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一種用于復(fù)合材料制件的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

技術(shù)編號(hào)：44342444 閱讀：6 留言：0更新日期：2025-02-18 20:55

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種用于復(fù)合材料制件的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。針對(duì)復(fù)合材料外涵道靜子葉片葉身部分的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和缺陷類(lèi)型，本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)為彌補(bǔ)手工檢測(cè)技術(shù)的不足，采用超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法，配合與方法相適應(yīng)的仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)掃查成像技術(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別和定位產(chǎn)品內(nèi)部超聲信號(hào)異常區(qū)域。針對(duì)異常區(qū)域，使用超聲單探頭反射法對(duì)其進(jìn)行評(píng)定。與手工檢測(cè)時(shí)使用超聲波探傷儀顯示的波形信號(hào)相比，該方法的檢測(cè)結(jié)果以圖像形式保存在計(jì)算機(jī)中，可溯源；自動(dòng)檢測(cè)方法能夠提高檢測(cè)的可靠性和一致性。

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【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種用于復(fù)合材料制件的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，特別是一種復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，屬于超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。

技術(shù)介紹

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片復(fù)合材料化不僅可以進(jìn)一步提高推重比和燃油效率、降低噪聲和有害氣體排放，還可以有效減輕質(zhì)量，提高涵道比、比剛度、疲勞性能、損傷和缺陷容限等，已成為現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向之一。由于制造工藝的特殊性，復(fù)合材料在成型、固化、使用過(guò)程中內(nèi)部可能會(huì)出現(xiàn)缺陷，進(jìn)而影響復(fù)合材料制件的性能。研制和生產(chǎn)過(guò)程中，必須對(duì)復(fù)合材料葉片的內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行有效的檢測(cè)。

2、復(fù)合材料外涵道靜子葉片在生產(chǎn)和使用過(guò)程中，易出現(xiàn)分層、密集氣孔、疏松等缺陷。超聲無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)于這類(lèi)面積型缺陷較為敏感，同時(shí)具有靈敏度高、無(wú)輻射、無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道靜子葉片的葉身部分為變曲率、變厚度結(jié)構(gòu)，手工檢測(cè)時(shí)，缺陷識(shí)別難度大，而且容易受人為因素影響，為超聲無(wú)損檢測(cè)提出了新的需求。因此，急需適用于該特殊結(jié)構(gòu)的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法及相應(yīng)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于復(fù)合材料制件的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，識(shí)別和定位產(chǎn)品內(nèi)部超聲信號(hào)異常區(qū)域。

2、本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：

3、本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：超聲波探傷儀、超聲波探頭、機(jī)械掃查裝置、水槽、探頭支架、產(chǎn)品工裝、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)模塊；其中，</p>

4、超聲波探傷儀，連接超聲波探頭；通過(guò)超聲波探頭探測(cè)待檢測(cè)件，形成超聲信號(hào)；

5、超聲波探頭置于探頭支架的端部；

6、探頭支架，安裝在機(jī)械掃查裝置的端部，隨著機(jī)械掃查裝置運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)；

7、產(chǎn)品工裝，置于水槽底部，用于安裝待檢測(cè)件；

8、水槽，用于盛放去離子水；

9、計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)采集超聲信號(hào)，發(fā)送給檢測(cè)模塊；

10、檢測(cè)模塊，安裝在計(jì)算機(jī)中，用于輸入仿形掃查軌跡；根據(jù)仿形掃查軌跡，控制機(jī)械掃查裝置運(yùn)動(dòng)；根據(jù)超聲信號(hào)，進(jìn)行仿形掃查成像，生成圖像；根據(jù)圖像，識(shí)別異常區(qū)域。

11、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述超聲波探傷儀，具有增益調(diào)節(jié)功能和閘門(mén)內(nèi)信號(hào)峰值輸出功能。

12、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述超聲波探頭，包括發(fā)射探頭和接收探頭；探頭類(lèi)型為水浸平探頭或聚焦探頭；檢測(cè)時(shí)，發(fā)射探頭和接收探頭及待檢測(cè)產(chǎn)品的檢測(cè)區(qū)域完全浸沒(méi)在水槽的去離子水中。

