CN103529126A - 带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***及检测方法，包括超声波探伤仪，超声波探伤仪的探头安装在五自由度扫描支架上，还包括扫描仪、以及工控计算机。本发明相对于现有技术中只能够检测单一的曲面、检测难度大的问题，将超声技术与建模技术融合使用，实现带间隙网格状多斜率曲面模块的自动检验；基于建模基础上的超声检验在线实时调节技术，实现对网格状多斜率曲面边界的自动识别，使得探头始终垂直于工件表面，从而保证超声检验结果的真实、准确、可靠；超声波技术与建模技术、超声成像技术、超声波自动化检验技术的集成使曲面模块的边界识别清晰、检验结果准确可靠、自动化程度高、人机交互界面友好。

Description

带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***及检测方法

技术领域

本发明涉及屏蔽包层铍铜焊接件的检验领域，具体是带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***及检测方法。

背景技术

在自动超声探伤领域中，现有技术中较为先进的技术只能够对无网格状多曲面工件进行超声检测，由于带间隙网格状多斜率曲面工件其工件自身的特点，并不能使用现有的超声波探伤仪进行探测。

目前，经过专利查新，没有发现关于带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检验技术的专利与报道。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***及检测方法，解决目前没有设备可以带间隙网格状多斜率曲面模块检测的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***，包括超声波探伤仪，超声波探伤仪的探头安装在五自由度扫描支架上，还包括扫描仪、以及工控计算机，其中：

五自由度扫描支架：其具有X、Y、Z三个直线自由度，还具有A、B两个转动自由度，其X、Y、Z三个直线自由度、A、B两个转动自由度通过独立的电机带动，五个自由度的电机受控与工控计算机；

扫描仪：用于扫描被测工件的表面参数，并将表面参数传递给工控计算机；

工控计算机：接收扫描仪传输的被测工件表面参数，并将表面参数转换为该工件的CAD模型；以CAD模型为依据，划分多条检测线，每条检测线包含多个监测点，根据CAD模型中检测点的模拟位置来计算出五个自由度的变量，然后以变量为命令，向五自由度扫描支架的五个电机发送运动指令，控制超声波探伤仪的探头自动找到检测点并使探头的发射方向与改点的法线相同；并将检测的数据进行存储。

本发明的带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***是利用现有的超声波探测仪，将其探头安装在五自由度扫描支架上，超声波回波情况对工件曲面形貌进行100%扫描建模，并根据该工件的模型来控制五自由度扫描支架上的五个自由度电机的动作，来实现超声波探伤的目的，解决了现有技术中，超声波探头难以到达指定位置，处于合理状态的问题，不需要额外的辅助检测就能够实现自动定位，达到自动检测的目的，本发明相对于现有技术中只能够检测单一的曲面、检测难度大的问题，将超声技术与建模技术融合使用，实现带间隙网格状多斜率曲面模块的自动检验；基于建模基础上的超声检验在线实时调节技术，实现对网格状多斜率曲面边界的自动识别，使得探头始终垂直于工件表面，从而保证超声检验结果的真实、准确、可靠；超声波技术与建模技术、超声成像技术、超声波自动化检验技术的集成使曲面模块的边界识别清晰、检验结果准确可靠、自动化程度高、人机交互界面友好。

