X射線艙機械手無損檢測方法

X射線艙機械手無損檢測方法
【專利摘要】本發明提出了一種X射線艙機械手無損檢測方法：針對小型復雜性構件的專用性和特殊性，機械手夾持被測工件從X射線艙入口進入，將被測工件置于射線照射區；啟動X射線照射系統，從X射線接收器讀取被檢測工件內部缺陷信息。其中，本發明通過被測工件的CAD模型，自動生成被測工件掃查軌跡信息，將掃查軌跡信息傳給六自由度機械手，控制機械手嚴格按照規劃的路徑運動。這種檢測方法在保證結果可靠性的同時，極大地提高了無損檢測的自動化程度，提高了工作效率，屬于無損探傷【技術領域】。
【專利說明】X射線艙機械手無損檢測方法 一、

【技術領域】
[0001] 本發明提出一種用于小型復雜性構件的X射線艙機械手無損檢測方法，該方法可 以用于檢測小型任意復雜構件內部缺陷，屬于無損探傷【技術領域】。 二、

【背景技術】
[0002] 小型復雜性構件的可靠性與其結構狀態密切相關，其復雜的內部結構給準確、快 速檢測造成了很大的困難，尤其對于航空發動機葉片、銑刀等復雜構件而言，其內部缺陷的 無損檢測一直是探傷【技術領域】的難題。
[0003] 由于發動機葉片、銑刀等小型構件結構的復雜性，目前針對小型復雜性構件仍然 采用人工檢測方式進行缺陷的無損檢測。采用人工檢測的方法勞動強度大、效率低，容易造 成漏檢或者誤檢而引發事故，難以滿足大規模工業生產的要求。專利（徐文良基于X射 線檢測的鋼管檢測裝置專利號：CN201320724148. 0,2013)公開了一種對鋼管內壁缺陷 進行檢測的裝置。但這種裝置采用的是一發一收的檢測方法，需要人工把X射線發射器置 于鋼管內壁，X射線接收器置于鋼管外壁，對鋼管內壁缺陷進行檢測，對檢測人員的技術要 求高，可靠性和效率不高，對小型復雜性構件在制造中的批量檢測還不是很有效。
[0004] X射線檢測技術是國際公認的一種有效無損檢測手段，適用于多種復雜構件的無 損檢測。與超聲波檢測方法比較，X射線可檢測工件內部的缺陷，檢測結果直觀，檢測對象 基本不受復雜構件材料、性質、外廓尺寸的影響。
[0005] 機械手的發展和應用為解決上述難題提供了可能，機械手的特點是靈活且具有柔 韌性，可以代替人進行作業勞動，效率高、安全性高，可以替代人工對小型復雜性構件進行 高精度的檢測，有效避免人為的漏檢和誤檢。
[0006] 目前國內利用機械手對小型復雜性構件的X射線檢測系統的研究相對較少，文獻 檢索發現，專利（李紹臣· "工業X射線電視檢測車專利號：CN00121047.5,2000)公開 了一種利用安裝有機械手和X射線系統的檢測車，將檢測車開到被檢測工件工作區域，對 其進行掃查的X射線檢測方法，但這種裝置主要適用于野外龐大構件的檢測。
[0007] 與已有的自動檢測方式不同，本文提出了一種機械手夾持被測工件進入X射線 艙，相對X射線源做空間復雜運動，實現小型復雜性構件內部缺陷自動檢測的方法，這是一 種全新的方法，具有廣泛的應用前景。 三、


【發明內容】

[0008] 本發明的目的是提供一種用于小型復雜性構件的X射線艙機械手無損檢測方法。 該方法針對小型復雜性構件的專用性和特殊性，利用機械手的靈活性和柔性，可以實現小 型復雜性構件在制造和服役期間的缺陷無損檢測。
[0009] 本發明的目的是這樣實現的：該檢測設備由六自由度機械手、X射線艙和控制系 統組成。其中，X射線艙具有防射線外泄功能的機殼和具有防X射線外泄功能的鉛橡膠軟 簾。實驗時，由機械手夾持被測工件從X射線艙入口進入，將被測工件置于射線照射區；啟 動X射線照射系統，從X射線接收器讀取被檢測工件內部缺陷信息。
[0010] 本發明的優點在于：機械手夾持小型復雜性構件進入X射線艙，可對被測構件進 行缺陷的無損檢測。這種方法適用于各種復雜曲面的航空發動機葉片的檢測，亦適用于其 他小型復雜性構件的無損檢測，擴大了檢測的適應范圍，檢測速度快。 四、

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1多工位小型復雜性構件缺陷X射線檢測方法示意圖
[0012] 圖2 X射線艙結構設計圖
[0013]

