一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的柔性陣列渦流探頭及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無損檢測探頭裝置及其檢測方法，特別涉及一種檢測金屬構(gòu)件復(fù)雜表面缺陷的渦流柔性陣列探頭及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一些關(guān)鍵且形狀復(fù)雜的金屬部件，如發(fā)動機(jī)葉片、飛機(jī)機(jī)身等表面或亞表面出現(xiàn)的裂紋或缺陷，可能導(dǎo)致引擎失效或飛機(jī)失事。為了評估設(shè)備結(jié)構(gòu)安全，要求獲得復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)表面裂紋等缺陷的數(shù)量、位置和形狀等信息。磁粉檢測、滲透檢測、漏磁檢測等各種檢測方法已經(jīng)廣泛用于裂紋與缺陷的檢測。但是磁粉檢測、滲透檢測等方法對缺陷的定量檢測能力不高，不能獲得用來評估缺陷嚴(yán)重程度的缺陷形狀信息。
[0003]渦流檢測是一種遵循電磁感應(yīng)原理的無損檢測技術(shù)。通有交變電流的激勵線圈在導(dǎo)體材料中產(chǎn)生交變的一次磁場，該交變磁場在導(dǎo)體表面感應(yīng)出渦電流，渦電流會反射產(chǎn)生二次磁場。正常的導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與存在裂紋等缺陷的導(dǎo)體，在受到相同線圈磁場激勵情況下，在導(dǎo)體中所產(chǎn)生的渦電流不同，反射所產(chǎn)生的二次磁場也不同，導(dǎo)致檢測線圈所感測電信號發(fā)生變化。據(jù)此就可以判斷導(dǎo)體材料缺陷的存在及嚴(yán)重程度。渦電流檢測具有速度快、對表面缺陷反應(yīng)靈敏等優(yōu)異性能。但傳統(tǒng)單線圈探頭只能單點(diǎn)掃查，對較大面積進(jìn)行全覆蓋的檢測非常費(fèi)時費(fèi)力，而且容易漏檢缺陷。目前要求渦流檢測能夠覆蓋并快速檢測各種形狀復(fù)雜的部件表面，如飛機(jī)發(fā)動機(jī)的葉片、飛機(jī)機(jī)身鉚接結(jié)構(gòu)、汽輪機(jī)、核電站熱交換管道、汽車發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)子的燕尾槽、齒輪等各種形狀復(fù)雜的機(jī)械部件。并且在檢測時，要求探頭與被檢測部件緊密接觸，避免提離變化造成的影響，因此需要改進(jìn)渦流檢測技術(shù)來解決上述冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種檢測復(fù)雜金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面缺陷的柔性陣列渦流探頭裝置及檢測方法。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第一個技術(shù)方案是提供一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的柔性陣列渦流探頭，其中:多個線圈形成平面陣列，并嵌入在與被檢測部件的三維表面形狀相適應(yīng)的柔性結(jié)構(gòu)中；
陣列中的一個或多個線圈作為被激勵的激勵線圈時，與各個激勵線圈相鄰的一個或多個線圈作為信號采集線圈，用以獲得位于激勵線圈及信號采集線圈下方被檢測部件表面對應(yīng)位置的缺陷信號。
[0006]優(yōu)選示例中，柔性結(jié)構(gòu)由可伸縮且具有彈性的絕緣材料制成。
[0007]優(yōu)選示例中，探頭表面與被檢測部件的表面緊密接觸，且各線圈的軸線與被檢測部件的表面對應(yīng)位置相垂直；在與被檢測部件相接觸的探頭表面設(shè)有耐磨層。
[0008]優(yōu)選示例中，將探頭包含的多個線圈分組成多個線圈組件；探頭上的線圈按徑向排列，使各線圈組件從探頭上的設(shè)定點(diǎn)各自向外延伸； 或者，探頭上的線圈按圓周向排列，使各線圈組件形成分別環(huán)繞探頭上設(shè)定點(diǎn)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0009]本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的柔性渦流檢測系統(tǒng)，其中包含:
如上述任意一項示例所述的柔性陣列渦流探頭；
控制器，控制線圈陣列激勵與信號采集、控制探頭掃描運(yùn)動并采集缺陷信號數(shù)據(jù)；
信號處理器，根據(jù)探頭采集的缺陷信號進(jìn)行分析并顯示分析結(jié)果。
[0010]優(yōu)選示例中，所述系統(tǒng)還進(jìn)一步包含以下部件中的任意一個或其組合:
可伸縮機(jī)械裝置，根據(jù)力傳感器感測到的力，由微型電機(jī)驅(qū)動多段支撐桿進(jìn)行伸縮，來使探頭表面與被檢測部件的表面緊密接觸；
運(yùn)動裝置，驅(qū)使探頭沿被檢測部件表面移動。
[0011]本發(fā)明的又一個技術(shù)方案是提供一種檢測導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷的檢測方法，在柔性陣列渦流探頭的柔性結(jié)構(gòu)中嵌入多個線圈，所述線圈按徑向或按圓周向排列形成平面陣列；
使柔性結(jié)構(gòu)與被檢測部件的三維表面形狀相適應(yīng)，并且使探頭表面與被檢測部件的表面緊密接觸；
