X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法：針對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件的專用性和特殊性，機(jī)械手夾持被測(cè)工件從X射線艙入口進(jìn)入，將被測(cè)工件置于射線照射區(qū)；啟動(dòng)X射線照射系統(tǒng)，從X射線接收器讀取被檢測(cè)工件內(nèi)部缺陷信息。其中，本發(fā)明通過(guò)被測(cè)工件的CAD模型，自動(dòng)生成被測(cè)工件掃查軌跡信息，將掃查軌跡信息傳給六自由度機(jī)械手，控制機(jī)械手嚴(yán)格按照規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)。這種檢測(cè)方法在保證結(jié)果可靠性的同時(shí)，極大地提高了無(wú)損檢測(cè)的自動(dòng)化程度，提高了工作效率，屬于無(wú)損探傷【技術(shù)領(lǐng)域】。
【專利說(shuō)明】X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法 一、

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提出一種用于小型復(fù)雜性構(gòu)件的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，該方法可 以用于檢測(cè)小型任意復(fù)雜構(gòu)件內(nèi)部缺陷，屬于無(wú)損探傷【技術(shù)領(lǐng)域】。 二、

【背景技術(shù)】
[0002] 小型復(fù)雜性構(gòu)件的可靠性與其結(jié)構(gòu)狀態(tài)密切相關(guān)，其復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)給準(zhǔn)確、快 速檢測(cè)造成了很大的困難，尤其對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、銑刀等復(fù)雜構(gòu)件而言，其內(nèi)部缺陷的 無(wú)損檢測(cè)一直是探傷【技術(shù)領(lǐng)域】的難題。
[0003] 由于發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、銑刀等小型構(gòu)件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，目前針對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件仍然 采用人工檢測(cè)方式進(jìn)行缺陷的無(wú)損檢測(cè)。采用人工檢測(cè)的方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，容易造 成漏檢或者誤檢而引發(fā)事故，難以滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的要求。專利（徐文良基于X射 線檢測(cè)的鋼管檢測(cè)裝置專利號(hào)：CN201320724148. 0,2013)公開(kāi)了一種對(duì)鋼管內(nèi)壁缺陷 進(jìn)行檢測(cè)的裝置。但這種裝置采用的是一發(fā)一收的檢測(cè)方法，需要人工把X射線發(fā)射器置 于鋼管內(nèi)壁，X射線接收器置于鋼管外壁，對(duì)鋼管內(nèi)壁缺陷進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)人員的技術(shù)要 求高，可靠性和效率不高，對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件在制造中的批量檢測(cè)還不是很有效。
[0004] X射線檢測(cè)技術(shù)是國(guó)際公認(rèn)的一種有效無(wú)損檢測(cè)手段，適用于多種復(fù)雜構(gòu)件的無(wú) 損檢測(cè)。與超聲波檢測(cè)方法比較，X射線可檢測(cè)工件內(nèi)部的缺陷，檢測(cè)結(jié)果直觀，檢測(cè)對(duì)象 基本不受復(fù)雜構(gòu)件材料、性質(zhì)、外廓尺寸的影響。
[0005] 機(jī)械手的發(fā)展和應(yīng)用為解決上述難題提供了可能，機(jī)械手的特點(diǎn)是靈活且具有柔 韌性，可以代替人進(jìn)行作業(yè)勞動(dòng)，效率高、安全性高，可以替代人工對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件進(jìn)行 高精度的檢測(cè)，有效避免人為的漏檢和誤檢。
