專利名稱：用于檢測復(fù)合材料外凸r區(qū)的超聲換能器夾具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)，涉及一種用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具。
背景技術(shù)：
隨著復(fù)合材料等在航空、航天、民航、交通、建筑、電力等工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)制造的許多關(guān)鍵工程結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)不斷在工程上得到裝機應(yīng)用，由于結(jié)構(gòu)設(shè)計或承載考慮，在這類結(jié)構(gòu)的過渡區(qū)或者連接部位會形成各種各樣的外凸R區(qū)，這是無損檢測時的難接近區(qū)，這些外凸R區(qū)在復(fù)合材料等結(jié)構(gòu)中起到非常重要的結(jié)構(gòu)連接和載荷分配與承力作用，工程上，要求必須對結(jié)構(gòu)R區(qū)進行無損檢測。目前國際上主要采用超聲方法解決復(fù)合材料等工程中外凸R區(qū)的無損檢測問題。為此，必須使入射聲波能夠有效地傳播到R區(qū)，同時又能使入射聲波在可能存在的缺陷周圍形成足夠的敏感反射和明確或者清晰的信號特征。目前主要采用超聲斜入射反射法檢測，通過選擇入射聲波的入射角度，使入射聲波從非R區(qū)部位傳播到R區(qū)，盡可能使聲波入射方向與R區(qū)可能存在的缺陷取向垂直，以獲取最佳的檢測信號，進行缺陷的判別和檢測。以手工接觸法掃查檢測為主，由檢測人員手持換能器，一方面，使換能器沿被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外凸R區(qū)圓弧方向進行擺角調(diào)節(jié)，以盡量使入射聲波沿外凸R區(qū)徑向傳播，實現(xiàn)對復(fù)合材料R區(qū)圓弧方向的超聲檢測；另一方面，通過檢測人員手持換能器，使之沿被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)軸向掃查，實現(xiàn)對復(fù)合材料R區(qū)軸向的超聲檢測。由于換能器的姿態(tài)和位置完全由操作人員手工懸浮控制，很難保證換能器與被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)表面之間能夠在整個軸向和圓弧方向上形成穩(wěn)定的位置耦合，從而難以保證換能器在被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的超聲檢測信號，嚴(yán)重影響檢測效果，容易導(dǎo)致漏檢或者誤判。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，以便保證換能器與被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)表面能夠在整個軸向和圓弧方向上形成穩(wěn)定的位置耦合，進而保證形成穩(wěn)定的超聲檢測信號，提高檢測效果，避免漏檢或者誤判。本發(fā)明的技術(shù)方案是用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，其特征在于，它由導(dǎo)向架3、換能器座7和鎖緊手柄8組成；(I)導(dǎo)向架3由兩個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)向板4、兩個連接銷5和四個螺釘6組成，導(dǎo)向板4的輪廓形狀是在正方形的一個角部有一個缺口 4b，該缺口 4b的邊緣線形為兩條直線中間夾一條圓弧線，兩條直線的長度相等，兩條直線的夾角等于被檢測復(fù)合材料I外凸R區(qū)兩個側(cè)面的夾角，兩條直線所夾圓弧線的半徑不大于被檢測復(fù)合材料I外凸R區(qū)的半徑R， 該缺口 4b的中心線與導(dǎo)向板4的一個對角線重合，該對角線是缺口 4b所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線，缺口 4b的邊緣線相對于缺口 4b所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線對稱；在導(dǎo)向板4的板面上、 缺口 4b的上面有一個垂直貫通導(dǎo)向板4的圓弧槽4a,圓弧槽4a的垂直平分面與導(dǎo)向板4板面的相貫線與缺口 4b所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線重合，圓弧槽4a的軸線與被檢測復(fù)合材料 