带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测的方法，包括以下步骤：

（A）工件固定后，利用扫描仪对工件表面进行扫描，然后将扫描的参数传递给工控计算机；

（B）工控计算机接收扫描仪的工件参数后，利用曲面反求方法重构工件的数据模型，并建立每个工件的CAD模型；

（C）对已经建立的工件CAD模型进行划分，将模型的表面划分成多条检测线，每条检测线包括多个检测点，并规划这些检测点的检测顺序；

（D）工控计算机读取当前的超声波探头的位置、以及对应的五自由度扫描支架中五个电机的位置参数；

（E）工控计算机将步骤（D）得到的参数与步骤（C）得到的第一个检测点进行运动途径计算，得到五个自由度独立电机的变量；

（F）将得到的五个自由度独立电机的变量发送给五自由度扫描支架的五个电机，带动超声波探头到第一个检测点；

（G）利用自适应对正控制方法使得超声波探头的超声波方向与改点的发现方向相同，并进行改点的探伤检测，将检测的数据传输给工控计算机；

（H）将已经检测的检测点与下一个检测点进行比较，计算出五个自由度独立电机的变量，然后重复步骤（F）到步骤（H），直到最后一个检测点检测完毕。

超声波脉冲反射法检验时要求探头垂直于被检面，传统检验方式需首先调节探头垂直于工件被检面；而该方法对复杂的曲面则无法实施。传统建模技术是根据工件制造图纸进行建模，该建模方式受工件加工过程中的个体差异影响，对工件边界识别较差，对网格状多斜率曲面，边界识别较差将带来很大影响。本发明将超声波检验技术与建模技术融合，根据超声波回波情况对工件曲面形貌进行100%扫描建模，为实现带间隙网格状多斜率曲面模块的自动检验打下了基础。为此在建模的基础上，本发明采用传统的“曲面—曲线—点集—测量点集”策略对曲面工件进行递归分解，并建立检测路径，利用自适应对正控制方法实现五自由度的独立电机的控制，并完成测量点的自动规划，将多曲率、不连续的多个曲面工件进行一次性的自动控制，实行在线实时调节超声波探头，实现了网格状多斜率曲面模块的超声波自动检验。本发明将超声法的建模技术、超声成像技术、超声波自动化检验技术，实现了网格状多斜率曲面模块的自动检验；实现了实时调节超声波探头、实时显示、自动判别检验结果；具有对曲面模块的边界识别清晰、检验结果准确可靠、自动化程度高、人机交互界面友好等优点。

具体地讲，所述步骤（C）对已经建立的工件CAD模型进行划分，将模型的表面划分成多条检测线，每条检测线包括多个检测点，并规划这些检测点的检测顺序包括以下步骤：

（C1）根据被测工件的结构特点设置截面线的走向、相邻截面的间距、相邻测量点的间距三个参数，完成初始规划；

（C2）完成第1 条截面线上前2 个测量点的三维坐标拾取；

（C3）根据已测点的三维坐标计算截面线的曲率，如果曲率变化值小于设定值，则按初始规划的间距进行测量；如果曲率变化值大于设定值，则缩小相邻测量点的间距，实现测量点的自动规划；

（C4）当完成1 条截面线的测量后，按照设定的截面线顺序依次重复步骤（C2）至（C3），完成多条截面线的测量。

具体地讲，测量点的自动规划是采用“曲面—曲线—点集—测量点集”策略对曲面工件进行递归分解；用一组互相平行的截面簇和工件表面取交，每个截面和工件表面的交线称为截面线，测量点就布置在各条截面线上，如此，测量点的规划与以下3 个因素相关：截面线的走向；相邻截面的间距；相邻测量点的间距，测量点的自动规划如下：首先，操作者根据被测工件的特点选定上述3 个条件完成测量点的初始规划，利用声束自动对正的方法完成第1 条截面线上前2 个测量点的三维坐标拾取；然后，根据已测点的三维坐标分析截面线的曲率，在曲率变化小于设定值时按初始规划的间距进行测量，在曲率变化显著、变化值超过设定值的时候缩小测量点之间的间距，实现测量点的自动规划，当完成1 条截面线的测量后，同样根据工件表面曲率变化情况调整2 个截面之间的间距，确定下一个界面的位置，实现整个曲面的测量、检测。

所述步骤（E）工控计算机将步骤（D）得到的参数与步骤（C）得到的第一个检测点进行运动途径计算，得到五个自由度独立电机的变量，包括以下步骤：

（E1）将五自由度扫描支架的五根连杆L1、L2、L3、L4、L5，3个移动关节A1、A2、A3，以及2个转动关节A4、A5，按照Denavit—Hartenberg方法建立如下运动方程：

；

（E2）对步骤（E1）的运动学方程进行逆向求解，得到五个独立电机的运动变量

上式中，

，

为结构常量；

为探头装夹长度；x，y、z分别为五自由度扫查架中移动关节A1、A2、A3的变量值，θ₄、θ₅分别为检测机器人转动关节A4、A5的变量值；(n_x,n_y,n_z) 和(p_x,p_y,p_z) 分别为测量点的法矢和坐标值。