13、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述機(jī)械掃查裝置，至少具備三個(gè)平動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，運(yùn)動(dòng)范圍覆蓋靜子葉片葉身部分；以設(shè)定的軌跡、掃查速度、掃查間距，實(shí)現(xiàn)超聲波探頭對(duì)待檢測(cè)件的仿形掃查；具有手動(dòng)急停開(kāi)關(guān)。

14、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述機(jī)械掃查裝置的末端定位精度優(yōu)于1/60最大允許的缺陷尺寸，最小掃查間距不大于1/3最大允許的缺陷尺寸。

15、進(jìn)一步地，在上述系統(tǒng)中，所述探頭支架，在檢測(cè)過(guò)程中，保持發(fā)射探頭與接收探頭的相對(duì)位置與姿態(tài)保持不變；

16、本專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法，包括：

17、s1、使用復(fù)合材料外涵道靜子葉片人工預(yù)埋分層缺陷試樣，確定超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度；

18、s2、使用超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)復(fù)合材料外涵道靜子葉片的葉身部分進(jìn)行檢測(cè)；

19、s3、判斷檢測(cè)任務(wù)是否完成，若是，則進(jìn)入步驟s4；若否，則判斷檢測(cè)次數(shù)是否超過(guò)預(yù)定次數(shù)或檢測(cè)批量產(chǎn)品的時(shí)間是否超過(guò)預(yù)定時(shí)間，若是，則進(jìn)入步驟s4，若否，檢測(cè)下一個(gè)產(chǎn)品，進(jìn)入步驟s2；

20、s4、判斷靈敏度是否滿(mǎn)足要求，若否，則進(jìn)行設(shè)備檢查和校正后，重新檢測(cè)上次檢測(cè)靈敏度檢查合格之后檢測(cè)的所有產(chǎn)品后，進(jìn)入步驟s2；若是，則判斷任務(wù)是否完成，若否，則進(jìn)入步驟s2，若是，則檢測(cè)完成。

21、進(jìn)一步地，在上述方法中，所述復(fù)合材料外涵道靜子葉片人工預(yù)埋分層缺陷試樣，應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：

22、a、試樣的材料、鋪層形式、厚度變化和曲率變化與復(fù)合材料外涵道靜子葉片實(shí)際零件葉身部分保持一致，能代表靜子葉片葉身部分的聲衰減特性；試樣厚度偏差不超過(guò)10％、曲率偏差不超過(guò)10％；

23、b、試樣應(yīng)至少包含兩種不同尺寸的人工預(yù)埋缺陷，且均不大于最大允許的缺陷尺寸；

24、c、人工預(yù)埋缺陷之間的間距不小于最大允許的缺陷尺寸，人工預(yù)埋缺陷距試樣邊緣的距離不小于最大允許的缺陷尺寸；

25、d、每種尺寸的人工預(yù)埋缺陷埋深至少包括三種不同深度；

26、e、使用單層或多層不透聲材料作為人工預(yù)埋缺陷，單層最大厚度不超過(guò)0.15mm；

27、f、人工預(yù)埋缺陷周?chē)畲笤试S的缺陷尺寸范圍內(nèi)不存在自然缺陷。

28、進(jìn)一步地，在上述方法中，所述確定超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度，具體方法為：

29、將人工預(yù)埋缺陷置于復(fù)合材料外涵道靜子葉片中，生成試樣；

30、將試樣置于固定在水槽中的產(chǎn)品工裝上，在水槽中注入適量的去離子水，使試樣完全浸沒(méi)在水中；

31、將發(fā)射探頭與接收探頭分別置于試樣的兩側(cè)，調(diào)節(jié)超聲波探傷儀的增益，使試樣中無(wú)預(yù)埋缺陷區(qū)域的穿透波信號(hào)幅度達(dá)到超聲波探傷儀顯示屏滿(mǎn)屏的70％～85％；

