本發(fā)明涉及零件缺陷檢測(cè)，特別是涉及一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)零部件的精度和可靠性要求越來(lái)越高，尤其是對(duì)于曲面結(jié)構(gòu)零件，它們?cè)诤娇?、航天、汽?chē)、精密機(jī)械等領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。曲面結(jié)構(gòu)零件由于其復(fù)雜的幾何形狀，傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在檢測(cè)其缺陷時(shí)面臨諸多挑戰(zhàn)。而機(jī)翼作為典型的曲面結(jié)構(gòu)零件，同樣也是飛行器的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)完整性直接影響飛行器的安全性和性能。缺陷可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)翼結(jié)構(gòu)的弱化、疲勞裂紋的形成以及氣密性和穩(wěn)定性的降低，進(jìn)而對(duì)飛行器的飛行安全和飛行性能產(chǎn)生潛在的威脅。因此，對(duì)機(jī)翼缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的檢測(cè)具有極大的必要性，可以幫助發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的缺陷，確保機(jī)翼的結(jié)構(gòu)完整性和安全運(yùn)行，從而保障飛行器及其乘客的安全。

2、隨著航空航天工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)翼材料的選擇和設(shè)計(jì)日益受到重視。傳統(tǒng)的鋁合金被鈦合金、鎂合金等金屬材料以及碳纖維復(fù)合材料和玻璃纖維復(fù)合材料等先進(jìn)材料所取代，以滿(mǎn)足對(duì)輕量化、高強(qiáng)度和設(shè)計(jì)靈活性的需求。以碳纖維復(fù)合材料為例，由于碳纖維復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)通常由多層纖維和樹(shù)脂組成，這種多層結(jié)構(gòu)使得缺陷的位置和形態(tài)難以準(zhǔn)確把握。其次，由于碳纖維復(fù)合材料的制造過(guò)程中可能存在的氣泡、夾層和纖維斷裂等缺陷，這些缺陷往往不易被裸眼觀(guān)察或傳統(tǒng)的檢測(cè)方法檢測(cè)到。因此，針對(duì)復(fù)合材料機(jī)翼等曲面結(jié)構(gòu)零件的缺陷檢測(cè)，需要一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)裝置及方法高靈敏度、高分辨率的檢測(cè)方法，能夠深入到復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)裝置及方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)裝置，包括：

3、升降臺(tái)和導(dǎo)軌平臺(tái)，所述升降臺(tái)和所述導(dǎo)軌平臺(tái)分別固定在地面上且平行設(shè)置；

4、旋轉(zhuǎn)組件，包括連接圓盤(pán)和主軸，所述連接圓盤(pán)通過(guò)所述主軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接在所述升降臺(tái)頂端，所述連接圓盤(pán)遠(yuǎn)離所述升降臺(tái)的一側(cè)固定連接有兩轉(zhuǎn)盤(pán)接頭，機(jī)翼與所述轉(zhuǎn)盤(pán)接頭連接；

5、檢測(cè)組件，包括三軸移動(dòng)臺(tái)和激光超聲探頭，所述三軸移動(dòng)臺(tái)設(shè)置在所述導(dǎo)軌平臺(tái)上，所述激光超聲探頭固定連接在所述三軸移動(dòng)臺(tái)上用于對(duì)所述機(jī)翼進(jìn)行檢測(cè)；

6、所述激光超聲探頭為單激發(fā)點(diǎn)雙檢測(cè)點(diǎn)的激光超聲探頭。

7、優(yōu)選的，兩所述轉(zhuǎn)盤(pán)接頭分別位于所述連接圓盤(pán)兩側(cè)，且位于同一直徑線(xiàn)上。

8、優(yōu)選的，所述升降臺(tái)上固定連接有傳動(dòng)箱，所述傳動(dòng)箱內(nèi)固定連接有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)減速器、聯(lián)軸器和絕對(duì)式光電編碼器與所述主軸連接，所述主軸與所述升降臺(tái)之間設(shè)置有間隙。

9、一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)方法，包括以下步驟：

10、s1、將所述機(jī)翼安裝在所述連接圓盤(pán)上進(jìn)行激光超聲掃查；

11、s2、對(duì)所述機(jī)翼進(jìn)行亞表面裂紋缺陷檢測(cè)；

12、s3、對(duì)所述機(jī)翼進(jìn)行表面裂紋缺陷檢測(cè)；

13、s4、對(duì)所述機(jī)翼進(jìn)行三維成像，得到所述機(jī)翼內(nèi)部缺陷的三維圖像。

14、優(yōu)選的，s1中在初始位置時(shí)保持所述機(jī)翼與水平面平行，所述升降臺(tái)的高度為hj，所述主軸與所述升降臺(tái)頂面之間的間距為hz，所述機(jī)翼的最大翼寬為wmax，滿(mǎn)足：hj+hz≥1.5wmax；

