專利名稱：一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔r區(qū)的超聲掃查器及掃查方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)，涉及一種檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器及掃查方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)是航空、航天、民航、電子、兵器、船舶、電力等領(lǐng)域設(shè)計采用的一種重要工程結(jié)構(gòu)，通常設(shè)計有內(nèi)腔或內(nèi)孔結(jié)構(gòu)特征。由于這類結(jié)構(gòu)通常多屬承力結(jié)構(gòu)，因此工程上要求必須進行100%無損檢測。而由于這類整體結(jié)構(gòu)內(nèi) 腔的封閉性和不可達性，通常難以對其實現(xiàn)無損檢測。目前技術(shù)上主要是采用超聲方法實現(xiàn)復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的無損檢測，通過超聲探頭中的聲學換能傳感器發(fā)射/接收聲波信號，根據(jù)接收到的回波信號變化規(guī)律，進行缺陷判別；目前主要有兩種超聲檢測方法一種是在復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)的開敞的外側(cè)對內(nèi)腔R區(qū)部位檢測；另一種是從復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔開口端對內(nèi)腔R區(qū)部位檢測。相應(yīng)的超聲探頭有兩種結(jié)構(gòu)形式一種是手持式超聲探頭，主要用于從復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)開敞的外側(cè)對R區(qū)的檢測，但這種超聲探頭的入射角固定和幾何前沿大，盲區(qū)大，耦合不穩(wěn)定，易漏檢且檢測效果不好；另一種是采用帶有連接桿的超聲探頭，利用懸浮式的連接桿將超聲探頭從開口端伸到復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔，通過旋轉(zhuǎn)機械連桿改變超聲探頭的角度，實現(xiàn)對整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)部位的掃查和檢測，難以保證超聲探頭在掃查過程中與R區(qū)獲得可靠地的入射角度和方向，從而影響檢測效果和檢測結(jié)果可靠性。因此，目前用于復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R檢測的超聲探頭，其突出的不足主要包括( I)目前用于復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲探頭，其突出的不足是(a)表面檢測盲區(qū)大，通常在O. 8-lmm以上；(b)來自超聲探頭的聲波信號質(zhì)量不高，信號規(guī)律不清晰，影響缺陷判別和定性分析；(c)分辨率低。本發(fā)明專利采用寬帶窄脈沖超聲探頭，使超聲探頭的超聲輸出信號達到嚴格單周特性，信號質(zhì)量和信噪比顯著提高，信號規(guī)律更清晰，缺陷判別與定性分析更準確，檢測盲區(qū)可以達到復(fù)合材料單個鋪層厚度。(2)對于復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)部位，目前主要采用超聲掃查檢測方法，一種方法是將超聲探頭通過剛性機械連桿伸到被檢測復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)部位，通過操作機械連桿，實現(xiàn)超聲探頭對被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔r區(qū)的掃查檢測，其突出的不足是(a)由于復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和表面曲率的變化，很難通過外部剛性連接桿實現(xiàn)對超聲探頭的控制，難以保證其與被檢測內(nèi)腔R區(qū)表面之間形成穩(wěn)定的聲學耦合，從而導(dǎo)致超聲探頭發(fā)射/接收信號的嚴重不穩(wěn)定，影響檢測結(jié)果的可靠性；(b)掃查過程中通過外部剛性連接桿，難以保證探頭的姿態(tài)和位置隨被檢測封閉內(nèi)腔R區(qū)進行穩(wěn)定的形面跟蹤，從而影響超聲檢測結(jié)果可靠性；另一種方法是從復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)開敞外側(cè)對內(nèi)腔R區(qū)部位檢測，其突出的不足是，由于內(nèi)腔R區(qū)幾何外形原因，超聲探頭不能有效地接收到來自內(nèi)腔R區(qū)回波信號，從而造成內(nèi)腔R區(qū)漏檢。