本发明采用超声测距原理进行铍铜曲面三维座标点的测量，借用超声检测***的五自由度扫描支架可自动实现超声探头架与检测点的自动对正，五自由度扫描支架是一个空间开式运动链，一端固定，另一端自由，用以安装超声检测探头；用两个旋转运动副调整探头方向，三个运动移动副调整探头位置；其运动原理是：由5 根连杆(L1，L2，L3，L4，L5)，3 个移动关节(A1，A2，A3)，2 个转动关节(A4，A5)组成，X、Y、Z轴运动时，A、B轴也根据曲面法矢的方向变化实时调整探头角度，保证声束与曲面被检测点处的法矢方向重合；曲面构件超声检测时，由于构件表面曲率的存在，超声波在构件中会产生散射、反射、折射等相当复杂的传播，为了保证超声波信号较强地入射到构件中，要求超声探头自动跟随构件表面形状的变化，即超声波入射方向始终与曲面法线方向重合，五自由度超声检测***的两个旋转运动副精确调整探头的方向，使探头时刻指向被检测构件的表面法向。

所述步骤（G）利用自适应对正控制方法使得超声波探头的超声波方向与改点的发现方向相同，并进行改点的探伤检测，将检测的数据传输给工控计算机，包括以下步骤：

（G1）假设测量点为B ，其的法矢为BE，切平面为 BDA′C，声束所在直线为AB，声束AB 与法矢BE 之间的夹角即为入射角αL，转动关节A4相对水平方向夹角为α ，转动关节A5 相对垂直方向夹角为β ，建立入射角与法矢之间的关系如下： 

Sin²αL = cos²α + cos² β          （1）

声束垂直入射时，入射角α _L =0°，将其代入式(1)，只有当α = β = π / 2时，式(1)才成立；当α _L≠0°时，转动关节A4 和A5 需要调整的角度Δα 和Δβ 分别为如下方程：

         （2）；

（G2）从采集的A 波信号提取界面波的时域特征值可获得入射角α _L1，转动关节A4或A5的转动角度θ，此时的入射角α_L2，分别代入式(1)，得到如下关系：

对上式反解得到

将α 和β 的计算结果代入式(2)得到转动关节A4和A5 需要调整的角度；

（G3）根据测量点新的法矢方向重新计算五个自由度电机的运动变量，若位姿调整后还没有达到对正的要求，则重复步骤（G1）至（G3），直到探头的位姿符合要求为止。

声束对正就是使声束中心线与测量点的曲面法矢重合，若相邻2 个测量点的曲面法矢方向不同，则声束入射角的变化将影响超声回波信号的强度，进而影响采集数据的精度，为了获取测量点精确的三维坐标，在测量过程中需要自动调整探头位姿，实现声束自动对正测量点。

申请人经过研究发现，超声测距时，探头发射脉冲T和铍铜界面回波S之间的渡越时间为t，声波在以水作为耦合剂的传播速度为C，则探头与工件上测量点之间的距离为

；利用超声波测距获取铍铜工件表面数据，重构铍铜工件的曲面模型；为保证测量数据的准确性，在保证探头对准工件表面测点的法矢方向的同时，应使探头到测量点的距离接近于最佳声耦合水柱长度。工件表面数据的采集是通过检测***的五自由度检测***来实现的，在测量过程中，采样***读取到的是五自由度扫描支架的各关节变量在测量点处的位置变量值，即在测量点P处超声探头的运动点位值，欲得到曲面上各测量点的三维坐标值和该点的法矢，还需要经过一个运动学方程求正解的计算过程；如果知道了测量点的三维坐标值和法矢方向，想让探头发射的声束对正该测量点，则需要经过运动方程逆解的计算过程求出***位姿。