[0006] 目前國(guó)內(nèi)利用機(jī)械手對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件的X射線檢測(cè)系統(tǒng)的研究相對(duì)較少，文獻(xiàn) 檢索發(fā)現(xiàn)，專利（李紹臣· "工業(yè)X射線電視檢測(cè)車(chē)專利號(hào)：CN00121047.5,2000)公開(kāi) 了一種利用安裝有機(jī)械手和X射線系統(tǒng)的檢測(cè)車(chē)，將檢測(cè)車(chē)開(kāi)到被檢測(cè)工件工作區(qū)域，對(duì) 其進(jìn)行掃查的X射線檢測(cè)方法，但這種裝置主要適用于野外龐大構(gòu)件的檢測(cè)。
[0007] 與已有的自動(dòng)檢測(cè)方式不同，本文提出了一種機(jī)械手夾持被測(cè)工件進(jìn)入X射線 艙，相對(duì)X射線源做空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小型復(fù)雜性構(gòu)件內(nèi)部缺陷自動(dòng)檢測(cè)的方法，這是一 種全新的方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。 三、


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種用于小型復(fù)雜性構(gòu)件的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法。 該方法針對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件的專用性和特殊性，利用機(jī)械手的靈活性和柔性，可以實(shí)現(xiàn)小 型復(fù)雜性構(gòu)件在制造和服役期間的缺陷無(wú)損檢測(cè)。
[0009] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：該檢測(cè)設(shè)備由六自由度機(jī)械手、X射線艙和控制系 統(tǒng)組成。其中，X射線艙具有防射線外泄功能的機(jī)殼和具有防X射線外泄功能的鉛橡膠軟 簾。實(shí)驗(yàn)時(shí)，由機(jī)械手夾持被測(cè)工件從X射線艙入口進(jìn)入，將被測(cè)工件置于射線照射區(qū)；啟 動(dòng)X射線照射系統(tǒng)，從X射線接收器讀取被檢測(cè)工件內(nèi)部缺陷信息。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：機(jī)械手夾持小型復(fù)雜性構(gòu)件進(jìn)入X射線艙，可對(duì)被測(cè)構(gòu)件進(jìn) 行缺陷的無(wú)損檢測(cè)。這種方法適用于各種復(fù)雜曲面的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的檢測(cè)，亦適用于其 他小型復(fù)雜性構(gòu)件的無(wú)損檢測(cè)，擴(kuò)大了檢測(cè)的適應(yīng)范圍，檢測(cè)速度快。 四、

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1多工位小型復(fù)雜性構(gòu)件缺陷X射線檢測(cè)方法示意圖
[0012] 圖2 X射線艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
[0013]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】：被測(cè)工件1、機(jī)械手2、X射線源3、圖像增強(qiáng)器4、X射線艙5、控制柜6、 機(jī)械手鉛橡膠罩7、X射線艙機(jī)殼8、鉛橡膠軟簾9. 五、

【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0015] X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。如圖1，在上料工位取料，機(jī)械手2準(zhǔn)確運(yùn) 動(dòng)到被測(cè)工件的上料位置，其末端氣動(dòng)手爪對(duì)被測(cè)工件1特定位置以特定角度進(jìn)行夾持。 機(jī)械手夾持被測(cè)工件從X射線艙5入口進(jìn)入，將被測(cè)工件置于射線照射區(qū)，啟動(dòng)X射線照射 系統(tǒng)，開(kāi)始檢測(cè)。由于X射線強(qiáng)度按照指數(shù)規(guī)律衰減，其強(qiáng)度隨被測(cè)工件的厚度增加而減 小，測(cè)量前，要根據(jù)被測(cè)工件的構(gòu)件總厚度及密度來(lái)適當(dāng)改變X射線管的電壓值，根據(jù)被測(cè) 工件的大小來(lái)適當(dāng)調(diào)整工件與X射線源的距離。