檢測(cè)飛機(jī)油箱攪拌摩擦焊縫缺陷的超聲特征成像檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種成像檢測(cè)裝置，尤其涉及一種用于檢測(cè)飛機(jī)油箱攪拌摩擦焊縫超 聲波特征成像檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛機(jī)油箱是飛機(jī)的源力系統(tǒng)，油箱的質(zhì)量直接關(guān)系著飛機(jī)的生命安全。所以，油箱 的檢測(cè)尤為重要。飛機(jī)油箱采用一種新型的固相焊接技術(shù)，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、焊接變形 小、無(wú)污染等特點(diǎn)，特別是在薄板焊接中具有很好的優(yōu)勢(shì)。是通過(guò)控制攪拌頭的移動(dòng)方向和 移動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)材料間的連接。飛機(jī)油箱采用鋁或鋁合金材料焊接而成，焊接方法采用攪拌 摩擦焊接技術(shù)，但攪拌摩擦焊接技術(shù)容易受工藝參數(shù)的影響，由于工藝參數(shù)的偏離或意外 因素的影響，在焊接過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，且缺陷具有如下特點(diǎn)： (1) 缺陷多位于焊縫區(qū)與母材連接界面區(qū)； (2) 缺陷取向復(fù)雜，缺陷取向隨著焊縫區(qū)與母材連接界面在攪拌過(guò)程中形成的流線生 成和發(fā)展； (3) 缺陷緊貼、細(xì)微，具有明顯的面積取向；攪拌摩擦焊縫薄而窄，需要較高頻率、較小 晶片面積的探頭進(jìn)行檢測(cè)。
[0003] 目前，該構(gòu)件檢測(cè)難點(diǎn)為缺陷取向復(fù)雜，一般采用改變超聲探頭入射角的方法進(jìn) 行多次手動(dòng)超聲檢測(cè)，此法無(wú)法對(duì)缺陷進(jìn)行定位、定量分析。不僅耗時(shí)久，而且容易發(fā)生漏 檢現(xiàn)象。一個(gè)飛機(jī)油箱構(gòu)件，普通的探傷工人需要耗時(shí)一天才能檢測(cè)完成，且不能避免漏檢 現(xiàn)象的發(fā)生。隨著飛機(jī)油箱的批量生產(chǎn)，手工檢測(cè)的方式不管是在效率上，還是檢測(cè)的可靠 性方面都難以滿足檢測(cè)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為提高檢測(cè)效率，克服檢測(cè)難點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)速度快、可靠性強(qiáng)、可以 有效的檢測(cè)出焊縫區(qū)與母材連接界面區(qū)中取向復(fù)雜的裂紋、緊貼型未焊合缺陷的超聲波特 征成像檢測(cè)裝置。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：一種用于檢測(cè)飛機(jī)油箱攪拌摩擦 焊縫缺陷的超聲特征成像檢測(cè)裝置，包括水槽、汽油油箱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)掃查系統(tǒng)和超聲成 像系統(tǒng)，所述汽油油箱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由連接水槽的水循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)、對(duì)稱安裝在水槽兩側(cè)壁上 的定位銷I和定位銷II構(gòu)成，定位銷I通過(guò)一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述檢測(cè)掃查系統(tǒng)包括安 裝在水槽上的X軸，安裝在X軸上的Y軸，安裝在Y軸上的Z軸，Z軸末端安裝檢測(cè)探頭支 架，檢測(cè)探頭支架上安裝3個(gè)不同入射角度的檢測(cè)探頭，X軸、Y軸、Z軸分別通過(guò)對(duì)應(yīng)的伺 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述超聲成像系統(tǒng)包括連接3個(gè)檢測(cè)探頭的3臺(tái)超聲分析儀，3臺(tái)超聲分析儀 連接計(jì)算機(jī)，各伺服電機(jī)也連接計(jì)算機(jī)。
[0006] 各個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，即可完成飛機(jī)油箱攪拌摩擦焊焊縫特征成像檢測(cè)操作?，F(xiàn)將 其功能、結(jié)構(gòu)組成和工作情況分述如下： 1、飛機(jī)油箱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要起控制飛機(jī)油箱轉(zhuǎn)動(dòng)作用，在水槽內(nèi)完成。利用水的浮力作 用，當(dāng)水的浮力和油箱的重力平衡時(shí)，飛機(jī)油箱處于半浸沒狀態(tài)，飛機(jī)油箱兩端利用定位銷 I和定位銷II固定，定位銷I和定位銷II可以伸縮控制，操作人員可以根據(jù)檢測(cè)要求對(duì)飛 機(jī)油箱進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，使飛機(jī)油箱位置與定位銷I和定位銷II同心，利用伺服電機(jī)控制鏈 輪帶動(dòng)定位銷I而使飛機(jī)油箱勻速旋轉(zhuǎn)。水槽采用了水循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)，保證水的質(zhì)量不影 響超聲檢測(cè)。該水槽采用防腐蝕、抗變形材料制造，保證飛機(jī)油箱在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。
