CN102426199A - 一种超声波c扫描定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超声波C扫描定位装置。所述超声波C扫描定位装置超声波C扫描定位装置，其包括CPLD***、探头夹具，通信接口，串行接口和两个激光传感器电路，其中，所述两个激光传感器电路经串行接口和CPLD***的相连，CPLD***通过通信接口和上位机相连，且两个激光传感器电路对称固定在探头夹具上。另外，本发明还提供了一种超声波C扫描定位的方法。本发明采用双传感器对称布置的设计，解决了探头自旋时定位不准的问题，保证了定位装置的高精度，及较高的定位速度，定位装置简单，操作方便。

Description

一种超声波C扫描定位方法及装置

技术领域：

本发明属于无损检测领域，涉及用于超声C扫描方法无损检测时进行定位。 

背景技术

超声波C扫描是一种常用的无损检测手段。在现场C扫描过程中，检测者手持超声探头在检测件表面上滑动探头进行检测，实时记录每一点的损伤状态，并将每一点处损伤的深度信息以不同颜色的方式实时显示。由于探头在被测件表面的滑动轨迹是随机和未知的，这就需要在检测的过程中对探头的位置进行实时定位，以实现位置信息和损伤信息一一对应。超声C扫描检测过程中，探头移动速度决定了检测的速度，而探头移动速度的快慢又取决于定位速度的快慢。 

请参阅图1，其是一种现有技术超声C扫描定位方法示意图。图1使用的是机械定位方法。如图，该方法的定位装置由距离标尺16，固定吸盘11、12，线位移传感器13、14组成，两个线位移传感器13和14的拉线固定在探头15上，对探头进行实时定位。其原理为：距离标尺16的长度L3(两个吸盘中心点间的距离)已知，两个固定吸盘11和12的位置已知，探头15到两个吸盘中心的位置的距离L1，L2分别由两个线位移传感器测得，如图以其中一个吸盘的中心点(x0，y0)为坐标原点，则探头坐标(Xc，Yc)的坐标值可以由式(1)确定： 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Xc}=\frac{{L_1}^2+{L_3}^2-{L_2}^2}{2L_3}\\ \mathrm{Yc}=\sqrt{{L1}^2-{\mathrm{Xc}}^2}\end{array}\right.---\left(1\right)$

这种定位方法的定位速度(指每秒钟可以定位的点数)一般，定位装置体积大，每次超声检测时需要安装固定吸盘，定位过程中，探头不能旋转(探头旋转会产生误差)，使用不方便。 

以色列Sonotron NDT公司采用的定位方法和图1的方法相近，采用了超声波测距的原理代替了图1方法中的线位移传感器，即将图1中两个线位移传感器分别替换成了两个超声波接收装置，在探头上安装了超声波发射装置，探头到两个固定点的距离由超声波的传播时间和传播速度的乘积得到，探头坐标的计算方法同式(1)。这种方法实现了无拉线定位，但是受声波传播速度的限制，其定位速度低。 

发明内容

本发明的目的：本发明提供了一种可实现无拉线定位，使用方便，定位速度快，定位精度高的超声波C扫描定位装置。 

另外，本发明还提供一种超声波C扫描定位方法。 

本发明的技术解决方案是：一种超声波C扫描定位装置，其包括CPLD***、探头夹具，通信接口，串行接口和两个激光传感器电路，其中，所述两个激光传感器电路经串行接口和CPLD***的相连，CPLD***通过通信接口和上位机相连，且两个激光传感器电路对称固定在探头夹具上。 

探头夹具包括探头仓和对称设置在探头仓两侧的两个用于设置激光传感器电路的传感器仓，所述两个传感器仓和探头仓的中心点在一条直线上。 

传感器仓底面距工作面的距离在1mm～5mm之间。 

一种超声波C扫描定位方法，其包括如下步骤： 

步骤1：当前位置归零， 

CPLD得到开始扫描的指令后，将其内部计算X，Y坐标的加法器置零，加法器共4个，加法器置0时，启动对两个激光传感器2和3的X，Y坐标的计算，激光传感器2和3的坐标(x0，y0)、(x1，y1)的初始值(x0，y0)₀、(x1，y1)₀均为0，即当前位置为零点； 

