[发明专利]一种载于机械臂的超声检测增材构件表面形貌装置

说明书

本发明是一种载于机械臂的超声检测增材构件表面形貌装置，该装置包括多关节型工业机器人、机器人控制面板、机器人电源三者相连；其中，多关节型工业机器人放置在工作平台上，并将超声收发装置载于机器人手臂上，实现超声收发装置的多维运动；储存数据的信号采集卡与计算机系统相连，计算机接收到N个制件表面超声信号，根据构建的麦克风阵列算法计算制件表面各点的三维高度信息，从而构建所检测增材制件表面形貌的二维彩虹图。该装置将传统超声检测系统与计算机阵列算法及工业机器人结合，实现了超声检测系统在多维空间对构件表面形貌的全面、精准、快速的超声检测，并最终能得到直观清晰的二维彩虹图，便于分析制件表面形貌。

技术领域

本发明属于无损检测领域，具体涉及一种载于机械臂的超声检测增材构件表面形貌装置。

背景技术

增材制造技术将每一层“薄片”叠加而形成三维实体零件，实现传统工艺难以或无法加工的复杂结构的制造，但零件一层一层堆叠后，每一层的质量好坏无法得到精确检测，而每一层的质量以及层与层之间的结合质量直接决定着整个制件的质量。因此关键在于每一层“薄片”的表面形貌，而其复杂性往往导致常规检测手段面临可达性差、检测盲区大等问题，给无损检测带来很大挑战；增材制造零部件由于其连续成形特征，需要增材一定体积后检测质量以控制是否继续增材，同时还需要增材后大尺寸零部件的整体检测。需要采用无损检测手段进行外形尺寸的精密测量，但目前缺乏公开报道的信息。

超声在空气的声衰减系数较大,声强随传播距离呈指数衰减,空气中超声的探测范围较小,一般在30m以内。但由于超声测距的是一种非接触的测量方式，和红外、激光及无线电测距相比，超声测距有结构简单、成本较低、不易受光线、烟雾、电磁影响等优点，所以在某些特殊情况下，超声测距是其他测距方式不可替代的。目前,空气中的超声测距被广泛应用于地貌形貌成像、机器人定位测量等。

北京理工大学研发了一种双机械手超声检测方法(徐春广，郭灿志，郝娟等),公开号为CN 108982664 A的专利提出了一种利用双机械手检测系统进行检测工件内部质量的方法，机械手不与被检工件发生碰撞，该装置将工业机器人与超声检测技术相结合，可以发挥机器人的灵活性强、自动化程度高、可重复编程、精度高等特点，并且对于尺寸较大、结构开放的复杂曲面工件通过编程机器人路径即可完成覆盖检测。但该方法只是完成构件内部缺陷的检测，而对于构件表面形貌的检测仍有欠缺。因此本发明利用超声测距优势结合工业机器人对构件的表面形貌进行检测。

中国专利CN 109196350 A公开了一种超声检测材料内部的缺陷的方法，通过从超声发射换能器发射超声，超声接收换能器获取至少一个时间信号，所述至少一个时间信号表示在测量期间在测量位置处在材料中随时间传播的超声的振幅；对于每个测量位置，其能够在测量期间使用归一化项对时间信号进行归一化以获得归一化的时间信号；和处理不同测量位置的归一化的时间信号以检测材料中的缺陷。但该方法只能够检测某些固定点的缺陷情况，完成单点的形貌或内部缺陷的检测，而由于其无法实现检测过程中设备的快速移动，因此无法完成对于大型结构件的表面形貌检测，无法实现构件表面形貌的二维成形。

中国专利CN1312487C公开了一种新型超声波检测装置及检测方法，包括：超声波探头及联动装置、发射/接收电路、控制/处理单元、显示器和人机对话接口。在所述超声波探头联动装置内，安装有一个与该探头同步运动的，由机械计数式或如同光电鼠标式结构组成的探头物理位置等距离移动信号产生装置；利用机械电脉冲计数装置或光电鼠标装置，产生敏感于被检测物体检测面横坐标或/和纵坐标移动的脉冲定距离标志信号或网格标志信号，同步控制发射电路产生高压激励脉冲给探头，探头产生超声波，经耦合传入被检物体。克服了因非匀速移动带来的图像失真问题，实现依物理位置移动信号产生激励脉冲，接受回波信号进行处理，真实反映物体内部信息的目的。但该方法对于尺寸较大、结构开放的复杂曲面工件的覆盖检测十分困难，无法实现对结构表面全方位的移动检测，不具备检测的灵活性、自动化程度很低、对于构件的检测路径无法重复编程。