仿真软件按照实际的尺寸和运动参数建立了检测机器人的虚拟样机模型,并针对常见的检测过程进行了仿真,得到了力和力矩曲线。然后分析并提出了检测机器人机体外误差补偿的方法和条件,并在仿真受力曲线和力矩曲线的基础上,进行了补偿试验。 由于系统的检测对象包括很多复杂型面构件,这些构件大多为变厚度构件,针对这种情况,第四章在分析透射法超声检测原理的基础上,研究了目前各类灵敏度补偿方法的优缺点,提出了基于保持透射波幅值的灵敏度实时补偿的改进算法,并进行了相应的实验,实验结果证明这种算法效果较为理想。 第五章介绍了复杂型面一体化超声检测系统的软件、硬件组成部分,分析了系统软件的设计思路并给出了系统软件各模块的介绍;针对圆筒形变厚度复合材料件,给出了一个利用本系统进行检测的完整应用实例,并给出检测实验结果。 针对国内棒材检测多为传统的手工超声检测,而现有的大部分自动化超声检测系统难以适应棒材检测的要求的现状,第六章提出了一个包括仿形、五自由度机械手、超声检测成像的一体化棒材自动检测系统。该系统采用机械仿形和软件仿形相结合的办法,保证了棒材检测中探头的准确位姿;交替使用平探头和TR探头,来检测棒材各个位置上的缺陷;采用螺旋扫查方式进行扫查,最后设计了一种近似的C图像作为替代,然后用A+B+C的组合成像方


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