入射角与界面波的关系：超声卡采集的A波数据是超声波在传播路径上的采样点序列，横坐标代表采样点的序号，纵坐标代表采样点信号的幅值h，数学表示为

w(n)={h(i)|i=1, 2, …, n}  

式中：i 为采样点的总数；h(i)为第i 个采样点的幅值。将超声波入射方向和测量点的曲面法矢夹角定义为人射角αL，超声波在均匀介质中沿一定方向传播，此时的采样点幅值很小而且波动不大；当遇到声阻抗差异较大的界面时，部分声波被反射回来，采样点幅值就会变大，形成界面波；当入射角αL较小时，反射率较高，界面波的幅值较大，而且上升沿和下降沿陡直，波形脉冲宽度较小；如图6所示为αL =0°即垂直入射时的A波波形，其中：ib 和ie 分别为界面波起始点和中止点的序号，入射角和界面波之间联系，可构造如下时域特征值：峰值hmax、能量E、回波脉冲宽度W。

 能量E对入射角αL很敏感，并且具有严格的对应关系；在相同的测量条件下，可以根据E，h_max和W 得出相应的αL，不同的时域特征值对应不同的入射角αL，自动对正正是利用界面波的时域特征值得到声束入射角，然后让转动关节偏转一个角度得到一个新的入射角，利用这二个入射角联立求出转动关节需要调整的角度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***及检测方法，利用现有的超声波探测仪，将其探头安装在五自由度扫描支架上，超声波回波情况对工件曲面形貌进行100%扫描建模，并根据该工件的模型来控制五自由度扫描支架上的五个自由度电机的动作，来实现超声波探伤的目的，解决了现有技术中，超声波探头难以到达指定位置，处于合理状态的问题，不需要额外的辅助检测就能够实现自动定位，达到自动检测的目的，本发明相对于现有技术中只能够检测单一的曲面、检测难度大的问题，将超声技术与建模技术融合使用，实现带间隙网格状多斜率曲面模块的自动检验；基于建模基础上的超声检验在线实时调节技术，实现对网格状多斜率曲面边界的自动识别，使得探头始终垂直于工件表面，从而保证超声检验结果的真实、准确、可靠；超声波技术与建模技术、超声成像技术、超声波自动化检验技术的集成使曲面模块的边界识别清晰、检验结果准确可靠、自动化程度高、人机交互界面友好。

附图说明

图1为本发明五自由度扫描支架的结构示意图；

图2为本发明五自由度扫描支架的运动原理图；

图3为本发明探头位置示意图；

图4为脉冲回波法超声测距原理图；

图5为本发明五自由度扫描支架的坐标系示意图；

图6为垂直入射时的A 波波形；

图7入射角与转动关节姿态的关系；

图8为单个曲面上测量点布置的示意图；

图9为本发明检查采集流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***，包括超声波探伤仪，超声波探伤仪的探头安装在五自由度扫描支架上，还包括扫描仪、以及工控计算机，其中：五自由度扫描支架：其具有X、Y、Z三个直线自由度，还具有A、B两个转动自由度，其X、Y、Z三个直线自由度、A、B两个转动自由度通过独立的电机带动，五个自由度的电机受控与工控计算机；扫描仪：用于扫描被测工件的表面参数，并将表面参数传递给工控计算机；工控计算机：接收扫描仪传输的被测工件表面参数，并将表面参数转换为该工件的CAD模型；以CAD模型为依据，划分多条检测线，每条检测线包含多个监测点，根据CAD模型中检测点的模拟位置来计算出五个自由度的变量，然后以变量为命令，向五自由度扫描支架的五个电机发送运动指令，控制超声波探伤仪的探头自动找到检测点并使探头的发射方向与改点的法线相同；并将检测的数据进行存储。工控计算机的功能是由以下模块构成的：主控模块、数据共享区模块、初始化模块、运行工况模块、数据存盘、数据库模块、数据回放、数据显示、报表模块、帮助模块和***关闭模块。操作人员只需通过实用方便的用户界面来操作程序进而达到测试目的，所以界面的操作力争高度人性化，直观、简便、交互能力强大并且易于操作。