I外凸R區(qū)的軸線重合；在導(dǎo)向板4的板面上、圓弧槽4a的兩端各有一個通孔；兩個等長的連接銷5平行地位于兩個導(dǎo)向板4之間，連接銷5的兩端有螺紋孔，每個連接銷5的一端通過螺釘6垂直固定在一個導(dǎo)向板4的內(nèi)表面上,每個連接銷5的另一端通過螺釘6垂直固定在另一個導(dǎo)向板4的內(nèi)表面上；(2)換能器座7具有長方體的外形,在換能器座7的上、下表面之間有一個貫通的換能器安裝孔7a，換能器安裝孔7a有與換能器2上的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋，在換能器安裝孔7a的左側(cè)面上有一個向左伸展的左導(dǎo)向塊7d、在換能器安裝孔7a的右側(cè)面上有一個向右伸展的右導(dǎo)向塊7b，左導(dǎo)向塊7d和右導(dǎo)向塊7b的結(jié)構(gòu)相同，左導(dǎo)向塊7d和右導(dǎo)向塊 7b的截面形狀與導(dǎo)向板4上的圓弧槽4a相配合，左導(dǎo)向塊7d的內(nèi)端面與換能器座7的左側(cè)面通過螺釘或者一體加工成形連接為整體，右導(dǎo)向塊7b的內(nèi)端面與換能器座7的右側(cè)面通過螺釘或者一體加工成形連接為整體，換能器座7位于兩個導(dǎo)向板4之間，左導(dǎo)向塊7d 插入左邊導(dǎo)向板4的圓弧槽4a內(nèi)并保持滑動配合，左導(dǎo)向塊7d的外端面與左邊導(dǎo)向板4 的外表面齊平，右導(dǎo)向塊7b插入右邊導(dǎo)向板4的圓弧槽4a內(nèi)并保持滑動配合，右導(dǎo)向塊7b 的外端面與右邊導(dǎo)向板4的外表面齊平；在左導(dǎo)向塊7d的外端面中心和右導(dǎo)向塊7b的外端面中心各有一個螺紋盲孔，鎖緊手柄8上的螺桿擰進左導(dǎo)向塊7d或者右導(dǎo)向塊7b的螺紋盲孔內(nèi)，鎖緊手柄[8]的前端螺紋桿與換能器座[7]上左右兩側(cè)的內(nèi)螺紋孔[7c]匹配連接，鎖緊手柄8的鎖緊面壓緊左邊導(dǎo)向板4或者右邊導(dǎo)向板4的外表面，將換能器座7鎖緊。本發(fā)明的優(yōu)點是提出了一種用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，能保證換能器與被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)表面能夠在整個軸向和圓弧方向上形成穩(wěn)定的位置耦合，進而保證形成穩(wěn)定的超聲檢測信號，提高了檢測效果，避免了漏檢或者誤判。


圖I是本發(fā)明的軸側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的剖視圖，剖面沿?fù)Q能器的軸線并平行于導(dǎo)向板4的板面。圖3是本發(fā)明中的換能器座的軸側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。參見圖I至圖3，用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，其特征在于，它由導(dǎo)向架3、換能器座7和鎖緊手柄8組成；(I)導(dǎo)向架3由兩個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)向板4、兩個連接銷5和四個螺釘6組成，導(dǎo)向板4的輪廓形狀是在正方形的一個角部有一個缺口 4b，該缺口 4b的邊緣線形為兩條直線中間夾一條圓弧線，兩條直線的長度相等，兩條直線的夾角等于被檢測復(fù)合材料I外凸R區(qū)兩個側(cè)面的夾角，兩條直線所夾圓弧線的半徑不大于被檢測復(fù)合材料I外凸R區(qū)的半徑R， 該缺口 4b的中心線與導(dǎo)向板4的一個對角線重合，該對角線是缺口 4b所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線，缺口 4b的邊緣線相對于缺口 4b所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線對稱；在導(dǎo)向板4的板面上、 缺口 4b的上面有一個垂直貫通導(dǎo)向板4的圓弧槽4a,圓弧槽4a的垂直平分面與導(dǎo)向板4 板面的相貫線與缺口 4b所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線重合，圓弧槽4a的軸線與被檢測復(fù)合材料 