CN105628793A - 手持被动式柔性臂定位超声扫查检测方法及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手持被动式柔性臂定位超声扫查检测方法及检测装置，该方法采用手持被动式柔性臂实现扫查路径上超声探头定位信号的传递，超声检测系统读取扫查路径上该位置的A扫描波形信号，实现超声的定位检测，并通过计算机对所有扫查位置的超声信号数据进行整合分析，从而实现工件内部状态的图形化。所用的检测装置是由计算机、超声信号发射及采集装置、超声探头和被动式柔性臂组成，手持式扫查方式，最远可达到由被动式柔性臂立柱和测量臂总长度为半径所构成的空间球体范围内的任意点，因此对工件表面无形状要求，可以实现多曲率表面的超声波扫描检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种超声检测方法，特别涉及一种手持被动式柔性臂定位超声扫查检测方法及检测装置。
背景技术
超声波检测是目前工业上比较通用的无损检测方法，超声波检测方法一般分为定性检测和定量检测。
定性超声波检测时，一般将工件固定后，手持超声探头，或者手工移动固定超声探头的工装夹具，在工件表面运动，使超声探头在不同位置发射和接受回波，从而反映工件内部状态。如专利号ZL200920254007.0，公开了一种名称为《手持式钢板检测装置》的实用新型专利。这种方法的优点是可以应用于多曲率曲面的工件检测，其缺点是由于手动操作的速度、方向不均，只能对工件进行定性的检测，无法实现定量检测，更难以形成准确的工件内部状态图像。
定量超声波检测时，一般采用多轴驱动装置驱动超声探头，在X-Y-Z方向分别采用步进电机驱动，超声探头在工件表面运动，并通过计算机整合步进电机的步进位置信息和超声探头的超声回波信号，从而得到超声探头确定位置相应的工件内部状态。如专利号ZL201320651673.4，公开了一种名称为《一种超声波检测设备》的实用新型专利。这种方法的优点在于可以定位反应工件内部的状态，并可以通过适当的软件处理形成图像。其缺点在于运动模块的各个运动方向均需要丝杠螺母、伺服电机等构件，导致机构复杂，成本提高，同时使驱动装置尺寸增大，因此也提高了检测设备对使用空间的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种手持被动式柔性臂定位超声检测方法及检测装置，以简单易用的方式解决传统手持超声探头检测方式无法定量，而自动扫查检测装置机械设备结构复杂、成本高、应用局限性等问题。
本发明的方法为：
采用手持被动式柔性臂实现扫查路径上超声探头定位信号的传递，超声检测系统读取扫查路径上该位置的A扫描波形信号，实现超声的定位检测，并通过计算机对所有扫查位置的超声信号数据进行整合分析，从而实现工件内部状态的图形化。
本发明的具体步骤如下：
第一步：启动计算机，加载超声检测参数，加载第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器和第六角度传感器参数，加载信号预处理参数的设置；
第二步：接收到开始检测指令，手持被动式柔性臂端部超声探头移动到待检区域并移动扫查，确保扫查区域覆盖工件的待检区域；
第三步：在扫查过程中的每个时间节点，同时进行超声检测及被动式柔性臂角度位置反馈信号数据采集；计算机根据角度位置数据计算超声探头位置坐标信息，并进行该坐标信息的显示、存储；在计算机上存储超声A回波信号信息，并进行波形显示。
第四步：按一定时间周期重复上述过程，直至扫查覆盖所有的待检测区域。
第五步：计算机根据内置算法，先对每个A回波信号进行去噪处理，并提取能够反应工件内部状态的特征量，构成一个二维矩阵，然后按照一定的编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像。
该方法所用的检测装置是由计算机、超声信号发射及采集装置、超声探头和被动式柔性臂组成；
被动式柔性臂是由基座、立柱、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器、第六角度传感器、测量臂和端部夹持机构组成，超声探头夹持于被动式柔性臂的端部，用于接收和发射超声波，被动式柔性臂的各关节处分别安装第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器和第六角度传感器；第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器和第六角度传感器用于传输被动式柔性臂各关节机械臂的角度位置信号；
超声探头通过信号线与超声信号采集装置相连；超声信号采集装置、第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器和第六角度传感器均通过信号线与计算机相连。
通过测量臂的多个回转运动可使超声探头最远达到由立柱和测量臂总长度为半径所构成的空间球体范围内可达到的任意点，通过各回转部位的第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器和第六角度传感器，可反馈相邻两测量臂相对回转的角度。利用空间齐次坐标变换法，计算端部夹持机构相对于被动式柔性臂原点空间位置的坐标，进而实现对球半径空间范围内可达到的任意点进行坐标测量。