[0007] 2、檢測(cè)掃查系統(tǒng)主要用于固定檢測(cè)探頭和調(diào)整檢測(cè)探頭位置。通過(guò)計(jì)算機(jī)控制 檢測(cè)探頭各個(gè)軸之間的聯(lián)動(dòng)，完成超聲檢測(cè)探頭掃查動(dòng)作。
[0008] X軸：由通過(guò)螺絲旋鈕安裝在水槽上的兩根平行導(dǎo)軌構(gòu)成，。在X軸的兩端裝有行 程限位開關(guān)，它可避免一旦機(jī)械誤動(dòng)作而對(duì)設(shè)備造成損壞。
[0009] Y軸由高精度線性模組組成。Y軸與X軸連接，這種機(jī)械結(jié)構(gòu)可確保設(shè)備能夠長(zhǎng)久、 可靠的工作，Y軸的平直度通過(guò)螺絲旋鈕調(diào)節(jié)，Y軸也配備一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。Y軸的驅(qū)動(dòng) 電機(jī)安裝在Z軸平臺(tái)上，通過(guò)伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，可帶動(dòng)Z軸沿Y軸方向運(yùn)動(dòng)，Y軸的驅(qū)動(dòng)電 機(jī)具有過(guò)載保護(hù)功能，Y軸的兩端裝有行程限位開關(guān)，可避免一旦機(jī)械誤動(dòng)作而對(duì)設(shè)備造成 損壞。
[0010] Z軸也是由高精度線性模組和可在高精度線性模組上下移動(dòng)的Z-軸支架、伺服電 機(jī)構(gòu)成，伺服電機(jī)安裝在高精度線性模組上作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，Z軸的高精度線性模組內(nèi)帶有 一個(gè)壓簧。在Z-軸支架下方安裝有低壓鹵素?zé)?通過(guò)調(diào)節(jié)X、Y、Z軸的位置，控制檢測(cè)探頭的位置。位于飛機(jī)油箱上方一定距離處，檢 測(cè)探頭角度通過(guò)伺服電機(jī)控制，保證檢測(cè)探頭以最優(yōu)角度斜對(duì)焊縫。檢測(cè)探頭附帶噴水裝 置，保證噴水裝置噴出的水柱沿探頭方向運(yùn)動(dòng)剛好落在焊縫表面，保證聚焦效果。該裝置采 用三個(gè)異面水浸聚焦探頭a、b、c同時(shí)對(duì)焊縫進(jìn)行掃查。為避免超聲波間的相互干擾，每個(gè) 水浸聚焦探頭相距不小于5cm。b聚焦探頭采用垂直于焊縫表面的方式垂直入射，a聚焦探 頭和c聚焦探頭采用斜入射方式，針對(duì)焊縫缺陷的不同取向，a和c聚焦探頭分別與b聚焦 探頭成正14度角和負(fù)14度角，實(shí)現(xiàn)聚焦超聲波在焊縫內(nèi)部實(shí)現(xiàn)純橫波檢測(cè)，極大提高檢測(cè) 靈敏度和解決了焊縫缺陷不同取向的問題，大大的提高了攪拌摩擦焊焊縫內(nèi)部缺陷的檢出 率，避免漏檢。
[0011] 3、超聲成像系統(tǒng)主要起提取超聲檢測(cè)信號(hào)的作用，將獲得的超聲信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù) 處理并且進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。工作時(shí)，以用PLC發(fā)出的控制脈沖作為外觸發(fā)信號(hào)，三個(gè)超聲分析 儀的MARKED RF輸出的信號(hào)分別接入PCI9850型采集卡。計(jì)算機(jī)采集了全波列的檢測(cè)信號(hào) 后，軟件可以從數(shù)據(jù)中分析出信號(hào)特征，特征主要包括如下幾個(gè)方面：（1)反射波的幅值； (2)反射波的相位；（3)反射體的幾何形狀；（4)反射體的空間當(dāng)量分布；（5)底界面波的 幅值；(6)底界面波的相位；（7)上界面波的幅值；(8)上界面波的相位。其中特征（1)44) 對(duì)缺陷的判定是必須的，可稱它們?yōu)橹饕卣鳎卣鳎?)_(8)是為了判定檢測(cè)試樣的上下 界面以及反射體距它們的位置，也可以判定某些缺陷，把它們稱為輔助特征。
[0012] 針對(duì)這些特征，系統(tǒng)軟件分別繪出基于三個(gè)水浸聚焦探頭全波列采集的特征量的 圖像，包括： 1)相位（深度）特征圖像：從數(shù)據(jù)中抽取出缺陷各點(diǎn)距表面的深度，并用不同的顏色 表示不同的距離，形成缺陷的相位特征彩圖。
[0013] 2)當(dāng)量分布特征圖像：選取材料中各點(diǎn)反射波當(dāng)量為特征，給它們賦予不同的顏 色，可做出當(dāng)量分布的彩色特征圖像。
[0014] 超聲波層析（CT)顯示：將幅值特征量按材料的深度一層層的顯示出來(lái)，就構(gòu)成材 料的層析顯示，可以看到材料任一截面的檢測(cè)情況，這在C掃描中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
