[发明专利]一种不规则曲面工件的超声自动检测装置和方法

权利要求书

1.一种不规则曲面工件的超声自动检测装置，包括有工作台架(1)，其特征在于：所述工作台架(1)的上固定安装有传送带(2)，所述工作台架(1)上表面一侧还固定安装有第一伺服电机(3)，所述第一伺服电机(3)的输出轴与传送带(2)的驱动辊固定连接；所述工作台架(1)上表面靠近第一伺服电机(3)一侧固定连接有第一安装架(4)，所述第一安装架(4)的顶端固定连接有第一固定横杆(5)，所述第一固定横杆(5)的下端固定连接有阵列式激光传感器(6)；所述工作台架(1)顶面远离第一安装架(4)一端固定连接有第二安装架(7)，所述第二安装架(7)的顶端设置有第二伺服电机(8)，所述第二伺服电机(8)上固定连接有第二固定横杆(9)，所述第二固定横杆(9)上连接有超声探测机构(14)；

所述传送带(2)上固定连接有工件夹具(12)，所述工件夹具(12)之间卡接有待检测工件(13)；

所述第二伺服电机(8)滑动安装在第二安装架(7)的顶端侧壁上，所述第二伺服电机(8)的输出轴上固定连接有齿轮，所述第二安装架(7)的顶面上设置有齿轮槽，所述齿轮与齿轮槽啮合连接；

所述超声探测机构(14)包括有第一电动推杆(10)，所述第一电动推杆(10)固定连接在第二固定横杆(9)上，所述第一电动推杆(10)的底端活动连接有万向节(15)，所述万向节(15)上固定连接有探头夹具(16)，所述探头夹具(16)上夹持有超声探头(17)，所述第一电动推杆(10)上还固定连接有第二电动推杆(11)，所述第二电动推杆(11)的底端固定连接有第三电动推杆(18)，所述第三电动推杆(18)远离第二电动推杆(11)一端与万向节(15)侧壁活动连接；

所述工作台架(1)上还固定安装有控制模块，所述控制模块包括有滤波单元以及控制信号生成单元，所述控制模块与第一伺服电机(3)、第二伺服电机(8)、阵列式激光传感器(6)、第一电动推杆(10)、第二电动推杆(11)和第三电动推杆(18)电性连接；

一种应用于不规则曲面工件的超声自动检测装置的检测方法，其特征在于：包括有以下步骤：

S1、将待检测工件(13)放置在传送带(2)上的工件夹具(12)之间夹紧；

S2、启动第一伺服电机(3)，带动传送带(2)匀速运转，带动待检测工件(13)从阵列式激光传感器(6)下方匀速通过；

S3、通过阵列式激光传感器(6)获得待检测工件(13)表面各点的距离信号，进而形成待检测工件(13)表面的形状信号；

S4、将阵列式激光传感器(6)获得的距离信号和形状信号传输给控制模块，控制模块的滤波单元将接收到的距离信号和形状信号进行滤波，再通过控制信号生成单元来生成控制信号；

S5、控制模块将控制信号传输给第二伺服电机(8)、第一电动推杆(10)、第二电动推杆(11)以及第三电动推杆(18)，对探头夹具(16)上的超声探头(17)的位置和状态进行调节，保证待检测工件(13)通过时超声探头(17)能够完全贴合在待检测工件(13)表面对其进行检测；

所述S3中提到的测量待检测工件(13)表面的形状信号的具体方法为：

以第一电动推杆(10)向下为Z轴(上下)正方向，垂直Z轴向里为X轴(前后)正方向，垂直Z、X轴向左为Y轴(左右)正方向；

定义阵列式激光传感器(6)到工件夹具(12)底面的距离为L，阵列式激光传感器(6)每个单元测得的从激光传感器到待检测工件(13)的距离为h_nn；

这时，可得待检测工件(13)表面的形状矩阵

该形状矩阵与待检测工件(13)的表面形状的对应规则：

点位数值较大时，该点位就较为凸起；点位数值较小时，该点位就较为内凹；

控制模块根据该对应规则，在控制模块中生成待测工件(13)的形状；

所述S5中提到的控制模块对超声探头(17)位置和状态的调节控制方法，包括以下步骤：

N1、在控制模块对待检测工件(13)的表面形状进行检测区域块位划分，并在控制模块中生成块位标记矩阵

任取其中一检测区域块记为O；

N2、控制模块中根据生成的待检测工件(13)的表面形状，在任选位置根据该处的法线和Z轴之间的夹角α；

N3、依据三维坐标系，角度α偏向左时为正，偏向右时为负，和ΔL的正负性相同，根据公式

计算得出

ΔL＝Ktanα

式中：α为任选位置的法线和Z轴之间的夹角；

ΔL为第三电动推杆(18)在该处检测位置的长度改变量；

K为第三电动推杆(18)和万向节(15)固定点到万向节(15)关节处的距离；

N4、控制模块根据N3中提到的公式，控制第三电动推杆(18)的长度改变，进而控制超声探头(17)的角度改变；

N5、再根据阵列式激光传感器(6)测的高度，控制第一电动推杆(10)、第二电动推杆(11)改变相同的长度，使得超声探头(17)可以完全贴合该检测位置。