(3)對于內(nèi)部空間較大和規(guī)則的短行程復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)，目前也有通過專用檢測裝置設(shè)計，將超聲探頭安裝在掃查機構(gòu)上，通過控制掃查結(jié)構(gòu)實現(xiàn)超聲探頭的角度的變化，盡量使掃查過程中超聲探頭的聲波入射方向與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的徑向一致，以獲取有效地超聲檢測信號，實現(xiàn)對整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲檢測，其突出的不足是需要專門的噴水系統(tǒng)才能實現(xiàn)穩(wěn)定的聲波耦合，技術(shù)成本昂貴，對于大多數(shù)整體結(jié)構(gòu)，因可達性、場地、環(huán)境條件等原因，難以實現(xiàn)對復(fù)合材料工程結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)進行自動掃查檢測，而且這種方法通常超聲探頭處于懸臂安裝狀態(tài)，掃查過程中超聲探頭的顫動會顯著影響檢測信號的穩(wěn)定和質(zhì)量，從而容易造成漏檢和誤判
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對復(fù)合材料等整體結(jié)構(gòu)端頭開口的封閉內(nèi)腔R區(qū)部位的無損檢測，發(fā)明了一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器及超聲掃查方法，以實現(xiàn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)部位高分辨率超聲檢測，提高復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)部位檢測可靠性，避免漏檢。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，超聲掃查器包括R區(qū)超聲探頭、超聲探頭安裝座、后導(dǎo)向板、前導(dǎo)向板、蓋板、連接螺釘、連接柱、連接器、軟管、連接螺栓和操作桿，R區(qū)超聲探頭上端為一圓柱體形狀，在該柱體外側(cè)有周向螺紋，且此螺紋與超聲探頭安裝座中心孔圓周內(nèi)螺紋匹配，R區(qū)超聲探頭下端為錐形耦合腔，錐形耦合腔內(nèi)部充滿液體，由錐形耦合腔外側(cè)的軟膜對耦合腔內(nèi)的液體密封；超聲探頭安裝座由一圓柱體加工而成，在該圓柱體中心軸線方向加工有一帶內(nèi)螺紋的軸向中心孔，該軸向中心孔的內(nèi)螺紋與R區(qū)超聲探頭上端外側(cè)周向螺紋匹配，軸向中心孔上端兩側(cè)棱邊倒角，在超聲探頭安裝座的前后兩側(cè)加工有對稱的弧形耳邊，每個弧形耳邊兩端加工有對稱的兩個螺紋孔，螺紋孔與連接螺栓匹配，在弧形耳邊的中心部位加工有螺紋孔； 后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板為對稱結(jié)構(gòu)，后導(dǎo)向板由一矩形非金屬板加工而成，后導(dǎo)向板的下端左右兩直角位置切成兩斜邊，兩個斜邊分別與被檢測R區(qū)兩個相切的邊一致，在后導(dǎo)向板上加工有一個與超聲探頭安裝座上的弧形耳邊位置相對應(yīng)的弧形導(dǎo)向槽，弧形導(dǎo)向槽的弧度與超聲探頭安裝座中弧形耳邊的弧度一致，且保持間隙配合，在弧形導(dǎo)向槽的兩側(cè)上方分別加工有兩通孔，前導(dǎo)向板的結(jié)構(gòu)與后導(dǎo)向板相同，后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板用連接柱固定；蓋板由一矩形薄板加工而成，在此矩形薄板靠近四角且對應(yīng)后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板上端面位置加工有四個盲孔，通過連接螺釘將蓋板與后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板連接在一起，在蓋板的中心位置加工有一兩端為圓形的導(dǎo)向槽，導(dǎo