航空构件一体化超声成像检测的若干关键技术研究

论文题目: 航空构件一体化超声成像检测的若干关键技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及自动化

作者: 江健

导师: 周晓军

关键词: 复杂型面,超声检测,运动学分析,动力学建模,灵敏度自动补偿,仿形测量

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 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

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 论文背景

1.2.1 论文工程背景

1.2.2 论文的研究意义

1.3 测量、建模和检测一体化技术

1.3.1 复杂型面构件一体化检测技术的背景

1.3.2 复杂型面构件一体化检测系统的构架和检测原理介绍

1.3.3 复杂型面构件一体化检测系统中的动力学问题和误差补偿

1.3.4 复杂型面构件一体化检测系统的灵敏度自动补偿

1.3.5 面向金属棒材的一体化检测技术

1.4 论文的主要研究内容

1.5 本章小节

第二章 复杂型面一体化超声检测系统的建模及可视化技术研究

2.1 引言

2.2 一体化检测系统构架和检测原理

2.3 检测机器人的运动学分析和综合

2.3.1 系统连杆变换和运动学方程的建立

2.3.2 检测机器人运动方程求解

2.4 超声检测中成像和显示技术的发展和评价

2.4.1 超声探伤仪

2.4.2 工业领域内的微机控制超声检测系统

2.4.3 其他超声成像技术

2.4.4 在工业领域内的超声检测系统中引入可视化的意义

2.5 数据可视化的理论基础

2.5.1 概述

2.5.2 可视化过程模型

2.5.3 数据可视化的三个层次

2.5.4 超声检测系统中可视化的任务

2.6 超声检测系统中数据可视化研究与分析

2.6.1 数据的类型、特点和组织形式

2.6.2 数据场的显示算法的选择

2.6.3 颜色映射方法与调色板技术

2.7 可视化软件的设计与开发

2.7.1 开发工具的选择

2.7.2 调色板的设计与实现

2.7.3 扫描图象的显示和处理

2.7.4 灰度显示

2.7.5 交互技术

2.8 本章小结

第三章 复杂型面一体化超声检测系统的动力学建模及误差补偿

3.1 引言

3.2 动力学建模方法和误差补偿的简要介绍

3.3 构件坐标系定义和变换矩阵推导

3.3.1 构件坐标系的建立

3.3.2 关节变换矩阵的建立

3.3.3 系统的速度曲线描述

3.4 检测机器人的动力学分析

3.5 动力学仿真和误差补偿

3.5.1 动力学仿真模型的建立

3.5.2 构件的受力变形计算

3.5.3 检测机器人的误差补偿

3.5.3 误差补偿实例

3.6 关于误差补偿的结论

3.7 本章小节

第四章 复杂型面一体化超声检测系统的灵敏度自动补偿技术研究

4.1 引言：

4.2 影响检测灵敏度的主要因素

4.3 常用超声检测方法

4.3.1 按声发射接收方法分类

4.2.2 按超声检测的耦合方式分类

4.4 变厚度构件超声扫描的检测增益要求

4.5 常见的灵敏度控制策略

4.6 改进的灵敏度自动补偿算法

4.7 复合材料曲面构件扫查路径规划

4.8 实验验证及其结论

4.9 本章小节

第五章 面向实物的复杂型面一体化超声检测系统的实现

5.1 引言

5.2 系统硬件概况和组成介绍

5.3 系统软件概况和组成介绍

5.4 复杂型面构件扫查实例

5.4.1 检测方案分析

5.4.2 仿形测量

5.4.3 动力学分析和误差补偿

5.4.4 运动点位生成

5.4.5 灵敏度补偿

5.4.6 扫查路径规划

5.4.7 扫查结果和结论

5.5 本章小节

第六章 面向棒材的一体化超声检测系统

6.1 引言

6.2 检测方法和系统介绍

6.2.1 检测方法

6.2.2 检测的流程和系统组成介绍

6.3 棒材的仿形技术

6.4 棒材自动检测系统的可视化处理

6.5 实验结果

6.6 本章小节

第七章 总结与展望

7.1 全文内容总结

7.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间发表(撰写)的论文和参与科研情况

一.学术论文

二.博士期间参加的科研项目

致谢

发布时间: 2006-11-22

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• [1].基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统[D]. 张秀峰.清华大学2005
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