检测时，被动式柔性臂通过基座固定于放置工件的工作台上或工件本体上，检测人员手持被动式柔性臂端部夹持的超声探头，在工件的检测区域，利用人力驱动超声探头及被动式柔性臂运动，并按通常的手动操作方式进行超声扫描检测作业。
扫描检测过程中，计算机实时根据被动式柔性臂的第一角度传感器、第二角度传感器、第三角度传感器、第四角度传感器、第五角度传感器和第六角度传感器反馈的角度位置信号，利用其内置的坐标算法程序，计算当下时刻超声探头的位置坐标，并同时控制超声信号发射及采集装置发射及采集超声信号，实现超声探头在当下位置的超声检测；以一定的时间周期重复上述过程，获得全部扫查区域三维位置坐标数组，及与每一位置坐标值一一对应的超声检测信号数据数组。最后，分析整合超声探头三维位置坐标及相应超声检测信号数据数组信息，获得超声扫描检测图像数据信息，在计算机的显示屏上呈现出所检测区域的图像，实现质量检测及缺陷分析。
本发明的有益效果是：
通过对被动式柔性臂角度位置信号处理获得超声探头的检测位置坐标，实现定位超声检测。当扫查路径覆盖工件检测区域表面时，对采集到的超声定位检测数据进行图像化处理，并通过屏幕反映工件的内部状态，从而实现超声定位检测及检测结果的定量分析。
手持式扫查方式，最远可达到由被动式柔性臂立柱和测量臂总长度为半径所构成的空间球体范围内可达到的任意点，因此对工件表面无形状要求，可以实现多曲率表面的超声波扫描检测。
超声探头及被动式柔性臂由手持人工驱动，无需电机及相应的传动装置，结构简单，体积小。
附图说明
图1为本发明实施例的原理图。
图2为本发明所用装置的第一工作示意图。
图3为本发明所用装置的第二工作示意图。
图4为本发明的流程图。
图5为本发明所用装置的被动式柔性臂结构图。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的方法为：
采用手持被动式柔性臂4实现扫查路径上超声探头3定位信号的传递，超声检测系统读取扫查路径上该位置的A扫描波形信号，实现超声的定位检测，并通过计算机1对所有扫查位置的超声信号数据进行整合分析，从而实现工件内部状态的图形化。
本发明的具体步骤如下：
第一步：启动计算机1，加载超声检测参数，加载第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14和第六角度传感器15参数，加载信号预处理参数的设置；
第二步：接收到开始检测指令，手持被动式柔性臂端部超声探头3移动到待检区域并移动扫查，确保扫查区域覆盖工件6的待检区域；
第三步：在扫查过程中的每个时间节点，同时进行超声检测及被动式柔性臂4角度位置反馈信号数据采集；计算机1根据角度位置数据计算超声探头3位置坐标信息，并进行该坐标信息的显示、存储；在计算机1上存储超声A回波信号信息，并进行波形显示。
第四步：按一定时间周期重复上述过程，直至扫查覆盖所有的待检测区域。
第五步：计算机1根据内置算法，先对每个A回波信号进行去噪处理，并提取能够反应工件内部状态的特征量，构成一个二维矩阵，然后按照一定的编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像。
如图2、3和图5所示，该方法所用的检测装置是由计算机1、超声信号发射及采集装置2、超声探头3和被动式柔性臂4组成，被动式柔性臂4是由基座7、立柱8、第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14、第六角度传感器15、测量臂13和端部夹持机构16组成，超声探头3夹持于被动式柔性臂4的端部，用于接受和发射超声波，被动式柔性臂4的各关节处分别安装第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14和第六角度传感器15；第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14和第六角度传感器15用于传输被动式柔性臂4各关节机械臂的角度位置信号；
超声探头3通过信号线与超声信号采集装置2相连；超声信号采集装置2、第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14和第六角度传感器15均通过信号线与计算机1相连。
通过测量臂13的多个回转运动可使超声探头3最远达到由测量臂13长度为半径所构成的空间球体范围内可达到的任意点，通过各回转部位的第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14和第六角度传感器15，可反馈相邻两测量臂相对回转的角度。利用空间齐次坐标变换法，计算端部夹持机构16相对于被动式柔性臂4原点空间位置的坐标，进而实现对球半径空间范围内可达到的任意点进行坐标测量。
检测时，被动式柔性臂4通过基座7固定于放置工件的工作台5上或工件本体6上，检测人员手持被动式柔性臂4端部夹持的超声探头3，在工件的检测区域，利用人力驱动超声探头3及被动式柔性臂4运动，并按通常的手动操作方式进行超声扫描检测作业。
