1.本发明涉及一种复合材料制件的无损检测方法。
背景技术：2.在航空复合材料结构件的制造与使用过程中，超声无损检测是检测构件中缺陷并评价其结构性能的关键技术。目前，空客与波音等飞机主制造商普遍采用大型喷水超声c扫技术对大型复合材料制件进行检验。得益于自动化技术的应用，当前设备已具备了根据制件数模自动规划化制件扫查路径的能力，进而实现了大型结构件的快速自动检验。
3.如图1所示，在制件进行扫查之前需要对制件进行仿形与扫查路径规划，这一步可借助数模辅助完成。对于稳定批产的复材制件，其固化变形通常可控制在较小水平。此时，制件与数模对应校准点(通常选择距离较大的特征点)偏差可控制在设备要求范围内，进而实现数模仿形并根据数模完成扫查路径规划。
4.然而，在生产过程中，也存在真实构件与理想数模偏差较大的情况。例如，对于非稳定批产的试验件。另外，当扫查对象本身尺寸较大时，制件偏差的累计同样可能造成校准点偏差超出设备要求。此时，设备无法根据数模生成制件扫查路径。
5.在此条件下，需要通过其他途径对制件进行仿形并完成扫查路径规划，常见的做法有：
6.1)人工采点仿形：
7.人工采点仿形，即人工操作设备，在制件上逐点采集坐标得到采点文件，设备借助采点文件对制件进行仿形并完成路径规划与扫查，其流程如图1中人工采点仿形所示。由于需要通过手动操作设备，使用示教头逐点标定大量目标点坐标，因此，人工采点过程操作繁琐且时间成本大，例如，人工采点一块3*2壁板，耗时通常在5小时以上。可见对于大型飞机壁板，人工采点意味着极大的时间成本。
8.2)使用测量逆向制件数模：
9.常用的做法是使用激光追踪仪等光学测量设备测得制件测试面点云信息，并根据测试数据逆向出制件真实数模，该数模可直接应用于数模仿形，即回到图1所示的数模仿形流程。但该方法也存在一些缺点。
10.首先，直接得到的点云数据通常包含数据噪声或缺失而无法直接使用。而降噪、模型修补与逆向过程需要在软件中人工操作完成，且通常时间成本较大。根据现有经验，完成3*2尺寸的壁板点云逆向耗时约1-2小时(与点云质量强相关)。同时，点云数据的测量本身也需要消耗时间，对于3*2尺寸的壁板耗时约1-1.5小时。
11.其次，直接测试的数据坐标系与c扫设备坐标系不同，需要进行坐标系转换。因此，需要准备特定的操作流程或后置程序，这在一定程度上也会消耗一定时间。
12.同时，制件的装夹条件也有要求。逆向测试装夹条件应与c扫装夹条件保持一致。由此可见，依赖于第三方设备进行制件数模逆向，对于效率、处理过程以及测试条件均会引入不确定性。
13.因此，当制件与数模偏差较大时，如何快速完成仿形就成为了限制设备应用效率的关键。
技术实现要素：14.本发明要解决的技术问题是：在复材制件无损检验过程中，当制件与数模偏差较大时，制件仿形与路径规划难以实现自动化，从而大大降低了检测效率。
15.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，其特征在于，包括以下步骤：
16.第一步：基于复材制件形状，预先设定有限个特征点；
17.第二步：依据特征点，利用c扫设备对已完成装夹的制件进行粗采点，每个粗采点对应于一个特征点，获得制件的粗采点数据；
18.第三步：直接将粗采点数据带入后置程序处理获得用于设备仿形的细采点文件，其中，后置程序基于预先得到的虚拟细采点数据以及实时获得的粗采点数据导出最终的细采点文件。
19.优选地，第三步中，所述虚拟细采点数据采用以下步骤获得：
20.步骤1：以第一步所述的特征点为边界点，将制件所对应的数模划分为几个子数模；
21.步骤2：在每个子数模上进行虚拟细采点，并导出所有虚拟细采点在数模坐标系下的坐标信息，获得虚拟细采点数据。
22.优选地，第三步中，所述后置程序导出最终的细采点文件包括以下步骤：
23.步骤301：将粗采点数据与虚拟细采点数据进行对齐，将粗采点数据与虚拟细采点数据统一至c扫设备坐标系；
24.步骤302：删除粗采点数据及虚拟细采点数据中属于同一公共边界的冗余点数据；
25.步骤303：导出最终的细采点文件，用于设备仿形。
