GB/T348922017

图4机械手夹持受检件超声反射法检测示意图（检测方式3）

机械手夹持受检件的超声穿透检 具上（或依 据检测需要增加自由度，例如，使换能器在检测过 平移等协回运动以提高检测效率），两个超 声换能器声束轴线保持重合，机械手夹持受检件运动， ，完成覆盖式扫查检测。如图5所示

图5机械手夹持受检件超声穿透法检测示意图（检测方式4）

.1.1应采用可执行预编程序实现对曲面进行自动化扫查的机械手，一般采用六轴及以上自由度关节 械手，其性能规范及试验方法应符合GB/T12642和GB/T12643，机械手手臂、手腕的防护等级应 符合GB/T12642的要求，机械手电磁兼容性应符合GB/T19397的要求。 7.1.2机械手末端执行器重复定位精度应优于土0.1mm园林标准规范范本，方向角分辨率应优于0.2°。 7.1.3机械手末端额定速度时最大负载能力不小于2kg。 7.1.4机械手应具备超运动范围、超速和防碰撞的安全防护措施

GB/T 348922017

7.2换能器与检测仪器

换能器性能应符合GB/T18694和GB/T27664 检测仪器性能应符合GB/T27664.1

7.3.1工件夹持工装应能可靠地夹持受检件，应能避免机械手在检测过程中与受检件出现干涉或碰 撞等。 7.3.2超声换能器的夹持工装应能可靠地夹持换能器，同时确保声束轴线方向上无遮挡，且具有与受 签件表面或形廓特征相适配的结构，以利于进行受检件的坐标系对正。对采用液浸检测方式的换能器 夹持工装应防水防锈

串.1工件夹持工装应能可靠地夹持受检件，应能避免机械手在检测过程中与受检件出现干涉或 等。 .2超声换能器的夹持工装应能可靠地夹持换能器，同时确保声束轴线方向上无遮挡，且具有与 牛表面或形廓特征相适配的结构，以利于进行受检件的坐标系对正。对采用液浸检测方式的换能 特工装应防水防锈

机械手检测系统通常采用液体或气体耦合介质实现非接触的超声自动扫查。

.5.1机械手检测系统数据采集装置的采样频率应不低于100MHz，幅度分辨力应不低于8位（二进 。 .5.2机械手检测系统应能实现超声信号与扫查位置数据的同步采集，可采用位置触发方式实现数据 约同步采集，也可采用时间触发的方式实现数据同步采集。位置触发方式基于扫查轨迹位移增量触发 据采集，当扫查轨迹增量达到设定值时同步采集扫查点位姿数据和超声回波信号数据，位移增量应根 居检测要求确定。时间触发方式基于时间增量触发数据采集，当时间增量达到设定值时同步采集扫查 点位姿数据和超声回波信号数据，时间增量应根据机械手的运动速度和检测要求确定。 5.3机械手检测系统计算机应具有扫查位置信号和超声检测信号同步采集的软硬件接口。 .5.4机械手检测系统应具有在机械手基准坐标系或工具坐标系中采集受检件位姿数据、识别受检件 坐标系位姿的软件和硬件功能

8.1.1确定受检件的待测区域，

8.1.1确定受检件的待测区域。 8.1.2建立受检件的三维数学模型，以利于获得扫查轨迹。

8.2.1根据受检件可检出最小缺陷特征，依据GB/T11343、GB/T11344和GB/T27664.1的要求，确 定超声换能器的频率、声束焦距、焦点尺寸、声程长度等检测参数。 8.2.2根据检测要求和选用的超声换能器，依据GB/T23908、GB/T23912、GB/T27664.1和 GB/T27664.2的要求，确定超声检测仪的激励电压、接收带宽、接收增益等检测参数， 8.2.3根据换能器声束直径确定扫查点间距和扫查轨迹行距，扫查点间距和扫查轨迹行距宜选为 （1/4~1/2）声束直径

8.3.1对于已知计算机辅助设计（CAD)模型的受检件，可借助计算机辅助制造（CAN

3.1对于已知计算机辅助设计（CAD)模型的受检件，可借助计算机辅助制造（CAM)软件进行软

GB/T348922017

.3.3利用CAM软件进行轨迹规划的方法，参见

利用超声换能器或在机械手末端执行器上安装长度测量传感器的方法，测量受检件表面6个以上 特征点在机械手坐标系的坐标值，或测量受检件表面若干规划点在机械手坐标系的坐标值，根据受检件 表面的模型和坐标变换原理，计算出工件坐标系与机械手坐标系的位置和姿态关系参数，若两者的位姿 关系与扫查轨迹规划时的设定不同，应按实测的位姿关系重新进行扫查轨迹规划或通过调整工件的装 夹位置和姿态使其与轨迹规划时的设定关系一致，

