檢測飛機油箱攪拌摩擦焊縫缺陷的超聲特征成像檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種成像檢測裝置，尤其涉及一種用于檢測飛機油箱攪拌摩擦焊縫超 聲波特征成像檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 飛機油箱是飛機的源力系統(tǒng)，油箱的質(zhì)量直接關(guān)系著飛機的生命安全。所以，油箱 的檢測尤為重要。飛機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、無污染等特點，特別是在薄板焊接中具有很好的優(yōu)勢。是通過控制攪拌頭的移動方向和 移動軌跡實現(xiàn)材料間的連接。飛機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，在焊接過程中可能會產(chǎn)生焊接缺陷，且缺陷具有如下特點： (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程中形成的流線生 成和發(fā)展； (3) 缺陷緊貼、細微，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 晶片面積的探頭進行檢測。
[0003] 目前，該構(gòu)件檢測難點為缺陷取向復(fù)雜，一般采用改變超聲探頭入射角的方法進 行多次手動超聲檢測，此法無法對缺陷進行定位、定量分析。不僅耗時久，而且容易發(fā)生漏 檢現(xiàn)象。一個飛機油箱構(gòu)件，普通的探傷工人需要耗時一天才能檢測完成，且不能避免漏檢 現(xiàn)象的發(fā)生。隨著飛機油箱的批量生產(chǎn)，手工檢測的方式不管是在效率上，還是檢測的可靠 性方面都難以滿足檢測的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為提高檢測效率，克服檢測難點，本發(fā)明提供了一種檢測速度快、可靠性強、可以 有效的檢測出焊縫區(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 征成像檢測裝置。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案：一種用于檢測飛機油箱攪拌摩擦 焊縫缺陷的超聲特征成像檢測裝置，包括水槽、汽油油箱運動系統(tǒng)、檢測掃查系統(tǒng)和超聲成 像系統(tǒng)，所述汽油油箱運動系統(tǒng)由連接水槽的水循環(huán)過濾系統(tǒng)、對稱安裝在水槽兩側(cè)壁上 的定位銷I和定位銷II構(gòu)成，定位銷I通過一臺伺服電機驅(qū)動；所述檢測掃查系統(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軸末端安裝檢測探頭支 架，檢測探頭支架上安裝3個不同入射角度的檢測探頭，X軸、Y軸、Z軸分別通過對應(yīng)的伺 服電機驅(qū)動；所述超聲成像系統(tǒng)包括連接3個檢測探頭的3臺超聲分析儀，3臺超聲分析儀 連接計算機，各伺服電機也連接計算機。
[0006] 各個系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，即可完成飛機油箱攪拌摩擦焊焊縫特征成像檢測操作。現(xiàn)將 其功能、結(jié)構(gòu)組成和工作情況分述如下： 1、飛機油箱運動系統(tǒng)主要起控制飛機油箱轉(zhuǎn)動作用，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，飛機油箱處于半浸沒狀態(tài)，飛機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)檢測要求對飛 機油箱進行水平調(diào)節(jié)，使飛機油箱位置與定位銷I和定位銷II同心，利用伺服電機控制鏈 輪帶動定位銷I而使飛機油箱勻速旋轉(zhuǎn)。水槽采用了水循環(huán)過濾系統(tǒng)，保證水的質(zhì)量不影 響超聲檢測。該水槽采用防腐蝕、抗變形材料制造，保證飛機油箱在旋轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定性。
[0007] 2、檢測掃查系統(tǒng)主要用于固定檢測探頭和調(diào)整檢測探頭位置。通過計算機控制 檢測探頭各個軸之間的聯(lián)動，完成超聲檢測探頭掃查動作。
[0008] X軸：由通過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)，它可避免一旦機械誤動作而對設(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，這種機械結(jié)構(gòu)可確保設(shè)備能夠長久、 可靠的工作，Y軸的平直度通過螺絲旋鈕調(diào)節(jié)，Y軸也配備一臺伺服電機驅(qū)動。Y軸的驅(qū)動 電機安裝在Z軸平臺上，通過伺服電機的驅(qū)動，可帶動Z軸沿Y軸方向運動，Y軸的驅(qū)動電 機具有過載保護功能，Y軸的兩端裝有行程限位開關(guān)，可避免一旦機械誤動作而對設(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的Z-軸支架、伺服電 機構(gòu)成，伺服電機安裝在高精度線性模組上作為驅(qū)動機構(gòu)，Z軸的高精度線性模組內(nèi)帶有 一個壓簧。