26.本发明的另一个技术方案是提供了一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，其特征在于，包括以下步骤：
27.第一步：基于复材制件形状，预先设定有限个特征点；
28.第二步：依据特征点，利用c扫设备对已完成装夹的制件进行粗采点，每个粗采点对应于一个特征点，获得制件的粗采点数据；
29.第三步：将粗采点数据作为相对于对应特征点的强制位移条件添加至制件的有限元模型并进行变形仿真；
30.第四步：使用后置程序结合变形仿真结果，根据变形后的有限元模型网格插值计算得到采点数据，并转化为设备可读采点文件；
31.或者根据第三步的变形仿真结果，提取变形后的有限元模型的节点坐标；使用后置程序根据节点坐标导入建模工具得到曲面轮廓线，进而逆向得到制件的数模。
32.在本发明所公开的技术方案中，对制件进行粗采点结合数模，通过虚拟采点或仿真可实现制件数模或采点文件的快速生成，从而实现制件仿形的自动化与效率提升。本发明提出的方法结合数模展开，因此可预先准备测试文件，嵌入测试执行过程中。与现有技术方案相比，本发明提供的方法具有成本低，效率高的优点，可大大改善因制件变形超限带来
的无损检测效率降低问题。
附图说明
33.图1示意了典型喷水超声c扫检测流程；
34.图2示意了人工采点仿形具体操作方法；
35.图3为实施例1的流程图与关键操作示意图；
36.图4为实施例2的流程图与关键操作示意图；
37.图5为实施例3的流程图与关键操作示意图。
具体实施方式
38.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
39.本发明提供的一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法通过对制件进行粗采点，同时结合数模生成制件数模或者采点扫查文件，从而使得设备可以根据以上文件自动完成仿形并生成扫查文件，从而提高效率。其解决途径可概括为以下两个解决方案：
40.方案1：根据有限特征点采点，并结合数模生成类手动采点的采点文件。
41.方案2：根据粗采点结果与数模，自动化生成偏差较小的制件数模。
42.基于上述两个方案，以三种解决方案为例对本发明所公开的技术方案做进一步说明。
43.实施例1
44.本实施例所公开方案的总体概念是将数模划分为几个小的子模型，保证每个子模型与制件误差不超限，从而根据粗采点数据与数模确定的几何特征插值出细采点文件，从而提供给设备进行仿形与路径规划。
45.结合图3，本实施例公开的一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法具体包括以下步骤：
46.第一步：完成制件的装夹以及c扫以及扫描仪设备的准备工作，如设备的准备操作等。
47.第二步：依据预先设定好的特征点，利用第一步准备好的设备对已完成装夹的制件进行粗采点，每个粗采点对应于一个特征点，获得制件的粗采点数据。
48.第三步：根据预先设定好的特征点，将制件所对应的数模划分为几个子数模；
49.第四步：在每个子数模上进行虚拟细采点，并导出每个子数模所得到的所有虚拟细采点坐标信息，获得虚拟细采点数据。注意，此时虚拟细采点的坐标是相对数模坐标系得到的，并非相对于第二步所使用的c扫设备的坐标系。
50.第五步：使用后置程序进行数据后处理，包括：
51.将粗采点数据与虚拟细采点数据进行对齐(配准工作)，将粗采点数据与虚拟细采点数据统一至c扫设备的坐标系；
52.删除粗采点数据及虚拟细采点数据中的公共边界冗余点数据；
53.导出最终的细采点文件，用于设备仿形。
54.在应用中，可事先确定好粗采点点位，同时，提前完成子数模的虚拟细采点，即提前完成第三步和第四步。实际操作中，仅需要完成粗采点后，直接将粗采点带入后置程序处理即可，从而大大提高人工采点的效率。
55.实施例2
56.如图4所示，本实施例公开的一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法的第一步以及第二步与实施例1相同，不同之处在于：