【專利附圖】

【附圖說明】：被測工件1、機械手2、X射線源3、圖像增強器4、X射線艙5、控制柜6、 機械手鉛橡膠罩7、X射線艙機殼8、鉛橡膠軟簾9. 五、

【具體實施方式】
[0014] 下面對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明：
[0015] X射線艙機械手無損檢測系統實現方式。如圖1，在上料工位取料，機械手2準確運 動到被測工件的上料位置，其末端氣動手爪對被測工件1特定位置以特定角度進行夾持。 機械手夾持被測工件從X射線艙5入口進入，將被測工件置于射線照射區，啟動X射線照射 系統，開始檢測。由于X射線強度按照指數規律衰減，其強度隨被測工件的厚度增加而減 小，測量前，要根據被測工件的構件總厚度及密度來適當改變X射線管的電壓值，根據被測 工件的大小來適當調整工件與X射線源的距離。測量過程中，機械手握持被測工件運動，保 證被測工件在X射線工作區內運動，實現被測工件缺陷掃查檢測。完成缺陷檢測之后，機械 手夾持被測工件移出X射線艙，準確移動到在下料工位卸料，其末端氣動手爪松開；返回上 料工位進行下一個被測工件的檢測。在該方法中，X射線源置于在被測工件的一側，圖像增 強器4置于被測工件的另外一側，與超聲波等其他探傷方法相比，X射線檢測不受復雜構件 材料、性質、外廓尺寸的影響，可以得到更為直觀的缺陷圖像，對被測工件的缺陷、氣孔有較 高的靈敏度，檢測速度更加快。
[0016] 本發明采用透射法對被測工件缺陷進行X射線無損檢測。
[0017] 采用透射法對被測工件內部缺陷進行X射線檢測的實現方式。機械手握持被測工 件相對X射線源按照規劃的路徑運動，當X射線透射被測工件時，由于工件內部不同位置的 構件總厚度及密度存在差別，對入射X射線強度產生的衰減不同，有缺陷部位與無缺陷部 位對X射線吸收能力不同，即透過有缺陷部位的X射線強度高于無缺陷部位的X射線強度， 因此可以通過檢測透過被測工件后X射線強度的變化來判斷被測工件是否有缺陷存在。圖 像增強器用于接收透過被測工件的X射線，透過被測工件的X射線強度隨著缺陷性質的不 同和大小而有局部的變化，進而在圖像增強器上形成含有被測工件內部缺陷的射線圖像， 從中可直接得出被測工件內部缺陷的性質、大小及位置。
[0018] 掃查路徑規劃的實施方式。小型復雜性構件掃查成像檢測系統的運動主要是由6 自由度關節機械手完成，其運動控制也主要是圍繞機械手進行的。鑒于被測工件的復雜性 和被測工件表面曲率變化范圍比較大的特點，本發明基于被測工件數學模型或CAD文件進 行掃查路徑規劃，X射線透射法檢測掃查運動要保證被測工件要完全被X射線掃查到。通 過被測工件的CAD模型，生成被測工件掃查軌跡信息，再將掃查軌跡信息傳給控制柜6,控 制柜控制機械手嚴格按照規劃的路徑運動。
[0019] X射線艙的結構設計與防護實施方式。整個檢測過程都在有屏蔽防護功能的X射 線艙內進行。如圖2，X射線艙包括具有防射線外泄功能的機殼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 機械手末端執行器上方安裝一個鉛橡膠罩7,當機械手夾持被測工件進入檢測區時，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結構。 由此，可以保證X射線艙機械手檢測系統的安全性、可靠性。
[0020] 保證被測工件位置數據與X射線檢測數據對應性和同步性的實施方式。在對被測 進行檢測的過程中，為了有效、準確、真實地表達被檢工件各個部位的缺陷情況，要保證機 械手的運動位置與X射線的檢測信號同步采集。本發明采用的方法是，當機械手夾持被測 工件到達規劃的檢測位置時，X射線源發出射線，圖像增強器接收透過被測工件的射線，經 圖像增強器轉換為可見光圖像，將圖像信號進行A/D轉換，送入圖像處理器，通過各種圖像 處理以改善圖像質量，供檢測人員進行在線觀察使用，計算機同時記錄該時刻機械手的位 置和X射線信號。這一方法保證了被測工件位置數據與X射線檢測數據的對應性、同步性 和重復性。
【權利要求】
1. X射線艙機械手無損檢測方法，其特征在于：機械手夾持被測工件從X射線艙入口進 入，將被測工件置于射線照射區；啟動X射線照射系統，從X射線接收器讀取被檢測工件內 部缺陷信息，實現小型復雜性構件的自動檢測。
2. 根據權利要求1所述的X射線艙機械手無損檢測方法，其特征在于：根據被測工件 的數學模型或CAD數據進行掃查路徑規劃，將生成的被測工件掃查軌跡信息傳給機械手， 控制機械手握持被測工件嚴格按照規劃路徑運動，保證被測工件完全被X射線掃查到。
3. 根據權利要求1所述的X射線艙機械手無損檢測方法，其特征在于：采用X射線透 射法對小型復雜性構件的內部缺陷進行檢測。
4. 根據權利要求1所述的X射線艙機械手無損檢測方法，其特征在于：要保證機械手 的運動位置與X射線的檢測信號同步采集。由機械手的運動控制系統產生觸發信號控制機 械手運動，X射線系統進行檢測計算的同時記錄該時刻機械手的位置和X射線信號，以保證 數據的對應性和重復性。
5. 根據權利要求1和3所述的X射線艙機械手無損檢測方法，其特征在于：當機械手 夾持被測工件到達規劃的檢測位置時，X射線源發出射線，圖像增強器接收透過被測工件的 射線，經圖像增強器轉換為可見光圖像，將圖像信號進行A/D轉換，送入圖像處理器，通過 各種圖像處理以改善圖像質量，供檢測人員進行在線觀察使用。
6. 根據權利要求1所述的X射線艙機械手無損檢測方法，其特征在于：X射線艙包括具 有防射線外泄功能的機殼和具有防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；在機械手末端執行器上方安裝一個鉛橡膠罩，與X射 線艙入口的鉛橡膠軟簾組成很好的屏蔽與防護結構，保證X射線艙機械手檢測系統的安全 性、可靠性。
【文檔編號】G01N23/083GK104155321SQ201410454360
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月9日 優先權日:2014年9月9日
【發明者】徐春廣, 劉方芳, 印明哲, 肖定國, 孟凡武 申請人:北京理工大學