)向槽的寬度與R區(qū)超聲探頭外徑為間隙配合，導(dǎo)向槽的長度與R區(qū)超聲探頭在后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板中弧形導(dǎo)向槽中的調(diào)節(jié)范圍一致；連接器為一空心圓柱體，連接器的一端外側(cè)加工有一圓形連接座，在圓形連接座兩側(cè)加工有2個通孔，通孔的直徑與連接螺栓為間隙配合，在靠近圓形連接座一端的連接器外側(cè)加工有周向外螺紋，外螺紋與操作桿中的連接套內(nèi)螺紋匹配，連接器的另一端加工成凸臺形狀，通過凸臺與操作桿中的端部連接頭實現(xiàn)咬合連接；軟管的一端與連接柱相連，另一端與外部供水耦合回路連接；操作桿包括連接套、端部連接頭、連接桿、和操作手柄，連接套左右兩端加工為兩個不同直徑的內(nèi)圓，端部連接頭的一端置于連接套一的端內(nèi)圓中，端部連接頭由一圓管加工成兩個不同直徑外圓，端部連接頭與連接套連接的一端頭加工成凹形長槽，此凹形長槽與連接器中右端凸臺匹配形成交合連接，通過連接套與連接器中的外螺紋將連接器與連接頭鎖緊連接在一起；端部連接頭另一端的外圓與連接桿一端的內(nèi)圓為間隙配合，在連接套另一端的內(nèi)圓加工成螺紋，此螺紋與連接器的外螺紋匹配；連接桿的另一端與操作手柄緊配合。所述的后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板下端左右兩直角位置所切成的兩斜邊隨被檢測R區(qū)相切的角度而變化，后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板下端左 右兩直角位置所切成的兩斜邊的角度與被檢測R區(qū)相切的兩邊的角度一致。所述的操作桿的長度由若干長度為500-1000mm的連接桿構(gòu)成，延長桿連接栓由一圓管加工成三個不同外圓直徑，延長桿連接栓左端外圓直徑與前一個連接桿內(nèi)徑為緊配合，延長桿連接栓右端加工成凹形接頭，此凹形接頭與延長桿連接頭中左端凸形接頭匹配形成交合連接；延長桿連接頭右端與后一個連接桿的一端相接，該連接桿的另一端與操作手柄緊配合。所述的連接桿的內(nèi)徑與端部連接頭右端為緊配合，或通過在連接桿端頭周向螺紋孔將連接桿與端部連接頭鎖緊。將R區(qū)超聲探頭安裝在超聲探頭安裝座中，旋轉(zhuǎn)R區(qū)超聲探頭，使R區(qū)超聲探頭前端與被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中的R區(qū)表面接觸；將R區(qū)超聲探頭與外部超聲檢測儀器連接；將軟管與外部供水回路連接，通過移動操作桿，帶動R區(qū)超聲探頭沿內(nèi)腔長度方向作掃查運動，R區(qū)超聲探頭在后導(dǎo)向板和前導(dǎo)向板及超聲探頭安裝座的共同作用下，按照設(shè)定的入射角度對R區(qū)進行掃查，掃查過程中，在R區(qū)超聲探頭和超聲探頭安裝座以及后導(dǎo)向板與前導(dǎo)向板自身重力和操作桿作用下，通過后導(dǎo)向板與前導(dǎo)向板作用下，R區(qū)超聲探頭始終隨著封閉內(nèi)腔R區(qū)進行自適應(yīng)貼合，通過R區(qū)超聲探頭向被檢測結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)垂直發(fā)射/接收超聲波，然后根據(jù)與R區(qū)超聲探頭相連接的超聲儀器或者設(shè)備上的信號或者圖像顯示進行缺陷的判別。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果是，本發(fā)明提出了一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，掃查過程中超聲探頭在前后導(dǎo)向板作用下能夠始終與復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)相切的兩邊保持穩(wěn)定的接觸定位，實現(xiàn)掃查檢測過程中超聲探頭沿復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)徑向發(fā)射/接收超聲信號的穩(wěn)定性和可靠性，從而顯著提高了復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)超聲檢測信號的穩(wěn)定性和可靠性，避免了漏檢和誤判；利用發(fā)明中的水膜耦合回路，掃查過程中，在R區(qū)超聲探頭-零件表面之間形成穩(wěn)定的軟膜柔性接觸耦合，改善了掃查過程中聲波耦合效果和檢測信號穩(wěn)定性，從而顯著提高了復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