[0015] 該系統(tǒng)采用三個(gè)超聲聚焦探頭同時(shí)對(duì)一條攪拌摩擦焊焊縫實(shí)時(shí)檢測(cè)成像，檢測(cè)結(jié) 束后，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)NDT格式的文件，該文件中包含對(duì)應(yīng)三個(gè)超聲聚焦探頭的檢 測(cè)圖像，通過(guò)設(shè)定閘門，可以通過(guò)觀察圖像中顏色的變化，對(duì)油箱中的缺陷進(jìn)行評(píng)定。由于 系統(tǒng)采用變?nèi)肷浣堑某暀z測(cè)方式，對(duì)攪拌摩擦焊焊縫中取向復(fù)雜缺陷的檢出率大大提高 且可以對(duì)缺陷進(jìn)行定性和定量分析。
[0016] 對(duì)應(yīng)地，本發(fā)明還涉及一種通過(guò)改變水浸聚焦探頭入射角度進(jìn)行超聲特征成像對(duì) 飛機(jī)油箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷進(jìn)行定性、定量評(píng)價(jià)的方法，其特征在于方法步驟如下： (1) 采用三個(gè)不同入射角度的水浸聚焦探頭對(duì)帶有各種取向缺陷的樣品進(jìn)行檢測(cè)； (2) 采集各個(gè)水浸聚焦探頭在檢測(cè)樣品內(nèi)缺陷的檢測(cè)信號(hào)，保存在計(jì)算機(jī)內(nèi)； (3) 通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)各種特征量的提取和重構(gòu)，設(shè)置閘門檢測(cè)深度和閘門來(lái)顯示檢測(cè)圖 像。
[0017] (4)讀取檢測(cè)圖像中缺陷的尺寸、深度、和回波特征，對(duì)缺陷進(jìn)行定性、定量評(píng)價(jià)； 所述步驟（1)，入射角度的選擇應(yīng)盡可能與缺陷取向垂直，針對(duì)入射角度對(duì)聲壓的影 響，采用角度-能量補(bǔ)償方法對(duì)入射角度調(diào)整。
[0018] 采集超聲特征信號(hào)為多通道信號(hào)采集，所選采集卡為PCI9850。
[0019] 本發(fā)明的檢測(cè)方法，在攪拌摩擦焊焊縫內(nèi)產(chǎn)生橫波和縱波，再結(jié)合超聲特征掃描 成像原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)油箱攪拌摩擦焊焊縫焊接質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè)。當(dāng)超聲波束遇到取 向復(fù)雜缺陷時(shí)，不同入射角度的水浸聚焦探頭通過(guò)接收反射回波信號(hào)進(jìn)行特征成像，再根 據(jù)超聲特征圖像進(jìn)行定性、定量評(píng)價(jià)。本發(fā)明與傳統(tǒng)C掃描相比，其技術(shù)效果為：減少了缺 陷取向不同對(duì)超聲反射回波的影響，還能夠?qū)z測(cè)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、數(shù)字濾波、通過(guò)各種 特征的提取和重構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)缺陷的自動(dòng)識(shí)別，從而提高了定量、定性能力。采用本發(fā)明方法可 以準(zhǔn)確、快速的對(duì)攪拌摩擦焊焊縫內(nèi)種各種缺陷做出評(píng)價(jià)，操作方法簡(jiǎn)單、方便。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是飛機(jī)油箱檢測(cè)探頭布置圖(前視圖)。
[0022] 圖3是飛機(jī)油箱檢測(cè)布置圖(軸向圖)。
[0023] 圖4飛機(jī)油箱檢測(cè)探頭布置圖(俯視圖)。
[0024] 圖5 Y軸平臺(tái)與Z軸平臺(tái)布置圖。
[0025] 圖6 X軸左側(cè)導(dǎo)軌示意圖。
[0026] 圖7 X軸右側(cè)導(dǎo)軌示意圖。
[0027] 圖中IX軸2. Y軸3. Z軸4.定位銷I5.定位銷II6.檢測(cè)工件（飛機(jī)油 箱）7.水循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)8.檢測(cè)探頭支架及檢測(cè)探頭9.水槽 10.螺絲旋鈕11.行程限位開關(guān)12.低壓鹵素?zé)?3.壓簧M.伺服電機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 如圖1所示，該超聲特征成像檢測(cè)裝置，包括水槽（9)、汽油油箱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)掃 查系統(tǒng)和超聲成像系統(tǒng)，所述汽油油箱運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由聯(lián)接水槽（9)的水循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)（7)、對(duì) 稱安裝在水槽（9)兩側(cè)壁上的定位銷I (4)和定位銷II (5)構(gòu)成，定位銷I (4)通過(guò)一臺(tái)伺 服電機(jī)驅(qū)動(dòng)；所述檢測(cè)掃查系統(tǒng)包括安裝在水槽（9)上的X軸（1)，安裝在X軸（1)上的Y 軸（2)，安裝在Y軸（2)上的Z軸（3)，Z軸末端安裝檢測(cè)探頭支架（8)，