主控模块：负责对整个检测***的控制、调度，完成***初始化、结束及各功能模块之间的切换功能，它是整个软件的核心模块，各个功能模块都通过它来调度从而保证正常运行。对它的要求是必须及时、准确的对相应模块进行调用和退出。因为铍铜曲面点的采集是一个瞬态采集***，所有采集数据都被实时存储在VXI-1114的SRAM中，所以应用程序可以通过查询方式来判断采集状态并读取采集数据。

数据共享区模块：各个功能模块需要的公用数据和参数都通过数据共享区模块进行数据存取和通信，公用数据和参数主要包括各个测点的采集值、设定值、***当前状态等的存取。

初始化模块：它们只在***第一次运行时执行一次，主要负责对各个模块数据结构的初始化，将相关变量赋予初值同时分配数据的存储空间，该模块的主要功能是对***中硬件模块以及相关参数进行设置，在***启动之前，用户必须对各个硬件模块进行正确的配置，否则***将不能正常运行。

运行工况模块：该模块主要用于实时监测由探头反馈的超声探伤信号和五轴运动机构各关节的运动位置，同时对超声探伤信号经过超声缺陷算法分析处理，***能够在线判断被测物体的缺陷点，并且将缺陷所处的位置在图中标注出来。

数据存盘模块：该模块能够将由采集设备传输的数据进行实时存盘，以供离线分析使用。

数据库模块：***测试的相关数据将保存在数据库中，运行状态特征量能够及时进入数据库的数据表中，数据库的管理平台采用的Microsoft公司出品的SQL2000或SQL2005，用户可以对数据库进行离线操作。

数据回放模块：在检测完成后，检测人员可以通过数据回放模块重现工况环境，分析现场情况。

数据显示模块：该模块主要用于显示采集信号的波形显示，当有新的采集数据出现时，主控模块就调用波形曲线显示功能，波形显示是通过LabWinows/CVI中的Graph控件完成的，Graph控件支持光标读值、波形放大、波形缩小、任意改变波形属性等，功能十分强大，程序设计中充分利用了其特性，使检测人员对采集数据的波形曲线操作简单方便，同时，模块也支持波形打印功能，当用户对曲线感兴趣时，可以将波形窗口打印下来进行仔细分析。

报表模块：将分析数据的结果通过相应的设置自动绘制成报表并打印输出。

帮助模块：帮助模块为用户提供整个***功能的详细说明，如果用户在实际操作中遇到问题，可以通过帮助模块解决。

***关闭模块：在退出***之前，主控模块要调用***关闭模块。该模块的主要功能是释放***占用的资源，同时将向硬件模块下达关闭指令。

仪器驱动模块：驱动程序以动态链接库DLL形式供应用程序调用，驱动程序模块根据上层应用程序发出的命令，调用DLL提供的硬件模块函数接口，使仪器根据应用程序的要求做出相应的动作。

带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测的方法，包括以下步骤：

（A）工件固定后，利用扫描仪对工件表面进行扫描，然后将扫描的参数传递给工控计算机；

（B）工控计算机接收扫描仪的工件参数后，利用曲面反求方法重构工件的数据模型，并建立每个工件的CAD模型；

（C1）根据被测工件的结构特点设置截面线的走向、相邻截面的间距、相邻测量点的间距三个参数，完成初始规划；

（C2）完成第1 条截面线上前2 个测量点的三维坐标拾取；

（C3）根据已测点的三维坐标计算截面线的曲率，如果曲率变化值小于设定值，则按初始规划的间距进行测量；如果曲率变化值大于设定值，则缩小相邻测量点的间距，实现测量点的自动规划；

（C4）当完成1 条截面线的测量后，按照设定的截面线顺序依次重复步骤（C2）至（C3），完成多条截面线的测量；

（D）工控计算机读取当前的超声波探头的位置、以及对应的五自由度扫描支架中五个电机的位置参数；

（E1）将五自由度扫描支架的五根连杆L1、L2、L3、L4、L5，3个移动关节A1、A2、A3，以及2个转动关节A4、A5，按照Denavit—Hartenberg方法建立如下运动方程：