)超聲檢測的可靠性，避免了漏檢和誤判；本發(fā)明提出的檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)的超聲探頭，可以對超聲探頭的角度進行調(diào)節(jié)和配備不同的導(dǎo)向板，實現(xiàn)復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)不同內(nèi)腔R區(qū)的超聲檢測，從而顯著提高了對不同復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)檢測的可檢性；本發(fā)明提出的檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲探頭，通過配備不同的長度操作桿，實現(xiàn)不同長度或深度的復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R的超聲檢測，從而顯著提高了對不同復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)檢測的可達性和可檢性。


圖I是本發(fā)明超聲掃查器的三視圖與掃查檢測方法示意圖。圖2是本發(fā)明超聲掃查器的剖視圖及掃查檢測方法示意圖。圖3是本發(fā)明超聲掃查器中的超聲探頭安裝座的三視圖。圖4是本發(fā)明超聲掃查器中的連接器三視圖。圖5是本發(fā)明超聲掃查器中的操作桿剖面圖。 圖6是本發(fā)明圖5中超聲掃查器中的操作桿中的①的放大剖面圖。圖7是本發(fā)明圖5中超聲掃查器中的操作桿中的②的放大剖面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明。I.檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器本發(fā)明的檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器包括R區(qū)超聲探頭I、超聲探頭安裝座2、后導(dǎo)向板3、前導(dǎo)向板4、蓋板5、連接螺釘6、連接柱7、連接器8、軟管9、連接螺栓10和操作桿11，如圖I所示，通過沿著移動操作桿11帶動R區(qū)超聲探頭I，實現(xiàn)對復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)12封閉內(nèi)腔R區(qū)12A進行超聲掃查檢測，如圖I所示，在掃查過程中，超聲探頭中的后導(dǎo)向邊3和前導(dǎo)向邊4始終與被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)12封閉內(nèi)腔R區(qū)相切的兩條邊貼合，使R區(qū)超聲探頭在掃查過程中，保持穩(wěn)定的接觸耦合，如圖2所示。R區(qū)超聲探頭I采用北京航空制造工程研究所的發(fā)明專利《一種用于檢測復(fù)合材料R區(qū)的超聲探頭》(專利申請?zhí)?01210054308. 5)，R區(qū)超聲探頭I上端為一圓柱體形狀，在該柱體外側(cè)有周向螺紋，且此螺紋與超聲探頭安裝座2中心孔圓周內(nèi)螺紋匹配，R區(qū)超聲探頭I下端為錐形耦合腔，錐形耦合腔內(nèi)部充滿液體，由錐形耦合腔外側(cè)的軟膜對耦合腔內(nèi)的液體密封，為檢測過程中R區(qū)超聲探頭I發(fā)射/接收超聲波提供耦合通道，R區(qū)超聲探頭I通過其上端外螺紋安裝在超聲探頭安裝座2中，通過旋轉(zhuǎn)R區(qū)超聲探頭1，實現(xiàn)R區(qū)超聲探頭I沿其自身軸線方向調(diào)節(jié)，保證R區(qū)超聲探頭I前端與被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)12中的R區(qū)表面接觸，實現(xiàn)超聲波的發(fā)射/接收，如圖I和圖2所示；超聲探頭安裝座2由一圓柱體加工而成，在該圓柱體中心軸線方向加工有一帶內(nèi)螺紋的軸向中心孔2A，該軸向中心孔的內(nèi)螺紋與R區(qū)超聲探頭I上端外側(cè)周向螺紋匹配，軸向中心孔2A上端兩側(cè)棱邊倒角，超聲探頭安裝座2的前后兩側(cè)加工有對稱的弧形耳邊2B，每個弧形耳邊2B兩端加工有對稱的兩個螺紋孔2C，如圖3所示，螺紋孔2C與連接螺栓10匹配，用于固定連接器8，在弧形耳邊2B的中心部位加工有螺紋孔2D，利用螺紋孔2D通過外接螺帽，用于鎖緊超聲探頭安裝座2在后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4中位置，固定R區(qū)超聲探頭I在R區(qū)周向的姿態(tài)位置，獲取最佳聲波入射和檢測效果，如圖2所示。