32、設(shè)置掃查間距不大于最大允許的缺陷尺寸的1/3；

33、提高超聲波探傷儀增益，啟動(dòng)檢測(cè)模塊進(jìn)行仿形掃查成像；

34、掃查完畢后，根據(jù)檢測(cè)模塊識(shí)別出的異常區(qū)域尺寸，調(diào)整探傷儀增益，再次啟動(dòng)仿形掃查成像，直至人工預(yù)埋缺陷對(duì)應(yīng)的超聲信號(hào)異常區(qū)域尺寸與其實(shí)際尺寸偏差不超過(guò)25％；

35、記錄當(dāng)前探傷儀增益的分貝值，即為復(fù)合材料外涵道靜子葉片葉身部分的檢測(cè)靈敏度。

36、進(jìn)一步地，在上述方法中，判斷靈敏度是否滿(mǎn)足要求，具體為：

37、測(cè)量人工預(yù)埋缺陷對(duì)應(yīng)的超聲信號(hào)異常區(qū)域尺寸與其實(shí)際尺寸的偏差；

38、如偏差不超過(guò)25％，則靈敏度滿(mǎn)足要求；

39、如偏差超過(guò)25％，且不超過(guò)50％，則適當(dāng)微調(diào)探傷儀增益，再次啟動(dòng)仿形自動(dòng)掃查成像功能，直至偏差不超過(guò)25％，記錄當(dāng)前探傷儀增益的分貝值，作為重新校準(zhǔn)的檢測(cè)靈敏度，重新校準(zhǔn)的檢測(cè)靈敏度滿(mǎn)足要求；

40、如偏差超過(guò)50％，則靈敏度不滿(mǎn)足要求。

41、本專(zhuān)利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

42、(1)本專(zhuān)利技術(shù)采用超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)方法、配合與方法相適應(yīng)的仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、通過(guò)自動(dòng)掃查成像技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品內(nèi)部超聲信號(hào)異常區(qū)域的準(zhǔn)確識(shí)別和定位，避免了手工檢測(cè)時(shí)的人為因素對(duì)缺陷識(shí)別的影響、提高了檢測(cè)的可靠性和一致性。

43、(2)本專(zhuān)利技術(shù)采用自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)生成產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量圖像，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)結(jié)果的數(shù)字化儲(chǔ)存，解決了手工檢測(cè)時(shí)超聲波探傷儀顯示的波形信號(hào)無(wú)法保存、不能溯源的問(wèn)題。

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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：超聲波探傷儀(1)、超聲波探頭(2)、機(jī)械掃查裝置(3)、水槽(4)、探頭支架(5)、產(chǎn)品工裝(6)、計(jì)算機(jī)(7)和檢測(cè)模塊(8)；其中，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述超聲波探頭(2)，包括發(fā)射探頭和接收探頭；探頭類(lèi)型為水浸平探頭或聚焦探頭；檢測(cè)時(shí)，發(fā)射探頭和接收探頭及待檢測(cè)產(chǎn)品的檢測(cè)區(qū)域完全浸沒(méi)在水槽(4)的去離子水中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述機(jī)械掃查裝置(3)，至少具備三個(gè)平動(dòng)自由度和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，運(yùn)動(dòng)范圍覆蓋靜子葉片葉身部分；以設(shè)定的軌跡、掃查速度、掃查間距，實(shí)現(xiàn)超聲波探頭(2)對(duì)待檢測(cè)件的仿形掃查；具有手動(dòng)急停開(kāi)關(guān)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述機(jī)械掃查裝置(3)的末端定位精度優(yōu)于1/60最大允許的缺陷尺寸，最小掃查間距不大于1/3最大允許的缺陷尺寸。

...

【技術(shù)特征摘要】

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于復(fù)合材料外涵道靜子葉片的超聲仿形自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述機(jī)械掃查裝置(3)的末端定位精度優(yōu)于1/60最大允許的缺陷尺寸，最小掃...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：支凡，張穎，馬兆慶，羅明，肖軻迪，吳時(shí)紅，嚴(yán)凡，趙建華，范林青，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：航天材料及工藝研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：

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