；

（E2）对步骤（E1）的运动学方程进行逆向求解，得到五个独立电机的运动变量

上式中，，

为结构常量；为探头装夹长度；x，y、z分别为五自由度扫查架中移动关节A1、A2、A3的变量值，θ₄、θ₅分别为检测机器人转动关节A4、A5的变量值；(n_x, n_y,n_z) 和 (p_x, p_y,p_z) 分别为测量点的法矢和坐标值；

（F）将得到的五个自由度独立电机的变量发送给五自由度扫描支架的五个电机，带动超声波探头到第一个检测点；

（G1）假设测量点为B ，其的法矢为BE，切平面为 BDA′C，声束所在直线为AB，声束AB 与法矢BE 之间的夹角即为入射角αL，转动关节A4相对水平方向夹角为α ，转动关节A5 相对垂直方向夹角为β ，建立入射角与法矢之间的关系如下： 

Sin²αL = cos²α + cos² β          （1）

声束垂直入射时，入射角α _L =0°，将其代入式(1)，只有当α = β = π / 2时，式(1)才成立；当α _L≠0°时，转动关节A4 和A5 需要调整的角度Δα 和Δβ 分别为如下方程：

         （2）；

（G2）从采集的A 波信号提取界面波的时域特征值可获得入射角α _L1，转动关节A4或A5的转动角度θ，此时的入射角α_L2，分别代入式(1)，得到如下关系：

对上式反解得到

将α 和β 的计算结果代入式(2)得到转动关节A4和A5 需要调整的角度；

（G3）根据测量点新的法矢方向重新计算五个自由度电机的运动变量，若位姿调整后还没有达到对正的要求，则重复步骤（G1）至（G3），直到探头的位姿符合要求为止；

（H）将已经检测的检测点与下一个检测点进行比较，计算出五个自由度独立电机的变量，然后重复步骤（F）到步骤（H），直到最后一个检测点检测完毕。

针对带间隙网格状多斜率曲面工件进行检测：先对测量点进行初始规划，将铍铜曲面分解成若干条能反映曲面特征的线及线上的若干测量点。启动自动测量程序后，根据初始规划中当前测量点的位置，利用运动方程逆解得到检测***关节的变量，驱动检测***让声束照射到当前测量点的领域，由自动测量程序调整探头位姿让声束对正测量点；然后，读取此时的水层厚度值和关节变量，通过运动方程的正解将其换算为该测量点的三维坐标值并保存，由此完成了1 个点的测量，利用同样的方法测量下一个点；根据已测点的三维坐标分析曲面曲率，在曲率变化不大处按照初始规划的间距进行测量，在曲率变化显著处缩小测量点间距，实现测量点的自动规划；应用曲面反求技术重构工件的数据模型，进而建立每个工件的CAD模型；根据需求分析，超声检测***应用软件对采样数据进行各种分析、提取状态特征量、对原始采样数据进行存盘、对特征量数据进行数据库记录。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测***，包括超声波探伤仪，其特征在于：超声波探伤仪的探头安装在五自由度扫描支架上，还包括扫描仪、以及工控计算机，其中：

五自由度扫描支架：其具有X、Y、Z三个直线自由度，还具有A、B两个转动自由度，其X、Y、Z三个直线自由度、A、B两个转动自由度通过独立的电机带动，五个自由度的电机受控与工控计算机；

扫描仪：用于扫描被测工件的表面参数，并将表面参数传递给工控计算机；

工控计算机：接收扫描仪传输的被测工件表面参数，并将表面参数转换为该工件的CAD模型；以CAD模型为依据，划分多条检测线，每条检测线包含多个监测点，根据CAD模型中检测点的模拟位置来计算出五个自由度的变量，然后以变量为命令，向五自由度扫描支架的五个电机发送运动指令，控制超声波探伤仪的探头自动找到检测点并使探头的发射方向与改点的法线相同；并将检测的数据进行存储。

2.带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（A）工件固定后，利用扫描仪对工件表面进行扫描，然后将扫描的参数传递给工控计算机；