在Z-軸支架下方安裝有低壓鹵素?zé)?通過調(diào)節(jié)X、Y、Z軸的位置，控制檢測探頭的位置。位于飛機油箱上方一定距離處，檢 測探頭角度通過伺服電機控制，保證檢測探頭以最優(yōu)角度斜對焊縫。檢測探頭附帶噴水裝 置，保證噴水裝置噴出的水柱沿探頭方向運動剛好落在焊縫表面，保證聚焦效果。該裝置采 用三個異面水浸聚焦探頭a、b、c同時對焊縫進行掃查。為避免超聲波間的相互干擾，每個 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，實現(xiàn)聚焦超聲波在焊縫內(nèi)部實現(xiàn)純橫波檢測，極大提高檢測 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信號的作用，將獲得的超聲信號進行數(shù)據(jù) 處理并且進行實時成像。工作時，以用PLC發(fā)出的控制脈沖作為外觸發(fā)信號，三個超聲分析 儀的MARKED RF輸出的信號分別接入PCI9850型采集卡。計算機采集了全波列的檢測信號 后，軟件可以從數(shù)據(jù)中分析出信號特征，特征主要包括如下幾個方面：（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) 對缺陷的判定是必須的，可稱它們?yōu)橹饕卣?，特征?)_(8)是為了判定檢測試樣的上下 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] 針對這些特征，系統(tǒng)軟件分別繪出基于三個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，就構(gòu)成材 料的層析顯示，可以看到材料任一截面的檢測情況，這在C掃描中是無法實現(xiàn)的。
[0015] 該系統(tǒng)采用三個超聲聚焦探頭同時對一條攪拌摩擦焊焊縫實時檢測成像，檢測結(jié) 束后，計算機會自動生成一個NDT格式的文件，該文件中包含對應(yīng)三個超聲聚焦探頭的檢 測圖像，通過設(shè)定閘門，可以通過觀察圖像中顏色的變化，對油箱中的缺陷進行評定。由于 系統(tǒng)采用變?nèi)肷浣堑某暀z測方式，對攪拌摩擦焊焊縫中取向復(fù)雜缺陷的檢出率大大提高 且可以對缺陷進行定性和定量分析。
[0016] 對應(yīng)地，本發(fā)明還涉及一種通過改變水浸聚焦探頭入射角度進行超聲特征成像對 飛機油箱攪拌摩擦焊焊縫缺陷進行定性、定量評價的方法，其特征在于方法步驟如下： (1) 采用三個不同入射角度的水浸聚焦探頭對帶有各種取向缺陷的樣品進行檢測； (2) 采集各個水浸聚焦探頭在檢測樣品內(nèi)缺陷的檢測信號，保存在計算機內(nèi)； (3) 通過計算機對各種特征量的提取和重構(gòu)，設(shè)置閘門檢測深度和閘門來顯示檢測圖 像。
[0017] (4)讀取檢測圖像中缺陷的尺寸、深度、和回波特征，對缺陷進行定性、定量評價； 所述步驟（1)，入射角度的選擇應(yīng)盡可能與缺陷取向垂直，針對入射角度對聲壓的影 響，采用角度-能量補償方法對入射角度調(diào)整。
[0018] 采集超聲特征信號為多通道信號采集，所選采集卡為PCI9850。
[0019] 本發(fā)明的檢測方法，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，實現(xiàn)對飛機油箱攪拌摩擦焊焊縫焊接質(zhì)量進行自動化檢測。當(dāng)超聲波束遇到取 向復(fù)雜缺陷時，不同入射角度的水浸聚焦探頭通過接收反射回波信號進行特征成像，再根 據(jù)超聲特征圖像進行定性、定量評價。本發(fā)明與傳統(tǒng)C掃描相比，其技術(shù)效果為：減少了缺 陷取向不同對超聲反射回波的影響，還能夠?qū)z測信號進行頻譜分析、數(shù)字濾波、通過各種 特征的提取和重構(gòu)來實現(xiàn)缺陷的自動識別，從而提高了定量、定性能力。采用本發(fā)明方法可 以準(zhǔn)確、快速的對攪拌摩擦焊焊縫內(nèi)種各種缺陷做出評價，操作方法簡單、方便。
【附圖說明】
[0020] 圖1是本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖2是飛機油箱檢測探頭布置圖(前視圖)。
[0022] 圖3是飛機油箱檢測布置圖(軸向圖)。
[0023] 圖4飛機油箱檢測探頭布置圖(俯視圖)。
[0024] 圖5 Y軸平臺與Z軸平臺布置圖。
[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.檢測工件（飛機油 箱）7.水循環(huán)過濾系統(tǒng)8.檢測探頭支架及檢測探頭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。
【具體實施方式】
[0028] 如圖1所示，該超聲特征成像檢測裝置，包括水槽（9)、汽油油箱運動系統(tǒng)、檢測掃 查系統(tǒng)和超聲成像系統(tǒng)，所述汽油油箱運動系統(tǒng)由聯(lián)接水槽（9)的水循環(huán)過濾系統(tǒng)（7)、對 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)通過一臺伺 服電機驅(qū)動；所述檢測掃查系統(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軸末端安裝檢測探頭支架（8)，