步骤2：接收激光传感器返回信息， 

CPLD通过和激光传感器串行总线相连的接口接收两个激光传感器的返回信息，激光传感器返回的是X方向和Y方向的相对位移Δx，Δy，其正负表示方向，向前向右为正，向后移动为负； 

步骤3：当前时刻激光传感器的坐标值， 

加法器将每次激光传感器返回的相对位移(Δx，Δy)与当前值相加，得到当前时刻激光传感器的坐标值(x0，y0)、(x1，y1)； 

步骤4：得到探头坐标， 

再通过两个激光传感器的坐标值计算得到探头的坐标值(Xc，Yc)，得到C扫描超声探头的实时位置，并通过与上位机接口发送至上位机，计算算法如式(2)， 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Xc}=\frac{x0+x1}{2}\\ \mathrm{Yc}=\frac{y0+y1}{2}\end{array}\right.---\left(2\right).$

本发明的技术效果是：本发明采用双传感器对称布置的设计，若发生探头旋转，则两个激光传感器的变化趋势相反，通过本发明给出的算法可以抵消，解决了探头自旋时定位不准的问题，而且本发明简单高效的算法保证了定位装置的高精度，及较高的定位速度。与传统的超声C扫描定位方法相比，本发明采用了新的定位技术，定位装置简单，无需固定在工作面上，使用方便，定位速度快，精度高，提高了超声波C扫描的效率。而且采用了CPLD作为主控器和处理器，电路紧凑，速度快，方便与探伤***连接，具有较大实际应用价值。 

附图说明

图1是一种现有技术超声C扫描定位方法示意图； 

图2是本发明超声波C扫描定位装置***框图； 

图3是本发明探头夹具俯视图； 

图4是本发明探头夹具正视图； 

其中，1-CPLD***，2、3激光传感器电路，4-探头夹具，5-通信接口，6-串行接口，7、8-传感器仓，9-探头仓，11、12-固定吸盘，13、14-线位移传感器，15-探头，16-距离标尺，17-上位机。 

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步说明： 

请参阅图2，其是本发明超声波C扫描定位装置的***框图。所述超声波C扫描定位装置包括CPLD***1，两路激光传感器电路2，探头夹具4，通信接口5和串行接口6。所述CPLD***1为EPM3256，内部具有 4个加法器。所述激光传感器电路由ADNS9500激光传感器及周围相关元件组成，用于实时检测激光传感器自身的位置变化信息，并将其发送至CPLD***。其中，两路激光传感器电路固定在探头夹具4上，且两路激光传感器电路通过串行接口6和CPLD***1连接。CPLD***1通过通信接口5与上位机17相连，实现与上位机的通信。 

其中，上位机通过通信接口与CPLD相连，通过通信接口向CPLD发送控制指令，控制超声C扫描***的工作状态。而所述CPLD***主要完成的功能有：(1)通过控制指令接口电路5接受外部指令，(2)通过串行接口电路6和两个激光传感器电路2通信，读取激光传感器电路2和3返回的位移信息，(3)通过CPLD内部的加法器对激光传感器电路2和3返回的信息进行处理得到两个激光传感器2和3的坐标值，(4)通过对两个激光传感器的坐标值运算得到探头的坐标值，(5)将数据发送至上位机。因此，实际工作时，CPLD接收激光传感器电路返回的相对位移和方向信号；CPLD对激光器电路返回的相对位移和方向信息进行处理运算，得到两个激光传感器的二维坐标信息，进一步处理得到探头的二维坐标信息。 

请参阅图3和图4，其中，图3是本发明探头夹具俯视图，图4是探头夹具正视图。所述探头夹具是根据本发明的双传感器对称分布的设计思想和计算算法设计的，探头夹具由探头仓9、两个传感器仓7和8构成，其中两个传感器仓的中心点关于探头仓9中心点对称。探头夹具可以将两个激光传感器2对称的固定在超声C扫描探头两边，且两个激光传感器2的中心点和探头的中心点在一条直线上。为保护激光传感器，防止C扫描过程中由于不断移动探头而摩擦到激光传感器，传感器仓距工作面1mm～5mm。 

