由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心葉片、長軸空心管等關(guān)鍵空心類零部件的內(nèi)腔幾何特征質(zhì)量影響其服役性能、壽命，對(duì)其幾何質(zhì)量進(jìn)行有效檢測和控制是實(shí)現(xiàn)空心類零件高質(zhì)量、高性能制造的關(guān)鍵。目前的幾何三維測量技術(shù)，大多局限于“可見即可測”，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)不可見內(nèi)腔幾何特征的測量，而超聲測量與常規(guī)三坐標(biāo)測量技術(shù)結(jié)合后具有實(shí)現(xiàn)內(nèi)腔幾何特征三維測量的潛力。因此本項(xiàng)目圍繞內(nèi)腔三維幾何測量的相關(guān)問題，開展了機(jī)械臂超聲檢測系統(tǒng)的相關(guān)研究。

課題研究內(nèi)容分為探頭設(shè)計(jì)、參數(shù)標(biāo)定、路徑規(guī)劃三個(gè)部分。探頭設(shè)計(jì)部分，需要考慮如何設(shè)計(jì)干式超聲在機(jī)測厚探頭的結(jié)構(gòu)，在保證探頭使用壽命和降低制作難度的情況下，實(shí)現(xiàn)高信噪比的干式超聲測厚信號(hào)采集與在機(jī)換裝；研究在機(jī)超聲測厚以及相關(guān)參數(shù)標(biāo)定的具體方法。參數(shù)標(biāo)定部分，需要選取適合于機(jī)械臂實(shí)際情況的建模方法；研究如何高效獲得準(zhǔn)確的參數(shù)辨識(shí)結(jié)果，同時(shí)結(jié)合辨識(shí)結(jié)果對(duì)測量幾何參數(shù)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。路徑規(guī)劃部分，需要考慮機(jī)械臂的干涉和碰撞問題，并使機(jī)械臂能平滑通過每個(gè)采樣點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)探頭與測量表面幾乎處處垂直。

本項(xiàng)目提出了面向內(nèi)腔幾何三維測量的機(jī)械臂超聲檢測方法并研制了一套測量裝備。其中設(shè)計(jì)了一種無耦合劑超聲測厚探頭并集成于機(jī)械臂，對(duì)機(jī)械臂超聲檢測系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)標(biāo)定和運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償，并提出了基于該測量系統(tǒng)的內(nèi)腔無干涉測量路徑規(guī)劃方法。項(xiàng)目完成了集成機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制與高精度超聲測厚功能的軟硬件系統(tǒng)搭建，并以長軸空心管內(nèi)圓周為對(duì)象進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)5~20mm厚度空心管內(nèi)圓周的三維測量精度達(dá)±0.2mm。