曲面复合材料工件超声自动检测中若干关键问题研究.pdf

浙江大学机械与能源工程学院
博士学位论文
曲面复合材料工件超声自动检测中若干关键问题的研究
姓名:郑慧峰
申请学位级别:博士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:周晓军
20081125
摘要当前超声无损检测方法被广泛应用于材料的内部缺陷探测,在产品全面质量控制中占有举足轻重的作用。特别针对复杂型面构件在航空、船舶、汽车、医疗器械等行业中的大量应用,如何设计一个适用范围广、精度高,效率高的曲面自动化超声检测系统,是近年来国内外超声无损检测领域研究的前沿课题。本文结合复合材料曲面工件自动超声检测项目的实际需要和具体实现方案,对系统的运动学与动力学建模、运动轨迹规划、多工件超声检测中模板定位以及变厚度曲面工件的灵敏度补偿与底波跟踪等问题进行了系统深入的研究。第一章阐述了课题的背景和研究的重要意义,分析了曲面数据测量、机器人动力学建模和轨迹规划、曲面匹配,复合材料超声检测等相关技术的国内外研究现状,最后给出了本论文主要的研究内容和章节安排。第二章对超声检测机器人建立了运动学与动力学模型,首先以五自由度超声机器人为研究对象,利用瓾表示法和齐次变换矩阵方法进行运动学建模,给出其运动学正逆解;然后分析了超声检测机器人各杆件速度与关节力的递推关系,利用—萃品椒ń⒘思觳饣魅说亩ρP停第三章对超声检测系统的运动轨迹规划进行了研究。根据曲面超声检测的特点,正确进行超声检测系统的运动轨迹规划,是实现高效超声探伤检测的关键。首先,给出了曲面工件的测量、重建和采样点生成方法;然后,从检测的动态特分别采用五次多项式和—嘞钍嚼炊猿觳獾脑硕旒=惺奔溆呕证检测机器人终端的探头能够平稳快速地采集信号,最后给出实例来验证该算法的有效性,并为提高超声检测系统的性能提供了依据。第四章对多工件超声检测中模板定位进行了研究。提出了一种分级匹配的定位算法来保证基于检测模板的多工件超声检测机器人轨迹可靠性:首先以待测工件与检测模板工件的包围盒的中心为原点分别建立坐标系来进行匹配,使得待测工件趋向检测模板,然后通过质心匹配来使得待测工件实际位姿基本与检测模板吻合,再通过点到曲面最小距离寻优的完全匹配来实现检测工件的最终定位,最后通过仿真与实例分析了各级匹配的精度与效果,验证了此分级匹配定位算法的性出发,在满足运动学和动力学约束条件下,针对,占、对点和连续轨迹两种任务下
可行性,并给出超声枋道4怂惴ㄍ捎τ迷谄渌芭渖呱系娜件定位方法上。第五章对曲面交厚度工件超声检测中灵敏度的自适应调节和波形跟踪进行了研究。针对曲面型复合材料工件衰减率大和厚度变化不均匀连续的特点,导致其超声自动化探伤中灵敏度调节困难,介绍了变厚度工件的超声璧脑恚阐述了灵敏度补偿的原理,提出了基于神经网络的方法来获取灵敏度与曲面位置信息之间的映射关系,用此来实现灵敏度的补偿与实时控制,并且结合生成的灵敏度模板提出了一种新的超声检测底波跟踪算法。最后通过扫查实例来验证该方法的满足检测需要,大大提高了对类似的变厚度高衰减率工件的超声检测的自动化程度和准确性。最后对全文工作进行了总结,并对将来进一步的工作作出展望。关键词:超声检测;曲面工件;复合材料;瑁辉硕Х治觯欢ρЫ模;运动轨迹规划;检测模板;曲面匹配;神经网络;灵敏度补偿;波形跟踪浙江大学博士学位论文
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学位敝作者躲%悠晦签字吼年性学位论文作者繇却毽眸签字日期:年≯月哆日签字日期:立即曛г露浙江大学研究生学位论文独创性声明学位论文版权使用授权书果,也不包含为获得滥姿苤堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一逝姿苤鲎有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权逝鋈盘堂可以将学位论文的本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ导师签名
郑慧峰致谢本文是在我的导师周晓军教授悉心指导下完成的。在五年多的学习、科研和生活中,周老师渊博的学识、严谨求实的治学态度、诲人不倦的高尚品德、缜密的思维以及对待科研和教育事业的献身精神,让弟子终生受益,并将时刻激励着我刻苦学习、鞭策着我在未来的人生旅途中奋发努力、锐意进取。在课题研究工作和论文撰写中取得的每一点进步、每一分成果,都是与周老师的关心、帮助分不开的