后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4為一對對稱結(jié)構(gòu),后導(dǎo)向板3由一矩形非金屬板加工而成，后導(dǎo)向板3的下端左右兩直角位置切成兩斜邊3A和3B，兩個斜邊分別與被檢測R區(qū)兩個相切的邊夾角一致，如圖2所示，在后導(dǎo)向板3上加工有一個與超聲探頭安裝座2的弧形耳邊2B位置相對的弧形導(dǎo)向槽3C，弧形導(dǎo)向槽3C的弧度與超聲探頭安裝座2中弧形耳邊2B的弧度一致，且保持間隙配合，在弧形導(dǎo)向槽3C的兩側(cè)上方分別加工有兩通孔，前導(dǎo)向板4的結(jié)構(gòu)與后導(dǎo)向板3相同，后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4下端左右兩直角位置所切成的兩斜邊隨被檢測R區(qū)相切的角度而變化，后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4下端左右兩直角位置所切成的兩斜邊的角度與被檢測R區(qū)相切的兩邊的角度一致，后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4用連接柱7固定，在后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4上端面靠近左右兩側(cè)的位置分別加工有兩個螺紋孔，此螺紋孔位置及大小與蓋板5中靠近四個角的四個盲孔的位置一致，用于固定蓋板5 ；蓋板5由一矩形薄板加工而成，在此矩形薄板靠近四角且對應(yīng)后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4上端面位置加工有四個盲孔，通過連接螺釘6將蓋板5與后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4連接在一起，在蓋板5的中心位置加工有一兩端為圓形的導(dǎo)向槽5A，如圖I所示，導(dǎo)向槽5A的寬度與R區(qū)超聲探頭I外徑為間隙配合，導(dǎo)向槽5A的 長度與R區(qū)超聲探頭I在后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4中弧形導(dǎo)向槽3C中的調(diào)節(jié)范圍一致，如圖I和圖2所示，通過連接螺釘6將蓋板5與后導(dǎo)向板3和前導(dǎo)向板4安裝在一起；連接柱7由一對防銹圓管加工而成，圓管的兩端頭加工有螺紋，連接柱7兩端螺紋之間的非螺紋區(qū)的長度與超聲探頭安裝座2的前后寬度一致，如圖I和圖2所示，連接柱7的一端通過螺帽與后導(dǎo)向板3鎖緊，連接柱7的另一端通過帶有壓簧軟管連接頭相連，通過壓簧軟管連接頭的內(nèi)螺紋鎖緊前導(dǎo)向板4 ；連接器8為一空心圓柱體，如圖4所示，連接器8 一端外側(cè)加工有一圓形連接座8A，在圓形連接座8A兩側(cè)加工有2個通孔8C，通孔8C的直徑與連接螺栓10為間隙配合，在靠近圓形連接座8A—端的連接器8外側(cè)加工有周向外螺紋8B，外螺紋8B與操作桿11中的連接套IlA內(nèi)螺紋匹配，連接器8的另一端加工成凸臺8D形狀，通過凸臺8D與操作桿11中的端部連接頭IlB實現(xiàn)咬合連接，如圖5所示。 軟管9的一端與連接柱7相連，另一端與外部供水耦合回路連接，提供掃查檢測過程中的超聲耦合用水；連接螺栓10選用防銹材料加工而成，通過連接螺栓10將連接器8和前導(dǎo)向板4連接在一起；操作桿11包括連接套11A、端部連接頭11B、連接桿11C、延長桿連接栓11D、延長桿連接頭IIE和操作手柄IlF組成，如圖5和圖6所示，連接套IIA左右兩端加工為兩個不同直徑的內(nèi)圓，端部連接頭IlB的一端置于連接套IlA的一端內(nèi)圓中，端部連接頭IlB由一圓管加工成兩個不同直徑外圓，端部連接頭IlB與連接套IlA連接的一端頭加工成凹形長槽，此凹形長槽與連接器8中右端凸臺8D匹配形成交合連接,通過連接套IlA與連接器8中的外螺紋8B將連接器8與連接頭IlB鎖緊連接在一起；端部連接頭IlB另一端的外圓與連接桿IlC一端的內(nèi)圓為間隙配合，在連接套IlA另一端的內(nèi)圓加工成螺紋，此螺紋與連接器8的外螺紋SB匹配；連接桿IlC的另一端與操作手柄IlF緊配合；操作桿11的長度由若干長度為500-1000mm的連接桿IlC構(gòu)成，延長桿連接栓IlD由一圓管加工成三個不同外圓直徑，延長桿連接栓IlD左端外圓直徑與前一個連接桿IlC內(nèi)徑為緊配合，延長桿連接栓IlD右端加工成凹形接頭，此凹形接頭與延長桿連接頭IlE中左端凸形接頭匹配形成交合連接；延長桿連接頭IlE右端與后一個連接桿IlC的一端相接，該連接桿IlC的另一端與操作手柄IlF緊配合；連接桿IlC的內(nèi)徑與端部連接頭IlB右端為緊配合，或通過在連接桿IlC端頭周向螺紋孔將連接桿Iic與端部連接頭IlB鎖緊；延長桿連接頭IlE由一圓管加工成左右兩個不同外圓直徑，延長桿連接頭IlE左端外圓直徑與連接套IlA右端內(nèi)圓直徑為間隙配合，延長桿連接頭IlE右端外圓直徑與連接桿IlC為緊配合，延長桿連接頭IlE左端加工成凸形接頭，此凸形接頭與延長桿連接栓IlD右端凹形接頭匹配形成交合連接，如圖7所示；操作手柄IlF由一輕質(zhì)材料圓棒加工而成，操作手柄IlF左端與連接桿IlC緊配合，操作手柄IlF外周滾花,操作手柄IlF內(nèi)部加工成內(nèi)圓減重,如圖5所示。本發(fā)明的一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，通過選配與被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)相切的兩邊形狀一致的后導(dǎo)向邊3與前導(dǎo)向邊 4，實現(xiàn)不同R區(qū)的超聲掃描檢測；本發(fā)明的一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，通過選配不同長度的操作桿11，實現(xiàn)不同長度的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查檢測。2.封閉內(nèi)腔R區(qū)超聲掃查檢測實現(xiàn)方法本發(fā)明的檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器進行超聲掃查檢測的方法是，將R區(qū)超聲探頭I安裝在超聲探頭安裝座2中，旋轉(zhuǎn)R區(qū)超聲探頭I，使R區(qū)超聲探頭I前端與被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)12中的R區(qū)表面接觸，實現(xiàn)超聲波的發(fā)射/接收，如圖I和圖2所示；將R區(qū)超聲探頭I與外部超聲檢測儀器連接，超聲儀器可選用北京航空制造工程研究所生產(chǎn)的FCC和MUT系列的儀器；將軟管9與外部供水回路連接，為掃查過程中在R區(qū)形成水膜提供耦合用水；通過移動操作桿11，帶動R區(qū)超聲探頭I沿內(nèi)腔長度方向作掃查運動，R區(qū)超聲探頭I在后導(dǎo)向邊3和前導(dǎo)向邊及超聲探頭安裝座2的共同作用下，按照設(shè)定的入射角度對R區(qū)進行掃查，掃查過程中，在R區(qū)超聲探頭I和超聲探頭安裝座2以及后導(dǎo)向邊3與前導(dǎo)向邊4自身重力和操作桿4作用下，通過后導(dǎo)向邊3與前導(dǎo)向邊4作用下，會始終隨著復(fù)合材料結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)進行自適應(yīng)貼合，通過R區(qū)超聲探頭I向被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)垂直發(fā)射/接收超聲波，然后根據(jù)與R區(qū)超聲探頭相連接的超聲儀器或者設(shè)備上的信號或者圖像顯示進行缺陷的判別，從而實現(xiàn)對復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查與檢測。實施例采用本發(fā)明中的檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)超聲探頭，選用北京航空制造工程研究所生產(chǎn)的FCC和MUT系列超聲儀器中的FCC-B-UFCC-D-I和MUT-I三種型號的超聲儀器分別與本專利發(fā)明中的超聲掃查器匹配使用，采用本發(fā)明中的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)超聲掃查檢測方法，分別對長度在1000-2800mm之間的飛機復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)系列封閉內(nèi)腔R區(qū)進行了系列實際超聲掃查檢測，掃查過程中，超聲探頭始終與被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)表面保持良好的接觸耦合，檢測信號顯示非常穩(wěn)定，檢測信號規(guī)律和缺陷判別特征非常清晰，工作穩(wěn)定可靠，檢測效果好，明顯提高了復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