（B）工控计算机接收扫描仪的工件参数后，利用曲面反求方法重构工件的数据模型，并建立每个工件的CAD模型；

（C）对已经建立的工件CAD模型进行划分，将模型的表面划分成多条检测线，每条检测线包括多个检测点，并规划这些检测点的检测顺序；

（D）工控计算机读取当前的超声波探头的位置、以及对应的五自由度扫描支架中五个电机的位置参数；

（E）工控计算机将步骤（D）得到的参数与步骤（C）得到的第一个检测点进行运动途径计算，得到五个自由度独立电机的变量；

（F）将得到的五个自由度独立电机的变量发送给五自由度扫描支架的五个电机，带动超声波探头到第一个检测点；

（G）利用自适应对正控制方法使得超声波探头的超声波方向与改点的发现方向相同，并进行改点的探伤检测，将检测的数据传输给工控计算机；

（H）将已经检测的检测点与下一个检测点进行比较，计算出五个自由度独立电机的变量，然后重复步骤（F）到步骤（H），直到最后一个检测点检测完毕。

3.根据权利要求2所述的带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测的方法，其特征在于，所述步骤（C）对已经建立的工件CAD模型进行划分，将模型的表面划分成多条检测线，每条检测线包括多个检测点，并规划这些检测点的检测顺序包括以下步骤：

（C1）根据被测工件的结构特点设置截面线的走向、相邻截面的间距、相邻测量点的间距三个参数，完成初始规划；

（C2）完成第1 条截面线上前2 个测量点的三维坐标拾取；

（C3）根据已测点的三维坐标计算截面线的曲率，如果曲率变化值小于设定值，则按初始规划的间距进行测量；如果曲率变化值大于设定值，则缩小相邻测量点的间距，实现测量点的自动规划；

（C4）当完成1 条截面线的测量后，按照设定的截面线顺序依次重复步骤（C2）至（C3），完成多条截面线的测量。

4.根据权利要求2所述的带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测的方法，其特征在于，所述步骤（E）工控计算机将步骤（D）得到的参数与步骤（C）得到的第一个检测点进行运动途径计算，得到五个自由度独立电机的变量，包括以下步骤：

（E1）将五自由度扫描支架的五根连杆L1、L2、L3、L4、L5，3个移动关节A1、A2、A3，以及2个转动关节A4、A5，按照Denavit—Hartenberg方法建立如下运动方程：

；

（E2）对步骤（E1）的运动学方程进行逆向求解，得到五个独立电机的运动变量：

上式中，

，

为结构常量；

为探头装夹长度；x，y、z分别为五自由度扫查架中移动关节A1、A2、A3的变量值，θ₄、θ₅分别为检测机器人转动关节A4、A5的变量值； (n_x, n_y,n_z) 和 (p_x, p_y,p_z) 分别为测量点的法矢和坐标值。

5.根据权利要求2所述的带间隙网格状多斜率曲面工件超声自动检测的方法，其特征在于，所述步骤（G）利用自适应对正控制方法使得超声波探头的超声波方向与改点的发现方向相同，并进行改点的探伤检测，将检测的数据传输给工控计算机，包括以下步骤：

（G1）假设测量点为B ，其的法矢为BE，切平面为 BDA′C，声束所在直线为AB，声束AB 与法矢BE 之间的夹角即为入射角αL，转动关节A4相对水平方向夹角为α ，转动关节A5 相对垂直方向夹角为β ，建立入射角与法矢之间的关系如下： 

Sin²αL = cos²α + cos² β          （1）；

声束垂直入射时，入射角α _L =0°，将其代入式(1)，只有当α = β = π / 2时，式(1)才成立；当α _L≠0°时，转动关节A4 和A5 需要调整的角度Δα 和Δβ 分别为如下方程：

         （2）；

（G2）从采集的A 波信号提取界面波的时域特征值可获得入射角α _L1，转动关节A4或A5的转动角度θ，此时的入射角α_L2，分别代入式(1)，得到如下关系：

对上式反解得到

将α 和β 的计算结果代入式(2)得到转动关节A4和A5 需要调整的角度；

（G3）根据测量点新的法矢方向重新计算五个自由度电机的运动变量，若位姿调整后还没有达到对正的要求，则重复步骤（G1）至（G3），直到探头的位姿符合要求为止。

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