測(cè)量過(guò)程中，機(jī)械手握持被測(cè)工件運(yùn)動(dòng)，保 證被測(cè)工件在X射線工作區(qū)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)被測(cè)工件缺陷掃查檢測(cè)。完成缺陷檢測(cè)之后，機(jī)械 手夾持被測(cè)工件移出X射線艙，準(zhǔn)確移動(dòng)到在下料工位卸料，其末端氣動(dòng)手爪松開(kāi)；返回上 料工位進(jìn)行下一個(gè)被測(cè)工件的檢測(cè)。在該方法中，X射線源置于在被測(cè)工件的一側(cè)，圖像增 強(qiáng)器4置于被測(cè)工件的另外一側(cè)，與超聲波等其他探傷方法相比，X射線檢測(cè)不受復(fù)雜構(gòu)件 材料、性質(zhì)、外廓尺寸的影響，可以得到更為直觀的缺陷圖像，對(duì)被測(cè)工件的缺陷、氣孔有較 高的靈敏度，檢測(cè)速度更加快。
[0016] 本發(fā)明采用透射法對(duì)被測(cè)工件缺陷進(jìn)行X射線無(wú)損檢測(cè)。
[0017] 采用透射法對(duì)被測(cè)工件內(nèi)部缺陷進(jìn)行X射線檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)方式。機(jī)械手握持被測(cè)工 件相對(duì)X射線源按照規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)，當(dāng)X射線透射被測(cè)工件時(shí)，由于工件內(nèi)部不同位置的 構(gòu)件總厚度及密度存在差別，對(duì)入射X射線強(qiáng)度產(chǎn)生的衰減不同，有缺陷部位與無(wú)缺陷部 位對(duì)X射線吸收能力不同，即透過(guò)有缺陷部位的X射線強(qiáng)度高于無(wú)缺陷部位的X射線強(qiáng)度， 因此可以通過(guò)檢測(cè)透過(guò)被測(cè)工件后X射線強(qiáng)度的變化來(lái)判斷被測(cè)工件是否有缺陷存在。圖 像增強(qiáng)器用于接收透過(guò)被測(cè)工件的X射線，透過(guò)被測(cè)工件的X射線強(qiáng)度隨著缺陷性質(zhì)的不 同和大小而有局部的變化，進(jìn)而在圖像增強(qiáng)器上形成含有被測(cè)工件內(nèi)部缺陷的射線圖像， 從中可直接得出被測(cè)工件內(nèi)部缺陷的性質(zhì)、大小及位置。
[0018] 掃查路徑規(guī)劃的實(shí)施方式。小型復(fù)雜性構(gòu)件掃查成像檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)主要是由6 自由度關(guān)節(jié)機(jī)械手完成，其運(yùn)動(dòng)控制也主要是圍繞機(jī)械手進(jìn)行的。鑒于被測(cè)工件的復(fù)雜性 和被測(cè)工件表面曲率變化范圍比較大的特點(diǎn)，本發(fā)明基于被測(cè)工件數(shù)學(xué)模型或CAD文件進(jìn) 行掃查路徑規(guī)劃，X射線透射法檢測(cè)掃查運(yùn)動(dòng)要保證被測(cè)工件要完全被X射線掃查到。通 過(guò)被測(cè)工件的CAD模型，生成被測(cè)工件掃查軌跡信息，再將掃查軌跡信息傳給控制柜6,控 制柜控制機(jī)械手嚴(yán)格按照規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)。
[0019] X射線艙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與防護(hù)實(shí)施方式。整個(gè)檢測(cè)過(guò)程都在有屏蔽防護(hù)功能的X射 線艙內(nèi)進(jìn)行。如圖2，X射線艙包括具有防射線外泄功能的機(jī)殼8和具有防X射線外泄功能 的鉛橡膠軟簾9。將多條鉛橡膠條固定在X射線艙的入口，防止X射線的外泄；另外，還在 機(jī)械手末端執(zhí)行器上方安裝一個(gè)鉛橡膠罩7,當(dāng)機(jī)械手夾持被測(cè)工件進(jìn)入檢測(cè)區(qū)時(shí)，鉛橡膠 罩正好罩于X射線艙入口上方，與X射線艙入口的鉛橡膠軟簾組成很好的屏蔽與防護(hù)結(jié)構(gòu)。 由此，可以保證X射線艙機(jī)械手檢測(cè)系統(tǒng)的安全性、可靠性。
