由于航空發(fā)動機空心葉片、長軸空心管等關鍵空心類零部件的內(nèi)腔幾何特征質量影響其服役性能、壽命，對其幾何質量進行有效檢測和控制是實現(xiàn)空心類零件高質量、高性能制造的關鍵。目前的幾何三維測量技術，大多局限于“可見即可測”，難以實現(xiàn)對不可見內(nèi)腔幾何特征的測量，而超聲測量與常規(guī)三坐標測量技術結合后具有實現(xiàn)內(nèi)腔幾何特征三維測量的潛力。因此本項目圍繞內(nèi)腔三維幾何測量的相關問題，開展了機械臂超聲檢測系統(tǒng)的相關研究。

課題研究內(nèi)容分為探頭設計、參數(shù)標定、路徑規(guī)劃三個部分。探頭設計部分，需要考慮如何設計干式超聲在機測厚探頭的結構，在保證探頭使用壽命和降低制作難度的情況下，實現(xiàn)高信噪比的干式超聲測厚信號采集與在機換裝；研究在機超聲測厚以及相關參數(shù)標定的具體方法。參數(shù)標定部分，需要選取適合于機械臂實際情況的建模方法；研究如何高效獲得準確的參數(shù)辨識結果，同時結合辨識結果對測量幾何參數(shù)進行誤差補償。路徑規(guī)劃部分，需要考慮機械臂的干涉和碰撞問題，并使機械臂能平滑通過每個采樣點，實現(xiàn)探頭與測量表面幾乎處處垂直。

本項目提出了面向內(nèi)腔幾何三維測量的機械臂超聲檢測方法并研制了一套測量裝備。其中設計了一種無耦合劑超聲測厚探頭并集成于機械臂，對機械臂超聲檢測系統(tǒng)進行了運動學參數(shù)標定和運動誤差補償，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。項目完成了集成機械臂運動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)圓周為對象進行了試驗驗證，實現(xiàn)了對5~20mm厚度空心管內(nèi)圓周的三維測量精度達±0.2mm。