[發明專利]用于桁條的無損檢驗設備

有效

• 申請號: 201410381579.0
• 申請日: 2014-08-05
• 公開（公告）號: CN104422731B
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 丹尼斯·P·薩爾;希恩·T·布伊
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/26
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本發明提供了用于桁條的無損檢驗設備。一種多傳感器NDI探頭，具有隨著傳感器組沿著具有圓形頂蓋的中空延伸加筋件的長度移動用于自對準NDI傳感器的裝置。該設備包括提供對圓形頂蓋的完全覆蓋的具有圓柱形焦點的大半徑彎曲的超聲換能器陣列，用于下外輻條的NDI的兩個小半徑凸曲線的換能器陣列，以及用于加筋件的側面的NDI的兩個線性換能器陣列。由有助于適當調整換能器陣列在掃描過程中的位置(即，定位與定向)的相應的柔性件支撐這五個換能器陣列。調整換能器陣列的位置以補償加筋件的幾何變化。

技術領域

本公開內容總體上涉及無損檢驗設備和方法，以及更具體地，涉及用于檢驗由復合材料制成的結構體的方法和設備。

背景技術

結構體的無損檢驗涉及在不傷害或者不必拆卸結構體的情況下就能夠徹底地檢查該結構。無損檢驗普遍用在飛行器制造工業中以針對飛行器結構體檢驗在結構體內部或者外部的任何類型的損傷或者缺陷。無損檢驗同樣可以在初期制作飛行器的結構部件過程中使用。使用無損檢驗以確保部件被正確地制造而且沒有雜質嵌入部件內。可以在結構體的制造期間和/或在結構體已經投入使用期間進行檢驗。

可以對飛行器的復合加筋部件執行無損檢驗(NDI)。該加筋部件的加筋件可以由諸如碳纖維增強塑料(CFRP)的復合材料制成。附接至復合機身的復合桁條是上述加筋件的一個示例。

加筋部件的質量可通過超聲波檢測來無損地確定。可以由包括一個或多個靴(其保持相應的超聲換能器陣列)的探頭來超聲波檢驗加筋部件。在NDI期間，靴被壓在加筋部件的各個外表面，換能器與加筋部件(例如，使用水)聲耦合，并且探頭沿著加筋部件的長度逐漸移動。隨著探頭移動，換能器陣列以脈沖/回聲模式工作以便產生傳播至加筋部件的脈沖超聲波。反射的超聲波返回到換能器陣列并由其探測，以便提供指示該加筋部件中存在裂縫、砂眼、剝離的數據。該換能器陣列獲取的數據通常由計算機系統處理，并且經處理的數據可以經由計算機顯示器向用戶呈現。數據采集設備和數據處理軟件可以被用來收集和顯示檢驗數據，諸如在計算機顯示器上將該數據顯示為被檢驗的諸如帽形桁條的結構體的圖像表示，并以該檢驗的相應的顏色和/或圖形數據加以補充，以便允許由合格的檢驗員檢查。

一種典型的NDI探頭具有諸如放置在被檢驗的表面附近的超聲換能器的傳感元件。在許多情況下，被檢驗的部件具有不同形狀和定向的多個表面，所以需要利用多個換能器陣列。這使得對該結構體的檢驗能夠更快和更有效地進行，藉此降底與該檢驗有關的成本。通常，不同的結構體是使用被專門設計以提供用于整個結構體的換能器排列(相對于該結構體的表面的定位與定向)及掃描覆蓋的換能器陣列檢驗。

航空和航天工業已經從技術工人的人工制造轉移到使用自動化機器。尤其是在復合結構的無損檢驗領域。自動檢驗系統已經發展，其作為人工和半自動檢驗技術的替代物。這種系統通常采用操縱器(例如架空構架、多軸掃描儀、或者機器人)沿著被檢驗的部件掃描NDI末端執行器。對于諸如脈沖回波超聲波檢驗的單側檢驗方法，可以使用具有6個自由度的單臂機器人設備定位和移動NDI末端執行器(其附接到該臂的末端，諸如脈沖回波超聲波檢驗設備)。被檢驗的部件可以被安裝到可繞軸旋轉的支撐體。因此，總共有八個自由度以供全面檢驗該部件。該八個自由度是由機器人控制器根據從被檢驗的部件的數字模型生成的軌跡來控制。

已經采用各種系統用于檢驗具有兩種轉角輻條的梯形輪廓的翼盒加筋件(也稱為“帽形桁條”)和機身。一些系統具有三個換能器，其分別用來檢驗轉角以及連接轉角的中心頂蓋部分。各個換能器具有其自身的超聲波設置技術以及它必須滿足的其自身的NDI指標。來自三個換能器陣列的數據必須被結合在一起(stitched together)以提供連續的C掃描數據顯示。這種用于檢驗桁條頂蓋的三換能器系統可能具有較大、昂貴以及復雜的配置，并且對于檢驗圓形頂蓋桁條不是最理想的。