I外凸R區(qū)的軸線重合；在導(dǎo)向板4的板面上、圓弧槽4a的兩端各有一個通孔；兩個等長的連接銷5平行地位于兩個導(dǎo)向板4之間，連接銷5的兩端有螺紋孔，每個連接銷5的一端通過螺釘6垂直固定在一個導(dǎo)向板4的內(nèi)表面上,每個連接銷5的另一端通過螺釘6垂直固定在另一個導(dǎo)向板4的內(nèi)表面上；(2)換能器座7具有長方體的外形，在換能器座7的上、下表面之間有一個貫通的換能器安裝孔7a，換能器安裝孔7a有與換能器2上的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋，在換能器安裝孔7a的左側(cè)面上有一個向左伸展的左導(dǎo)向塊7d、在換能器安裝孔7a的右側(cè)面上有一個向右伸展的右導(dǎo)向塊7b，左導(dǎo)向塊7d和右導(dǎo)向塊7b的結(jié)構(gòu)相同，左導(dǎo)向塊7d和右導(dǎo)向塊 7b的截面形狀與導(dǎo)向板4上的圓弧槽4a相配合，左導(dǎo)向塊7d的內(nèi)端面與換能器座7的左側(cè)面通過螺釘或者一體加工成形連接為整體，右導(dǎo)向塊7b的內(nèi)端面與換能器座7的右側(cè)面通過螺釘或者一體加工成形連接為整體，換能器座7位于兩個導(dǎo)向板4之間，左導(dǎo)向塊7d 插入左邊導(dǎo)向板4的圓弧槽4a內(nèi)并保持滑動配合，左導(dǎo)向塊7d的外端面與左邊導(dǎo)向板4 的外表面齊平，右導(dǎo)向塊7b插入右邊導(dǎo)向板4的圓弧槽4a內(nèi)并保持滑動配合，右導(dǎo)向塊7b 的外端面與右邊導(dǎo)向板4的外表面齊平；在左導(dǎo)向塊7d的外端面中心和右導(dǎo)向塊7b的外端面中心各有一個螺紋盲孔，鎖緊手柄8上的螺桿擰進左導(dǎo)向塊7d或者右導(dǎo)向塊7b的螺紋盲孔內(nèi)，鎖緊手柄[8]的前端螺紋桿與換能器座[7]上左右兩側(cè)的內(nèi)螺紋孔[7c]匹配連接，鎖緊手柄8的鎖緊面壓緊左邊導(dǎo)向板4或者右邊導(dǎo)向板4的外表面，將換能器座7鎖緊。為了避免干涉和減輕重量，在換能器座7的前表面與上表面、前表面與下表面、后表面與上表面以及后表面與下表面之間有消除尖角的斜面。本發(fā)明的使用方法是首先，根據(jù)被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外凸R區(qū)相鄰兩邊所形成的夾角，選用與之相匹配的導(dǎo)向板4,以保證超聲換能器在沿被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外凸R區(qū)軸向掃查移動時，導(dǎo)向板始終能與被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外凸R區(qū)兩則外表面形成穩(wěn)定的面接觸耦合，其使用方法如下(I)將超聲換能器2通過其外螺紋與換能器7中的內(nèi)螺紋孔結(jié)合，旋轉(zhuǎn)換能器2， 使超聲換能器的耦合頭與被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)表面接觸；(2)將超聲換能器2的信號接口端通過高頻信號線與復(fù)合材料超聲檢測儀器相應(yīng)的端口相連，復(fù)合材料超聲儀器可選用北京航空制造工程研究所生產(chǎn)的FCC或MUT系列的儀器；(3)接通復(fù)合材料檢測儀器電源，并設(shè)置相應(yīng)的工作參數(shù)；(4)在被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)表面用水刷濕，或者通過與水源連通的塑料軟管提供水膜耦合用水；(5)松開鎖緊手柄8，調(diào)節(jié)超聲換能器2的角度，直至在復(fù)合材料檢測儀器屏幕出現(xiàn)正常的檢測信號指示，又不影響超聲換能器平滑移動為止，擰緊鎖緊手柄8 ；(6)沿被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)軸向移動導(dǎo)向架3，超聲換能器2在兩導(dǎo)向板4的作用下，在掃查過程中為超聲換能器2提供一個非常穩(wěn)定的接觸耦合和掃查導(dǎo)向，從而對被檢測復(fù)合材料外凸R實現(xiàn)穩(wěn)定的超聲掃查檢測。實施例被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外凸R區(qū)相鄰兩邊所形成的夾角為90°，選擇導(dǎo)向板4缺口 4b邊緣線的夾角為90°，復(fù)合材料超聲儀器選用MUT系列的儀器。經(jīng)過對長3000mm 5000mm、寬1000mm 3000mm不等的多個批次和規(guī)格的實際復(fù)合材料結(jié)構(gòu)外凸R區(qū)進行系
列的實際工程應(yīng)用，取得了很好的實際檢測效果。
權(quán)利要求