根據(jù)設(shè)定的控制邏輯，分時激勵探頭中的各個線圈，任意兩個相鄰的線圈不同時被激勵；
對與被激勵線圈相鄰的一個或多個線圈進(jìn)行信號采集，獲得被檢測部件表面對應(yīng)位置的缺陷信號；
各個線圈的激勵與信號采集按空間順序和/或時間順序依次輪循。
[0012]優(yōu)選示例中，其中一些線圈，位于探頭的多個徑向上；對于所有徑向的線圈進(jìn)行激勵與信號采集輪循；
其中，對于任意一個徑向上的任意一個線圈進(jìn)行激勵時，從該徑向上與被激勵線圈相鄰的下一個線圈進(jìn)行信號采集；
再對所述下一個線圈進(jìn)行激勵，并從該徑向上與被激勵的下一個線圈相鄰的更下一個線圈進(jìn)行信號采集；
直到對該徑向上的所有線圈完成分時激勵與信號采集的輪循。
[0013]優(yōu)選示例中，其中一些線圈，位于探頭上同心的多個圓環(huán)上；設(shè)被激勵線圈所在的圓環(huán)為內(nèi)層圓環(huán)，而與該內(nèi)存圓環(huán)相鄰并環(huán)繞在該內(nèi)存圓環(huán)之外的圓環(huán)為外層圓環(huán)；
內(nèi)層圓環(huán)的任意一個線圈被激勵時，從外層圓環(huán)上與被激勵線圈相鄰的多個方向的線圈同時進(jìn)行信號采集；
再對內(nèi)層圓環(huán)上的下一個線圈進(jìn)行激勵，并從外層圓環(huán)上與被激勵的下一個線圈相鄰的多個方向的線圈同時進(jìn)行信號采集；
對內(nèi)層圓環(huán)上的線圈進(jìn)行激勵的輪循，直到完成該外層圓環(huán)上所有線圈的信號采集的輪循；
其中，對內(nèi)層圓環(huán)上的線圈進(jìn)行激勵的輪循，是指對內(nèi)層圓環(huán)上的每個線圈依次序分時激勵，或者對內(nèi)層圓環(huán)上的線圈間隔一個或間隔多個后分時激勵。
[0014]優(yōu)選示例中，其中一些線圈，位于探頭上同心的多個圓環(huán)上；對于所有圓環(huán)的線圈進(jìn)行激勵與信號采集輪循； 其中，對于任意一個圓環(huán)上的任意一個線圈進(jìn)行激勵時，從該圓環(huán)上與被激勵線圈相鄰的下一個線圈進(jìn)行信號采集；
再對所述下一個線圈進(jìn)行激勵，并從該圓環(huán)上與被激勵的下一個線圈相鄰的更下一個線圈進(jìn)行信號采集；
直到對該圓環(huán)上的所有線圈完成分時激勵與信號采集的輪循。
[0015]綜上所述，本發(fā)明提供的一種檢測金屬結(jié)構(gòu)復(fù)雜形狀表面裂紋等缺陷的柔性陣列渦流探頭及檢測方法，其優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明中探頭所包含的激勵與檢測線圈采用陣列形式，該探頭由于具有柔性，能夠適應(yīng)于多種被檢測部件的復(fù)雜三維表面形狀。探頭的線圈陣列可按圓周向或徑向排列，每個線圈不需要嚴(yán)格定義為激勵或檢測功能；只是按照控制邏輯而確定。多種控制邏輯可以使線圈的激勵與檢測功能按空間順序或時間順序依次輪循，達(dá)到快速且全覆蓋檢測的目的。
[0016]同時本發(fā)明中的線圈采用平面線圈，固定線圈的為柔性薄膜材料，可使探頭線圈陣列與被檢測結(jié)構(gòu)表面緊密接觸、減少提離。在陣列探頭運(yùn)動裝置配合下，使探頭通過一次移動掃查可以檢測復(fù)雜導(dǎo)電結(jié)構(gòu)表面一定區(qū)域內(nèi)多個缺陷的存在，并可根據(jù)信號特征判斷其數(shù)量、方向及長、寬、深度等形狀信息。在探頭后方更可以進(jìn)一步設(shè)有可伸縮機(jī)械裝置，通過控制其伸縮，來使探頭與被檢測結(jié)構(gòu)表面緊密接觸。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明提供的一種柔性渦流陣列探頭的頂視圖；
圖2是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭自圖1中X-X方向所示的剖面圖；
圖3是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭中任意一個線圈的結(jié)構(gòu)圖；
圖4是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭線圈在某種控制邏輯下所具有的激勵與檢測功能不意圖；
圖5是對圖1示例中線圈的第一種激勵與檢測控制方式的示意圖；
圖6是對圖1示例中線圈的第二種激勵與檢測控制方式的示意圖；
圖7是對圖1示例中線圈的第三種激勵與檢測控制方式的示意圖；
圖8是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于圓柱形工件進(jìn)行缺陷檢測的示意圖；
圖9是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于橫截面為半圓形的凹面工件進(jìn)行缺陷檢測的示意圖；
圖10是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于凹槽型工件進(jìn)行缺陷檢測的示意圖；
圖11是本發(fā)明所述柔性渦流陣列探頭應(yīng)用于導(dǎo)電結(jié)構(gòu)缺陷定量檢測時的功能框圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0019]圖1是本發(fā)明提供的一種柔性渦流陣列探頭100 (以下簡稱為柔性探頭或探頭)的頂視圖。所述探頭上設(shè)有作為激勵與感測元件的多個線圈101，這些線