15、所述導(dǎo)軌平臺(tái)的高度為h，所述三軸移動(dòng)臺(tái)的z軸的初始高度為zpt0，滿(mǎn)足：hj+hz＝h+zpt0。

16、優(yōu)選的，激光超聲掃描時(shí)首先確立全局直角坐標(biāo)系x-y-z,x方向指向初始位置所述機(jī)翼的翼展方向，y方向指向垂直于x方向的翼寬方向，xoy平面與水平面平行，與xoy平面垂直的方向?yàn)閦方向，然后將所述機(jī)翼的表面離散成點(diǎn)，在通過(guò)將若干離散點(diǎn)連成線(xiàn)，沿離散化曲線(xiàn)進(jìn)行激光超聲掃描，依據(jù)掃查曲線(xiàn)建立局部坐標(biāo)系lm-ln-lz，得到翼展方向數(shù)據(jù)集p(i1i,lm,t)，p(i1i,lm,t)及翼周方向數(shù)據(jù)集p(jj,ln,t)用于對(duì)缺陷進(jìn)行成像。

17、優(yōu)選的，亞表面裂紋缺陷為平面缺陷，亞表面裂紋缺陷在有一亞表面缺陷位于翼周曲線(xiàn)js所對(duì)應(yīng)翼展截面lnolz內(nèi)，利用翼周數(shù)據(jù)集p(jj,ln,t)實(shí)現(xiàn)亞表面缺陷的檢測(cè)，亞表面裂紋缺陷的檢測(cè)過(guò)程具體步驟如下：

18、亞表面缺陷頂點(diǎn)坐標(biāo)ln0的確定：在掃描過(guò)程中，只有在翼周方向曲線(xiàn)js上掃查數(shù)據(jù)p(js,ln,t)時(shí)會(huì)出現(xiàn)缺陷回波信號(hào)rl，觀(guān)察掃查數(shù)據(jù)集缺陷回波信號(hào)rl確定亞表面缺陷所在翼周截面；

19、亞表面缺陷頂點(diǎn)坐標(biāo)ln0的確定：觀(guān)察掃查數(shù)據(jù)p(js,ln,t)，當(dāng)反射波rl的到達(dá)時(shí)間trl取得最小值時(shí)，在ln方向上缺陷頂點(diǎn)位于激發(fā)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)二的中點(diǎn)，從而得到亞表面缺陷頂點(diǎn)坐標(biāo)ln0；

20、亞表面缺陷頂點(diǎn)坐標(biāo)lz0的確定：缺陷頂點(diǎn)坐標(biāo)為(ln0,lz0)，激發(fā)點(diǎn)的坐標(biāo)為(ln1,0)，檢測(cè)點(diǎn)二的坐標(biāo)為(ln1+l,0)，l為激發(fā)點(diǎn)與檢測(cè)點(diǎn)二之間的距離，c為波速，則亞表面裂紋埋藏深度lz0可由下式計(jì)算：

21、

22、通過(guò)掃查數(shù)據(jù)集p(i1i,lm,t)和p(i2i,lm,t)進(jìn)行翼展截面的亞表面缺陷檢測(cè)。

23、優(yōu)選的，表面裂紋缺陷為平面缺陷，在有一表面缺陷位于翼展曲線(xiàn)i1s所對(duì)應(yīng)翼展截面lmolz內(nèi)，表面缺陷檢測(cè)的具體步驟如下：

24、根據(jù)掃查數(shù)據(jù)集p(i1i,lm,t)將所有的翼展截面b掃描圖依次畫(huà)出；

25、在掃描過(guò)程中激發(fā)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)是固定的，當(dāng)激發(fā)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)之間沒(méi)有缺陷時(shí)，聲表面波從激發(fā)點(diǎn)到檢測(cè)點(diǎn)之間的傳播時(shí)間相同，b掃描成像為一條連續(xù)的直線(xiàn)；

26、當(dāng)激發(fā)點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)之間存在缺陷時(shí)，表面波由激發(fā)點(diǎn)處傳至缺陷側(cè)邊時(shí)大部分波會(huì)發(fā)生反射，檢測(cè)點(diǎn)處檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度很低，掃描成像為一條存在缺口的直線(xiàn)，由此確定表面缺陷的位置所在的翼展截面i1s；