1.用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，其特征在于，它由導(dǎo)向架[3]、換能器座[7]和鎖緊手柄[8]組成；(1)導(dǎo)向架[3]由兩個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)向板[4]、兩個連接銷[5]和四個螺釘[6]組成， 導(dǎo)向板[4]的輪廓形狀是在正方形的一個角部有一個缺口 [4b]，該缺口 [4b]的邊緣線形為兩條直線中間夾一條圓弧線，兩條直線的長度相等，兩條直線的夾角等于被檢測復(fù)合材料[I]外凸R區(qū)兩個側(cè)面的夾角，兩條直線所夾圓弧線的半徑不大于被檢測復(fù)合材料[I] 外凸R區(qū)的半徑R，該缺口 [4b]的中心線與導(dǎo)向板[4]的一個對角線重合，該對角線是缺口 [4b]所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線，缺口 [4b]的邊緣線相對于缺口 [4b]所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線對稱；在導(dǎo)向板[4]的板面上、缺口 [4b]的上面有一個垂直貫通導(dǎo)向板[4]的圓弧槽[4a]， 圓弧槽[4a]的垂直平分面與導(dǎo)向板[4]板面的相貫線與缺口 [4b]所對應(yīng)的導(dǎo)向板對角線重合，圓弧槽[4a]的軸線與被檢測復(fù)合材料[I]外凸R區(qū)的軸線重合；在導(dǎo)向板[4]的板面上、圓弧槽[4a]的兩端各有一個通孔；兩個等長的連接銷[5]平行地位于兩個導(dǎo)向板[4]之間，連接銷[5]的兩端有螺紋孔，每個連接銷[5]的一端通過螺釘[6]垂直固定在一個導(dǎo)向板[4]的內(nèi)表面上，每個連接銷[5]的另一端通過螺釘[6]垂直固定在另一個導(dǎo)向板[4]的內(nèi)表面上；(2)換能器座[7]具有長方體的外形，在換能器座[7]的上、下表面之間有一個貫通的換能器安裝孔[7a]，換能器安裝孔[7a]有與換能器[2]上的外螺紋相配合的內(nèi)螺紋，在換能器安裝孔[7a]的左側(cè)面上有一個向左伸展的左導(dǎo)向塊[7d]、在換能器安裝孔[7a]的右側(cè)面上有一個向右伸展的右導(dǎo)向塊[7b]，左導(dǎo)向塊[7d]和右導(dǎo)向塊[7b]的結(jié)構(gòu)相同，左導(dǎo)向塊[7d]和右導(dǎo)向塊[7b]的截面形狀與導(dǎo)向板[4]上的圓弧槽[4a]相配合，左導(dǎo)向塊 [7d]的內(nèi)端面與換能器座[7]的左側(cè)面通過螺釘或者一體加工成形連接為整體，右導(dǎo)向塊 [7b]的內(nèi)端面與換能器座[7]的右側(cè)面通過螺釘或者一體加工成形連接為整體，換能器座[7]位于兩個導(dǎo)向板[4]之間，左導(dǎo)向塊[7d]插入左邊導(dǎo)向板[4]的圓弧槽[4a]內(nèi)并保持滑動配合，左導(dǎo)向塊[7d]的外端面與左邊導(dǎo)向板[4]的外表面齊平，右導(dǎo)向塊[7b]插入右邊導(dǎo)向板[4]的圓弧槽[4a]內(nèi)并保持滑動配合，右導(dǎo)向塊[7b]的外端面與右邊導(dǎo)向板[4] 的外表面齊平；在左導(dǎo)向塊[7d]的外端面中心和右導(dǎo)向塊[7b]的外端面中心各有一個螺紋盲孔，鎖緊手柄[8]上的螺桿擰進左導(dǎo)向塊[7d]或者右導(dǎo)向塊[7b]的螺紋盲孔內(nèi)，鎖緊手柄[8]的前端螺紋桿與換能器座[7]上左右兩側(cè)的內(nèi)螺紋孔[7c]匹配連接，鎖緊手柄[8]的鎖緊面壓緊左邊導(dǎo)向板[4]或者右邊導(dǎo)向板[4]的外表面，將換能器座[7]鎖緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，其特征在于， 在換能器座[7]的前表面與上表面、前表面與下表面、后表面與上表面以及后表面與下表面之間有消除尖角的斜面。
全文摘要
本發(fā)明屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)，涉及一種用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具。其特征在于，它由導(dǎo)向架[3]、換能器座[7]和鎖緊手柄[8]組成；導(dǎo)向架[3]由兩個結(jié)構(gòu)相同的導(dǎo)向板[4]、兩個連接銷[5]和四個螺釘[6]組成。本發(fā)明提出了一種用于檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)的超聲換能器夾具，能保證換能器與被檢測復(fù)合材料外凸R區(qū)表面能夠在整個軸向和圓弧方向上形成穩(wěn)定的位置耦合，進而保證形成穩(wěn)定的超聲檢測信號，提高了檢測效果，避免了漏檢或者誤判。
文檔編號G01N29/22GK102590350SQ20121001462
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者劉松平, 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