)的可檢性和可達性以及檢測結(jié)果的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，其特征是，超聲探頭包括R區(qū)超聲探頭(I)、超聲探頭安裝座(2)、后導(dǎo)向板(3)、前導(dǎo)向板(4)、蓋板(5)、連接螺釘(6)、連接柱(7)、連接器(8)、軟管(9)、連接螺栓(10)和操作桿(11)， R區(qū)超聲探頭(I)上端為一圓柱體形狀，在該柱體外側(cè)有周向螺紋，且此螺紋與超聲探頭安裝座(2)中心孔圓周內(nèi)螺紋匹配，R區(qū)超聲探頭(I)下端為錐形耦合腔，錐形耦合腔內(nèi)部充滿液體，由錐形耦合腔外側(cè)的軟膜對耦合腔內(nèi)的液體密封； 超聲探頭安裝座(2)由一圓柱體加工而成，在該圓柱體中心軸線方向加工有一帶內(nèi)螺紋的軸向中心孔(2A)，該軸向中心孔的內(nèi)螺紋與R區(qū)超聲探頭(I)上端外側(cè)周向螺紋匹配，軸向中心孔(2A)上端兩側(cè)棱邊倒角，在超聲探頭安裝座(2)的前后兩側(cè)加工有對稱的弧形耳邊(2B)，每個弧形耳邊(2B)兩端加工有對稱的兩個螺紋孔(2C)，螺紋孔(2C)與連接螺栓(10)匹配，在弧形耳邊(2B)的中心部位加工有螺紋孔(2D)； 后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)為對稱結(jié)構(gòu),后導(dǎo)向板(3)由一矩形非金屬板加工而成，后導(dǎo)向板(3)的下端左右兩直角位置切成兩斜邊(3A)和(3B)，兩個斜邊分別與被檢測R區(qū)兩個相切的邊一致，在后導(dǎo)向板(3)上加工有一個與超聲探頭安裝座(2)上的弧形耳邊(2B)位置相對應(yīng)的弧形導(dǎo)向槽(3C)，弧形導(dǎo)向槽(3C)的弧度與超聲探頭安裝座(2)中弧形耳邊(2B)的弧度一致，且保持間隙配合，在弧形導(dǎo)向槽(3C)的兩側(cè)上方分別加工有兩通 L，前導(dǎo)向板(4)的結(jié)構(gòu)與后導(dǎo)向板(3)相同，后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)用連接柱(7)固定; 蓋板(5)由一矩形薄板加工而成，在此矩形薄板靠近四角且對應(yīng)后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)上端面位置加工有四個盲孔，通過連接螺釘(6)將蓋板(5)與后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)連接在一起，在蓋板(5)的中心位置加工有一兩端為圓形的導(dǎo)向槽(5A)，導(dǎo)向槽(5A)的寬度與R區(qū)超聲探頭(I)外徑為間隙配合，導(dǎo)向槽(5A)的長度與R區(qū)超聲探頭(I)在后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)中弧形導(dǎo)向槽(3C)中的調(diào)節(jié)范圍一致； 連接器(8)為一空心圓柱體，連接器(8)的一端外側(cè)加工有一圓形連接座(8A)，在圓形連接座(8A)兩側(cè)加工有2個通孔(SC)，通孔(SC)的直徑與連接螺栓(10)為間隙配合，在靠近圓形連接座(8A) —端的連接器(8)外側(cè)加工有周向外螺紋(8B)，外螺紋(8B)與操作桿(11)中的連接套(IlA)內(nèi)螺紋匹配，連接器(8)的另一端加工成凸臺(8D)形狀，通過凸臺(8D)與操作桿(11)中的端部連接頭(IlB)實現(xiàn)咬合連接； 軟管(9)的一端與連接柱(7)相連，另一端與外部供水耦合回路連接； 操作桿(11)包括連接套(11A)、端部連接頭(11B)、連接桿(IlC)和操作手柄(11F)，連接套(IlA)左右兩端加工為兩個不同直徑的內(nèi)圓，端部連接頭(IlB)的一端置于連接套(IIA)的一端內(nèi)圓中，端部連接頭(IlB)由一圓管加工成兩個不同直徑外圓，端部連接頭(IIB)與連接套(IlA)連接的一端頭加工成凹形長槽，此凹形長槽與連接器(8)中右端凸臺(8D )匹配形成交合連接，通過連接套(IlA)與連接器(8 )中的外螺紋(8B )將連接器(8 )與連接頭(IlB)鎖緊連接在一起；端部連接頭(IlB)另一端的外圓與連接桿(IlC)一端的內(nèi)圓為間隙配合，在連接套(IlA)另一端的內(nèi)圓加工成螺紋，此螺紋與連接器(8)的外螺紋(SB)匹配；連接桿(IlC)的另一端與操作手柄(IlF)緊配合。