8.6检测数据处理与显示

检测过程中，机械手检测系统应同步采集扫查点位置对应的超声检测信号数据，设置时间闸门并 用门内检测信号的特征（缺陷回波信号幅度、峰值频率、峰值位置等），以超声B扫描或C扫描图像 式显示检测结果，宜同时显示A扫描信号波形

机械手超声检测的流程一般为： a）装夹受检件/换能器，并进行工件坐标系相对于机械手坐标系位置和姿态的找正； b 进行扫查轨迹规划； 设定超声检测系统参数（包括：超声检测仪工作模式、激励电压、接收增益和滤波频率、时间闸 门位置等)和扫查运动参数（包括：扫查范围、扫查间距、扫查轨迹行距和扫查运动速度等）； d 运行扫查控制和超声检测成像软件，记录检测数据.并生成检测报告

GB/T 348922017

附录A （资料性附录） 基于CAM软件的轨迹规划方法和实例

检测前可利用计算机辅助制造（CAM)数控仿真软件规划机械手检测系统的扫查路径，获取覆盖受 验件表面、各点间距满足检测要求的离散点以及在机械手基准坐标系中的位置和姿态，为实现利用机械 手对受检件的自动化连续扫查检测提供路径数据

A.2机械手运动路径的轨迹规划流程

基于受检件计算机辅助设计(CAD)数学模型，利用CAM软件获取受检件扫查轨迹点在笛卡尔坐 标系下的位姿坐标和法向矢量（超声人射角方向）。 根据检测方式（机械手夹持超声换能器或受检件运动）的不同，以及超声换能器/受检件装夹位置、 超声波入射方向（直射或斜射）等要求，依据相应的坐标变换算法，将扫查轨迹点的位置坐标和人射方向 角转换为机械手末端工具坐标系的轨迹点位姿信息。 轨迹规划时，提取出CAM后处理文件中离散点坐标数据用于构建机械手末端工具坐标系的位姿 矩阵，通过对该位姿矩阵坐标变换的计算获取机械手的运动参数，该参数被传递给机械手控制器，从而 驱动电机带动机械手各关节的运动。 机械手的轨迹规划流程如图A.1所示

动机叶片为例，其被测表面CAM加工仿真如图A

图A.1机械手轨迹规划流程示意图

A.2受检件的表面轨迹

提取的离散点数据如图A.3所示：

提取的离散点数据如图A.3所示：

GB/T348922017

械手夹持换能器运动检测方式的扫查点坐标变换

图A.3受检件的表面轨迹离散点提取

参考图A.4，机械手基准坐标系以(W>表示，将机械手的末端工具坐标系《M)沿装配位置参数（包 活装夹长度和偏移量）平移，使其与超声换能器坐标系相重合，以C)表示。受检件的工件坐标系以（A） 来表示，在扫查轨迹点处建一个辅助坐标系《B)。辅助坐标系（B)在坐标系（A)中的位姿，通过规定(B) 坐标系的原点和各轴的方向与扫查轨迹点对应关系确定，一般规定《B>坐标系的原点在扫查点位置[， ，之]，其Z轴沿扫查点法向，X轴沿扫查轨迹切线方向（可通过相邻两扫查点的矢量差近似逼近轨迹 切线方向）.Y轴方向可通过求解X轴和Z轴的矢量积得出

图A.4机械手夹持超声换能器时坐标系分布示

对于某空间失量P，设其在坐标系A}，《B>，C)中的位姿表示分别为"P，"P，P，根据坐标变 其位姿表达从(C)坐标系变换到(B)坐标系的变换见式（A.1）：

GB/T 348922017

GB/T 348922017

PTCPATATCP

(B)坐标系与(C)坐标系之间的变换矩阵T可分解为求解旋转矩阵R和位置平移矢量CPBORG （A.2)

R CPBORG SRAR SRAPBORG+PAORG GT ....A.2 Q00

假定受检件坐标系《A)与换能器坐标系(C)在检测前已确定位姿，当《A)坐标系与(C)坐标系重

此时T化简为式（A.5）

R= 0 Loo1 ARAPBORG +PAORG 00

式中，cosα和sinα分别简写成cα和sα，以便于观察， 求解矩阵R，得到使(B)坐标系与(C)坐标系满足约束条件时的机械手的工具坐标系需要转过的 欧拉角为： β=atan2(z/+) α=atan2(—$y/cosβ$x/cosβ) y=atan2(9z/cosβ,$z/cosβ) 计算出机械手控制器所需要的运动学参数[X，Y，Z，α，β，]。