下面说明利用本发明的超声C扫描定位装置进行实时定位，其实时定位的流程如下。 

步骤1：加法器置零， 

CPLD得到开始扫描的指令后，将其内部计算X，Y坐标的加法器置零，加法器共4个，加法器置0时，启动对两个激光传感器2和3的X，Y坐标的计算，激光传感器2和3的坐标(x0，y0)、(x1，y1)的初始值(x0，y0)₀、(x1，y1)₀均为0，即当前位置为零点； 

步骤2：接收激光传感器返回信息， 

CPLD通过和激光传感器串行总线相连的接口接收两个激光传感器的返回信息，激光传感器返回的是X方向和Y方向的相对位移Δx，Δy，其正负表示方向，向前向右为正，向后移动为负； 

步骤3：当前时刻激光传感器的坐标值， 

加法器将每次激光传感器返回的相对位移(Δx，Δy)与当前值相加，得到当前时刻激光传感器的坐标值(x0，y0)、(x1，y1)，由于两个激光传感器对称设置在探头两侧，探头旋转时，两个激光传感器的相对位移变化刚好相反，可相互抵消； 

步骤4：得到探头坐标， 

再通过两个激光传感器的坐标值计算得到探头的坐标值(Xc，Yc)，得到C扫描超声探头的实时位置，并通过与上位机接口发送至上位机，计算算法如式(2)， 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Xc}=\frac{x0+x1}{2}\\ \mathrm{Yc}=\frac{y0+y1}{2}\end{array}\right.---\left(2\right).$

本发明超声波C扫描定位方法采用双传感器对称布置的设计，若发生探头旋转，则两个激光传感器的变化趋势相反，通过本发明给出的算法可以抵消，解决了探头旋转时定位不准的问题。而且采用了新的定位技术，定位装置简单，无需固定在工作面上，使用方便，定位速度快，精度高。另外，采用了CPLD作为主控器和处理器，电路紧凑，速度快，方便与探伤***相接。 

Claims (4)

1.一种超声波C扫描定位装置，其特征在于：包括CPLD***、探头夹具，通信接口，串行接口和两个激光传感器电路，其中，所述两个激光传感器电路经串行接口和CPLD***的相连，CPLD***通过通信接口和上位机相连，且两个激光传感器电路对称固定在探头夹具上。

2.根据权利要求1所述的超声波C扫描装置，其特征在于：探头夹具包括探头仓和对称设置在探头仓两侧的两个用于设置激光传感器电路的传感器仓，所述两个传感器仓和探头仓的中心点在一条直线上。

3.根据权利要求2所述的超声波C扫描装置，其特征在于：传感器仓底面距工作面的距离在1mm～5mm之间。

4.一种超声波C扫描定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：当前位置归零，

CPLD得到开始扫描的指令后，将其内部计算X，Y坐标的加法器置零，加法器共4个，加法器置0时，启动对两个激光传感器2和3的X，Y坐标的计算，激光传感器2和3的坐标(x0，y0)、(x1，y1)的初始值(x0，y0)₀、(x1，y1)₀均为0，即当前位置为零点；

步骤2：接收激光传感器返回信息，

CPLD通过和激光传感器串行总线相连的接口接收两个激光传感器的返回信息，激光传感器返回的是X方向和Y方向的相对位移Δx，Δy，其正负表示方向，向前向右为正，向后移动为负；

步骤3：当前时刻激光传感器的坐标值，

加法器将每次激光传感器返回的相对位移(Δx，Δy)与当前值相加，得到当前时刻激光传感器的坐标值(x0，y0)、(x1，y1)；

步骤4：得到探头坐标，

再通过两个激光传感器的坐标值计算得到探头的坐标值(Xc，Yc)，得到C扫描超声探头的实时位置，并通过与上位机接口发送至上位机，计算算法如式(2)，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{Xc}=\frac{x0+x1}{2}\\ \mathrm{Yc}=\frac{y0+y1}{2}\end{array}\right.---\left(2\right).$

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