27、b掃描圖中缺口位置即為表面缺陷的位置，根據(jù)b掃描圖可得到翼展方向坐標(biāo)lms1和lms2；

28、通過(guò)p(js,ln,t)進(jìn)行翼周截面的表面缺陷檢測(cè)。

29、優(yōu)選的，根據(jù)掃查數(shù)據(jù)集p(i1i,lm,t)，p(i2i,lm,t)和p(jj,ln,t)可通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)三維成像，呈現(xiàn)內(nèi)部缺陷的位置和形狀；

30、抽取翼展曲線(xiàn)i1i所對(duì)應(yīng)的二維數(shù)據(jù)集p1i(lm,t)，用于翼展曲線(xiàn)i1i對(duì)應(yīng)二維翼展截面的聚焦成像，其具體步驟包括通過(guò)數(shù)值計(jì)算的方法，在頻率-波數(shù)域內(nèi)計(jì)算等效速度，根據(jù)等效速度計(jì)算相移因子，二維頻譜外推及成像矩陣計(jì)算，所述等效速度可由下式計(jì)算：

31、

32、改變成像深度lz,重復(fù)上述步驟直至完成所有成像點(diǎn)的幅值計(jì)算，得到翼展曲線(xiàn)i1i對(duì)應(yīng)二維翼展截面的成像矩陣i(lm,lz)；

33、集合所有翼展截面成像矩陣，獲得l1段所述機(jī)翼的三維成像矩陣i(i1i,lm,lz)；

34、進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，獲得直角坐標(biāo)系下的三維成像矩陣i(x,y,z)，成像。

35、優(yōu)選的，基于翼周方向掃描數(shù)據(jù)集p(jj,ln,t)的所述機(jī)翼三維成像的具體步驟如下：

36、將翼周截面分為數(shù)個(gè)輪廓段，外輪廓展開(kāi)為直線(xiàn)，成像段內(nèi)的翼周截面被展開(kāi)為平面，對(duì)成像段內(nèi)進(jìn)行頻域成像，獲得該輪廓段內(nèi)的平面頻域成像矩陣；

37、將所有輪廓段內(nèi)的曲面成像拼接為翼周曲線(xiàn)jj對(duì)應(yīng)翼周二維截面頻域成像矩陣i(ln,lz)；

38、依次進(jìn)行翼周曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)二維翼展截面成像，集合所有翼周截面成像矩陣，獲得所述機(jī)翼的三維成像矩陣i(jj,ln,lz)。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

40、1、本發(fā)明提供的一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)裝置，針對(duì)碳纖維復(fù)合材料機(jī)翼蒙皮缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，通過(guò)將機(jī)翼安裝在連接圓盤(pán)上，通過(guò)主軸帶動(dòng)機(jī)翼旋轉(zhuǎn)，三軸移動(dòng)臺(tái)調(diào)整激光超聲探頭的位置，實(shí)現(xiàn)了機(jī)翼全方位的非接觸檢測(cè)，使任意時(shí)刻激發(fā)點(diǎn)處的切線(xiàn)都保持豎直，以便于激光超聲探頭的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)翼的全方位檢測(cè)。

41、2、本發(fā)明提供的一種機(jī)翼缺陷檢測(cè)方法，針對(duì)機(jī)翼不規(guī)則表面缺陷難以通過(guò)傳統(tǒng)掃查方式檢測(cè)，采用離散的方式，將機(jī)翼離散成空間曲線(xiàn)，提高分辨率，能夠深入到復(fù)合材料的多層結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的檢測(cè)。

42、3.本發(fā)明采用一種單激發(fā)點(diǎn)雙檢測(cè)點(diǎn)的激光超聲探頭，能夠同時(shí)測(cè)得翼展方向和翼周方向的超聲信號(hào)，配合本發(fā)明提出的激光超聲掃描方式，可通過(guò)簡(jiǎn)便的方式獲得翼周曲線(xiàn)掃描數(shù)據(jù)集和翼展曲線(xiàn)掃描數(shù)據(jù)集，進(jìn)而進(jìn)行缺陷的三維成像。

43、4.本發(fā)明提供的檢測(cè)方法能夠同時(shí)在翼展方向和翼周方向進(jìn)行表面缺陷和亞表面缺陷，避免因?yàn)榱鸭y取向造成的漏檢。