57.第三步：将粗采点数据作为强制位移条件添加至制件的有限元模型并进行仿真。
58.第四步：使用后置程序结合有限元模型的变形结果，根据变形后的有限元模型网格插值计算得到采点数据，并转化为设备可读采点文件。
59.本方案中，特征点、有限元模型与后置程序均可提前准备，且静态变形计算速度较快(相对于采点过程，几乎可以忽略不计)，因此，操作过程耗时主要由粗采点决定。所以，该方案同样可以大大提升采点仿形效率。
60.实施例3
61.如图5所示，本实施例公开的一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法的第一步至第三步与实施例2相同，不同之处在于：
62.第四步：根据第三步的仿真结果，提取变形后的有限元模型的节点坐标。使用后置程序根据节点坐标导入建模工具得到曲面轮廓线，进而逆向得到制件的数模。
63.上述实施例提出了两种技术途径，三种解决方案建立了基于粗采点和数模的快速采点文件生成方案以及逆向制件数模的方法。这三种解决方案的实施可大大提升制件与数模相差较大条件下，制件的仿形效率，从而实现时间和人工成本在该环节的大幅降低。
技术特征：1.一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：基于复材制件形状，预先设定有限个特征点；第二步：依据特征点，利用c扫设备对已完成装夹的制件进行粗采点，每个粗采点对应于一个特征点，获得制件的粗采点数据；第三步：直接将粗采点数据带入后置程序处理获得用于设备仿形的细采点文件，其中，后置程序基于预先得到的虚拟细采点数据以及实时获得的粗采点数据导出最终的细采点文件。2.如权利要求1所述的一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，其特征在于，第三步中，所述虚拟细采点数据采用以下步骤获得：步骤1：以第一步所述的特征点为边界点，将制件所对应的数模划分为几个子数模；步骤2：在每个子数模上进行虚拟细采点，并导出所有虚拟细采点在数模坐标系下的坐标信息，获得虚拟细采点数据。3.如权利要求2所述的一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，其特征在于，第三步中，所述后置程序导出最终的细采点文件包括以下步骤：步骤301：将粗采点数据与虚拟细采点数据进行对齐，将粗采点数据与虚拟细采点数据统一至c扫设备坐标系；步骤302：删除粗采点数据及虚拟细采点数据中属于同一公共边界的冗余点数据；步骤303：导出最终的细采点文件，用于设备仿形。4.一种基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：基于复材制件形状，预先设定有限个特征点；第二步：依据特征点，利用c扫设备对已完成装夹的制件进行粗采点，每个粗采点对应于一个特征点，获得制件的粗采点数据；第三步：将粗采点数据作为相对于对应特征点的强制位移条件添加至制件的有限元模型并进行变形仿真；第四步：使用后置程序结合变形仿真结果，根据变形后的有限元模型网格插值计算得到采点数据，并转化为设备可读采点文件；或者根据第三步的变形仿真结果，提取变形后的有限元模型的节点坐标；使用后置程序根据节点坐标导入建模工具得到曲面轮廓线，进而逆向得到制件的数模。
技术总结为解决在复材制件无损检验过程中，当制件与数模偏差较大时制件仿形与路径规划难以实现自动化，从而大大降低检测效率的问题，本发明提出了基于粗采点的复材制件快速无损检验方法，基于粗采点结合数模快速完成制件仿形。本发明对制件进行粗采点结合数模，通过虚拟采点或仿真可实现制件数模或采点文件的快速生成，从而实现制件仿形的自动化与效率提升。提出的方法结合数模展开，因此可预先准备测试文件，嵌入测试执行过程中。该方法具有成本低，效率高的优点，可大大改善因制件变形超限带来的无损检测效率降低问题。无损检测效率降低问题。无损检测效率降低问题。
技术研发人员：刘展翅 高仪山 方致阳
受保护的技术使用者：中建材（上海）航空技术有限公司
技术研发日：2022.07.04
技术公布日：2022/11/1
