[发明专利]用于桁条的无损检验设备

说明书

本发明提供了用于桁条的无损检验设备。一种多传感器NDI探头，具有随着传感器组沿着具有圆形顶盖的中空延伸加筋件的长度移动用于自对准NDI传感器的装置。该设备包括提供对圆形顶盖的完全覆盖的具有圆柱形焦点的大半径弯曲的超声换能器阵列，用于下外辐条的NDI的两个小半径凸曲线的换能器阵列，以及用于加筋件的侧面的NDI的两个线性换能器阵列。由有助于适当调整换能器阵列在扫描过程中的位置(即，定位与定向)的相应的柔性件支撑这五个换能器阵列。调整换能器阵列的位置以补偿加筋件的几何变化。

技术领域

本公开内容总体上涉及无损检验设备和方法，以及更具体地，涉及用于检验由复合材料制成的结构体的方法和设备。

背景技术

结构体的无损检验涉及在不伤害或者不必拆卸结构体的情况下就能够彻底地检查该结构。无损检验普遍用在飞行器制造工业中以针对飞行器结构体检验在结构体内部或者外部的任何类型的损伤或者缺陷。无损检验同样可以在初期制作飞行器的结构部件过程中使用。使用无损检验以确保部件被正确地制造而且没有杂质嵌入部件内。可以在结构体的制造期间和/或在结构体已经投入使用期间进行检验。

可以对飞行器的复合加筋部件执行无损检验(NDI)。该加筋部件的加筋件可以由诸如碳纤维增强塑料(CFRP)的复合材料制成。附接至复合机身的复合桁条是上述加筋件的一个示例。

加筋部件的质量可通过超声波检测来无损地确定。可以由包括一个或多个靴(其保持相应的超声换能器阵列)的探头来超声波检验加筋部件。在NDI期间，靴被压在加筋部件的各个外表面，换能器与加筋部件(例如，使用水)声耦合，并且探头沿着加筋部件的长度逐渐移动。随着探头移动，换能器阵列以脉冲/回声模式工作以便产生传播至加筋部件的脉冲超声波。反射的超声波返回到换能器阵列并由其探测，以便提供指示该加筋部件中存在裂缝、砂眼、剥离的数据。该换能器阵列获取的数据通常由计算机系统处理，并且经处理的数据可以经由计算机显示器向用户呈现。数据采集设备和数据处理软件可以被用来收集和显示检验数据，诸如在计算机显示器上将该数据显示为被检验的诸如帽形桁条的结构体的图像表示，并以该检验的相应的颜色和/或图形数据加以补充，以便允许由合格的检验员检查。

一种典型的NDI探头具有诸如放置在被检验的表面附近的超声换能器的传感元件。在许多情况下，被检验的部件具有不同形状和定向的多个表面，所以需要利用多个换能器阵列。这使得对该结构体的检验能够更快和更有效地进行，藉此降底与该检验有关的成本。通常，不同的结构体是使用被专门设计以提供用于整个结构体的换能器排列(相对于该结构体的表面的定位与定向)及扫描覆盖的换能器阵列检验。

航空和航天工业已经从技术工人的人工制造转移到使用自动化机器。尤其是在复合结构的无损检验领域。自动检验系统已经发展，其作为人工和半自动检验技术的替代物。这种系统通常采用操纵器(例如架空构架、多轴扫描仪、或者机器人)沿着被检验的部件扫描NDI末端执行器。对于诸如脉冲回波超声波检验的单侧检验方法，可以使用具有6个自由度的单臂机器人设备定位和移动NDI末端执行器(其附接到该臂的末端，诸如脉冲回波超声波检验设备)。被检验的部件可以被安装到可绕轴旋转的支撑体。因此，总共有八个自由度以供全面检验该部件。该八个自由度是由机器人控制器根据从被检验的部件的数字模型生成的轨迹来控制。

已经采用各种系统用于检验具有两种转角辐条的梯形轮廓的翼盒加筋件(也称为“帽形桁条”)和机身。一些系统具有三个换能器，其分别用来检验转角以及连接转角的中心顶盖部分。各个换能器具有其自身的超声波设置技术以及它必须满足的其自身的NDI指标。来自三个换能器阵列的数据必须被结合在一起(stitched together)以提供连续的C扫描数据显示。这种用于检验桁条顶盖的三换能器系统可能具有较大、昂贵以及复杂的配置，并且对于检验圆形顶盖桁条不是最理想的。