[0020] 保證被測(cè)工件位置數(shù)據(jù)與X射線檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)性和同步性的實(shí)施方式。在對(duì)被測(cè) 進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，為了有效、準(zhǔn)確、真實(shí)地表達(dá)被檢工件各個(gè)部位的缺陷情況，要保證機(jī) 械手的運(yùn)動(dòng)位置與X射線的檢測(cè)信號(hào)同步采集。本發(fā)明采用的方法是，當(dāng)機(jī)械手夾持被測(cè) 工件到達(dá)規(guī)劃的檢測(cè)位置時(shí)，X射線源發(fā)出射線，圖像增強(qiáng)器接收透過(guò)被測(cè)工件的射線，經(jīng) 圖像增強(qiáng)器轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像，將圖像信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送入圖像處理器，通過(guò)各種圖像 處理以改善圖像質(zhì)量，供檢測(cè)人員進(jìn)行在線觀察使用，計(jì)算機(jī)同時(shí)記錄該時(shí)刻機(jī)械手的位 置和X射線信號(hào)。這一方法保證了被測(cè)工件位置數(shù)據(jù)與X射線檢測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)性、同步性 和重復(fù)性。
【權(quán)利要求】
1. X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于：機(jī)械手夾持被測(cè)工件從X射線艙入口進(jìn) 入，將被測(cè)工件置于射線照射區(qū)；啟動(dòng)X射線照射系統(tǒng)，從X射線接收器讀取被檢測(cè)工件內(nèi) 部缺陷信息，實(shí)現(xiàn)小型復(fù)雜性構(gòu)件的自動(dòng)檢測(cè)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于：根據(jù)被測(cè)工件 的數(shù)學(xué)模型或CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行掃查路徑規(guī)劃，將生成的被測(cè)工件掃查軌跡信息傳給機(jī)械手， 控制機(jī)械手握持被測(cè)工件嚴(yán)格按照規(guī)劃路徑運(yùn)動(dòng)，保證被測(cè)工件完全被X射線掃查到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于：采用X射線透 射法對(duì)小型復(fù)雜性構(gòu)件的內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于：要保證機(jī)械手 的運(yùn)動(dòng)位置與X射線的檢測(cè)信號(hào)同步采集。由機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)控制機(jī) 械手運(yùn)動(dòng)，X射線系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)計(jì)算的同時(shí)記錄該時(shí)刻機(jī)械手的位置和X射線信號(hào)，以保證 數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)性和重復(fù)性。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于：當(dāng)機(jī)械手 夾持被測(cè)工件到達(dá)規(guī)劃的檢測(cè)位置時(shí)，X射線源發(fā)出射線，圖像增強(qiáng)器接收透過(guò)被測(cè)工件的 射線，經(jīng)圖像增強(qiáng)器轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像，將圖像信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，送入圖像處理器，通過(guò) 各種圖像處理以改善圖像質(zhì)量，供檢測(cè)人員進(jìn)行在線觀察使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的X射線艙機(jī)械手無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于：X射線艙包括具 有防射線外泄功能的機(jī)殼和具有防X射線外泄功能的鉛橡膠軟簾；將多條鉛橡膠條固定在 X射線艙的入口，防止X射線的外泄；在機(jī)械手末端執(zhí)行器上方安裝一個(gè)鉛橡膠罩，與X射 線艙入口的鉛橡膠軟簾組成很好的屏蔽與防護(hù)結(jié)構(gòu)，保證X射線艙機(jī)械手檢測(cè)系統(tǒng)的安全 性、可靠性。
【文檔編號(hào)】G01N23/083GK104155321SQ201410454360
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】徐春廣, 劉方芳, 印明哲, 肖定國(guó), 孟凡武 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)