2.根據(jù)權(quán)利I所描述的一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，其特征是，所述的后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)下端左右兩直角位置所切成的兩斜邊隨被檢測R區(qū)相切的角度而變化，后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)下端左右兩直角位置所切成的兩斜邊的角度與被檢測R區(qū)相切的兩邊的角度一致。
3.根據(jù)權(quán)利I所描述的一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，其特征是，所述的操作桿(11)的長度由若干長度為500-1000臟的連接桿(110構(gòu)成，延長桿連接栓(11D)由一圓管加工成三個不同外圓直徑，延長桿連接栓(11D)左端外圓直徑與前一個連接桿(11C)內(nèi)徑為緊配合，延長桿連接栓(11D)右端加工成凹形接頭，此凹形接頭與延長桿連接頭(IlE)中左端凸形接頭匹配形成交合連接；延長桿連接頭(IlE)右端與后一個連接桿(11C)的一端相接，該連接桿(11C)的另一端與操作手柄(11F)緊配合。
4.根據(jù)權(quán)利I所描述的一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器，其特征是，所述的連接桿(11C)的內(nèi)徑與端部連接頭(IlB)右端為緊配合，或通過在連接桿(11C)端頭周向螺紋孔將連接桿(IlC)與端部連接頭(IlB)鎖緊。
5.一種利用權(quán)利要求I所述檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器進行超聲掃查檢測的方法，其特征是，將R區(qū)超聲探頭(I)安裝在超聲探頭安裝座(2)中，旋轉(zhuǎn)R區(qū)超聲探頭(I)，使R區(qū)超聲探頭(I)前端與被檢測復(fù)合材料整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)(12)中的R區(qū)表面接觸；將R區(qū)超聲探頭(I)與外部超聲檢測儀器連接；將軟管(9)與外部供水回路連接，通過移動操作桿(11)，帶動R區(qū)超聲探頭(I)沿內(nèi)腔長度方向作掃查運動，R區(qū)超聲探頭(I)在后導(dǎo)向板(3)和前導(dǎo)向板(4)及超聲探頭安裝座(2)的共同作用下，按照設(shè)定的入射角度對R區(qū)進行掃查，掃查過程中，在R區(qū)超聲探頭(I)和超聲探頭安裝座(2)以及后導(dǎo)向板(3)與前導(dǎo)向板(4)自身重力和操作桿(11)作用下，通過后導(dǎo)向板(3)與前導(dǎo)向板(4)作用下，R區(qū)超聲探頭(I)始終隨著封閉內(nèi)腔R區(qū)進行自適應(yīng)貼合，通過R區(qū)超聲探頭(I)向被檢測整體結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)垂直發(fā)射/接收超聲波，然后根據(jù)與R區(qū)超聲探頭相連接的超聲儀器或者設(shè)備上的信號或者圖像顯示進行缺陷的判別。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料無損檢測技術(shù)，涉及一種檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)的超聲掃查器及掃查方法。超聲掃查器包括R區(qū)超聲探頭、超聲探頭安裝座、后導(dǎo)向板、前導(dǎo)向板、蓋板、連接螺釘、連接柱、連接器、軟管、連接螺栓和操作桿；超聲掃查方法是將R區(qū)超聲探頭安裝在超聲探頭安裝座中，使R區(qū)超聲探頭前端與被檢測R區(qū)表面接觸；將軟管與外部供水回路連接；將R區(qū)超聲探頭與外部超聲檢測儀器連接，通過操作桿帶動R區(qū)超聲探頭沿復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔長度方向作掃查運動，實現(xiàn)對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)腔R區(qū)檢測。本發(fā)明極大地改善了復(fù)合材料結(jié)構(gòu)封閉內(nèi)腔R區(qū)超聲接觸掃查的穩(wěn)定性和檢測可達性、顯著提高了檢測結(jié)果的可靠性。
文檔編號G01N29/24GK102768240SQ20121023505
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者傅天航, 劉松平, 劉菲菲, 史俊偉, 孟秋杰, 曹正華, 李樂剛, 白金鵬 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所