机器人辅助激光超声检测系统及参量匹配方法.pdf

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1、第３８卷第８期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ８２０１７年８月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＡｕｇ．２０１７机器人辅助激光超声检测系统及参量匹配方法１，２１２孙广开，曲道明，周正干（１．北京信息科技大学光电信息与仪器北京市工程研究中心北京１００１９２；２．北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京１０００８３）摘要：为解决飞行器复合材料构件的非接触、高精度无损检测问题，提出基于关节型机器人的激光超声检测系统及光声学参量匹配方法。采用有限元方法建立层状复合材料模型，计算分析材料层状各向异性导致激光超声的非对称分布、声束倾斜和畸变特征，结合实验分析得出利用激

2、光超声表征分层的光声学参量匹配方法。在系统设计上，利用１０６４ｎｍ波长的Ｎｄ：ＹＡＧ脉冲激光器激励超声波，利用基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号，激励和探测激光由光纤传导并投射至被检测工件表面，采用精密六轴关节型机器人作为Ｃ型扫描装置，建立系统的实验室原型，实现碳／环氧复合材料试样的Ｃ型扫描检测，得到试样中模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征，验证了检测系统及参量匹配方法的有效性。研究结果表明，研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳／环氧复合材料内部直径１ｍｍ以上分层的检测与成像，在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。关键词：激光超声；无损检测；复合材料；航空制造＋中图分

3、类号：ＴＨ８７８．２ＴＢ５５３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０２０Ｒｏｂｏｔａｓｓｉｓｔａｎｔｌａｓｅｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍａｎｄｉｔｓｐａｒａｍｅｔｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ１，２１２ＳｕｎＧｕａｎｇｋａｉ，ＱｕＤａｏｍｉｎｇ，ＺｈｏｕＺｈｅｎｇｇａｎ（１．ＢｅｉｊｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１９２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌｏ

4、ｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｎｏｎｃｏｎｔａｃｔａｎｄｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｏｆａｉｒｃｒａｆｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｌａｓｅｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄｒｏｂｏｔａｎｄｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｍａｔｃｈｉ

5、ｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆｌａｙｅｒｅｄａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｉｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｂｅａｍｔｉｌｔａｎｄｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｉｎｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｌａｙｅｒｅｄａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｏｐｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｍａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｕｓ

6、ｉｎｇｌａｓｅｒｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｏｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｔｈｅｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｉｓｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ，ａｎＮｄ：ＹＡＧｐｕｌｓｅｌａｓｅｒｗｉｔｈ１０６４ｎｍｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｉｓｕｓｅｄｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｉｇｎａｌ，ａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓｉｇｎａｌｉｓｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙａｔｗｏｗａｖｅｍｉｘｉｎｇｌａｓｅｒｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅｅｆｆｅｃｔ．Ｔ

7、ｈｅｅｘｃｉｔｉｎｇａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇｌａｓｅｒｓａｒｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｂｙｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓａｎｄｐｒｏｊｅｃｔｅｄｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｕｎｄｅｒｔｅｓｔ．ＡｐｒｅｃｉｓｅｓｉｘａｘｉｓａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄｒｏｂｏｔｉｓａｄｏｐｔｅｄａｓｔｈｅＣｓｃａｎｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｙｐｒｏｔｏｔｙｐｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