A.4机械手夹持受检件运动检测方式下扫查点坐标变换方法

参考图A.4，机械手基准坐标系以W>表示，将机械手的末端工具坐标系沿装配位置参数（包指 长度和偏移量)平移，使其与工件坐标系相重合，以坐标系（A)来表示，超声换能器坐标系以《C)表） 日查轨迹点处建一个辅助坐标系(B)。辅助坐标系（B)在坐标系（A)中的位姿，通过规定(B)坐标 0

GB/T348922017

的原点和各轴的方向与扫查轨迹点的位置和方向间的关系确定，一般规定（B)坐标系的原点在扫查点 位置[X，Y，Z]，其Z轴沿扫查点法向，X轴沿扫查轨迹切线方向（可通过相邻两扫查点的矢量差近似 逼近轨迹切线方向），Y轴方向可通过求解X轴和Z轴的矢量积得出。 对于某空间矢量P，设其在坐标系(A)、(B)、(C)中的位姿表示分别为4P、"P、CP，根据坐标变换原 理.其位姿表达从（C)坐标系变换到

=[5x,5Y,5z] 坐标系(B)的X轴在坐标系(A)中的方向矢量； p=[9x·PY·P2]T 坐标系(B)的Y轴在《A)坐标系下的方向矢量； 亚=[亚x，Yy，亚z]T—坐标系(B)的Z轴在(A)坐标系下的方向失量。 依据坐标变换原理，此时，同一矢量在坐标系（A)和(C)中的表述见式（A.9）

PATETCPATCP

&R C P AOR RTRER"PAORG+PBO T 000 [RTIRTRARTAPBORG +CPBOR (A.8

假定《B)坐标系与(C)坐标系重合时，R为一单位矩阵。当

此时ST化简为式（A.11）：

ER: (A.10 o 0 ART RRAPBORG +PBORG .(A.11 0

式中，cosα和sinα分别简写成cα和sα，以便于观察。 求解矩阵RT得到使(B)坐标系与(C)坐标系满足约束条件时的机械手的工具坐标系(A)需要转 过的欧拉角为：

GB/T 348922017

GB/T 348922017

y=atan2(—y/cosβ,Yz/cosβ) 机械手从工具坐标系《A)所在的初始位置运动到使(B)坐标系和(C)坐标系满足约束条件时的 所需要平移的矢量°PA见式（A.13）：

CPA=RRPAORG +CPBORG （A.13 机械手所需要的运动学参数(CPAx，PAYPAzα,β,）即可求解出

电力弱电图纸、图集A.5机械手检测系统实例

CPA=RRBPAORG+CH

图A.5是单机械手夹持受检件运动的反射法（方式3)机械手检测系统的一个例子，由机械手及其 控制器、超声换能器、超声脉冲收发装置、数据采集卡、工控机、检测软件、水循环系统、辅助硬件、机械结 构和被检测试件等组成。机械手的末端执行器安装有法兰盘，以方便安装和固定喷水装置和超声换能 器/被测工件等。工控机与机械手控制器通过网络等通讯接口连接，可以在工控机与机械手控制器之间 传输控制文件、运动参数和状态等。超声换能器、脉冲收发装置与工控机通过射频信号线缆连接，工控 机内装有超声波形信号采集卡和机器人末端执行器位姿数据采集卡，通过两卡间的同步触发接口实现 超声检测信号和扫查位置数据的同步采集，测控计算机根据采集的扫查点位置数据及对应的超声信号 特征数据形成受检件的超声C扫描图像

图A.5单机械手超声反射法检测系统

图A.6是双机械手穿透法机械手检测系统的一个例子，两个机械手各自夹持超声发射换能器和超 声接收换能器。检测过程中，两个机械手实时将末端执行器的空间位置和姿态传输给工控机，主机械手 夹持超声激励换能器发射超声信号，从机械手夹持超声接收换能器接收穿透受检件的超声波信号。超 吉采集卡采集受检件扫查离散点处对应的接收换能器采集的超声回波时域信号，测控计算机根据采集 的扫查点位置数据及对应的超声信号特征数据形成受检件的超声C扫描图像

高速标准规范范本GB/T348922017

机械手超声穿透法无损