扫描检测过程中，计算机1实时根据被动式柔性臂4的第一角度传感器9、第二角度传感器10、第三角度传感器11、第四角度传感器12、第五角度传感器14和第六角度传感器15反馈的角度位置信号，利用其内置的坐标算法程序，计算当下时刻超声探头3的位置坐标，并同时控制超声信号发射及采集装置2发射及采集超声信号，实现超声探头3在当下位置的超声检测；以一定的时间周期重复上述过程，获得全部扫查区域三维位置坐标数组，及与每一位置坐标值一一对应的超声检测信号数据数组。最后，分析整合超声探头三维位置坐标及相应超声检测信号数据数组信息，获得超声扫描检测图像数据信息，在计算机1的显示屏上呈现出所检测区域的图像，实现质量检测及缺陷分析。
Claims (3)
1.一种手持被动式柔性臂定位超声扫查检测方法，该方法是：采用手持被动式柔性臂(4)实现扫查路径上超声探头(3)定位信号的传递，超声检测系统读取扫查路径上该位置的A扫描波形信号，实现超声的定位检测，并通过计算机(1)对所有扫查位置的超声信号数据进行整合分析，从而实现工件内部状态的图形化。
2.根据权利要求1所述的一种手持被动式柔性臂定位超声扫查检测方法，该方法的具体步骤如下：
第一步：启动计算机(1)，加载超声检测参数，加载第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)和第六角度传感器(15)参数，加载信号预处理参数的设置；
第二步：接收到开始检测指令，手持被动式柔性臂端部超声探头(3)移动到待检区域并移动扫查，确保扫查区域覆盖工件(6)的待检区域；
第三步：在扫查过程中的每个时间节点，同时进行超声检测及被动式柔性臂(4)角度位置反馈信号数据采集；计算机(1)根据角度位置数据计算超声探头(3)位置坐标信息，并进行该坐标信息的显示、存储；在计算机(1)上存储超声A回波信号信息，并进行波形显示；
第四步：按一定时间周期重复上述过程，直至扫查覆盖所有的待检测区域；
第五步：计算机(1)根据内置算法，先对每个A回波信号进行去噪处理，并提取能够反应工件内部状态的特征量，构成一个二维矩阵，然后按照一定的编码规则将其转化为该扫描区域的C扫描图像。
3.权利要求1或2所用的检测装置，其特征在于：是由计算机(1)、超声信号发射及采集装置(2)、超声探头(3)和被动式柔性臂(4)组成；
被动式柔性臂(4)是由基座(7)、立柱(8)、第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)、第六角度传感器(15)、测量臂(13)和端部夹持机构(16)组成，超声探头(3)夹持于被动式柔性臂(4)的端部，用于接受和发射超声波，被动式柔性臂(4)的各关节处分别安装第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)和第六角度传感器(15)；第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)和第六角度传感器(15)用于传输被动式柔性臂(4)各关节机械臂的角度位置信号；
超声探头(3)通过信号线与超声信号采集装置(2)相连；超声信号采集装置(2)、第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)和第六角度传感器(15)均通过信号线与计算机(1)相连；
通过测量臂(13)的多个回转运动可使超声探头(3)最远达到由立柱(8)和测量臂(13)总长度为半径所构成的空间球体范围内的任意点，通过各回转部位的第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)和第六角度传感器(15)，可反馈相邻两测量臂相对回转的角度；利用空间齐次坐标变换法，计算端部夹持机构(16)相对于被动式柔性臂(4)原点空间位置的坐标，进而实现对球半径空间范围内任意点进行坐标测量；
检测时，被动式柔性臂(4)通过基座(7)固定于放置工件的工作台(5)上或工件本体(6)上，检测人员手持被动式柔性臂(4)端部夹持的超声探头(3)，在工件的检测区域，利用人力驱动超声探头(3)及被动式柔性臂(4)运动，并按通常的手动操作方式进行超声扫描检测作业；
扫描检测过程中，计算机(1)实时根据被动式柔性臂(4)的第一角度传感器(9)、第二角度传感器(10)、第三角度传感器(11)、第四角度传感器(12)、第五角度传感器(14)和第六角度传感器(15)反馈的角度位置信号，利用其内置的坐标算法程序，计算当下时刻超声探头(3)的位置坐标，并同时控制超声信号发射及采集装置(2)发射及采集超声信号，实现超声探头(3)在当下位置的超声检测；以一定的时间周期重复上述过程，获得全部扫查区域三维位置坐标数组，及与每一位置坐标值一一对应的超声检测信号数据数组；最后，分析整合超声探头三维位置坐标及相应超声检测信号数据数组信息，获得超声扫描检测图像数据信息，在计算机(1)的显示屏上呈现出所检测区域的图像，实现质量检测及缺陷分析。
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