發布日期：2022-04-17 點擊率：73
隨著波音787，空客A380和A350等一批復合材料增強的航空客機投入生產，復合材料的無損檢測（NDT）技術在飛機制造和維護中，顯得更為重要了。
對于航空器復合材料構件來說，用一般的機械和物理試驗方法檢測其微觀破壞和內部缺陷，檢測后往往會影響構件的繼續使用，因此必須采用無損檢測方法。超聲波檢測，尤其是超聲C掃描檢測，由于具有顯示直觀、檢測速度快等優點，已成為航空器復合材料構件普遍采用的檢測技術。隨著復合材料形狀日趨復雜，尤其在航空復合材料領域，在大多數情況下需要進行單曲面，甚至是多曲面的檢測，這就對超聲掃描系統提出了更高的要求。
三軸符合材料檢測系統
英國超聲波科學有限公司（USL）自1987年成立以來，已經為全球100多家客戶提供了超過180套的超聲掃描系統，并形成了許多自己獨有的技術，例如，建立了擁有17軸的、用于高速復雜曲面跟蹤的超聲C掃描系統。值得注意的是，我們所定義的“復雜曲面”是指在X-Y和X-Z平面上都有明顯的曲率，這樣的零件檢測用少于10軸的掃描系統是無法檢測的。
USL全自動超聲C掃描系統
1 系統概述
英國超聲波科學有限公司（USL）提供的高速、復雜曲面跟蹤系統具有高自動化、高強度，高機械精度等特點，再配以USL公司自行設計制造的，基于PC機的超聲發射接收裝置及數據采集處理板卡，可實現對復合材料快速有效的檢測。
該掃描系統用于平板檢測時可采用簡單的X-Y軸系統，而在檢測復雜外形零件，尤其是航空復合材料零件時，可采用最多17軸檢測系統。立式和臥式門床結構，掃描速率高達1m/s。采用直流電機或步進電機驅動，配有齒條-小齒輪，滾珠絲杠或皮帶傳動。高品質的線性軸承，在惡劣條件下仍具備較長的使用壽命。精密光學編碼器可適用于長軸線型測量，具有較高的分辨率和可重復性。
機架移動系統
該系統基于計算機的檢測系統，將超聲波數據采集和運動控制完美地結合在一起，大功率脈沖發生器可達到最佳的透射效果，獨特的遠程脈沖前置放大器能提供較高的信噪比，對數接收器具有較寬的動態范圍（瞬時可達70dB，總計大于100dB）。數據采集部分由A/D轉換器和DSP(數字信號處理)板組成，可實現高速的數據采集和處理能力。每個通道最多8個閘門，同時對超聲波傳輸的幅值、時間和相位進行跟蹤。超聲頻率范圍為0.2～25MHz。在一次掃描中，可以同時采集對數模式的穿透傳輸數據和線性模式的脈沖回波數據。這意味著以前需要兩次掃描完成的工作現在可以合并為一次，從而大大提高了檢測效率。
該系統的軟件部分可對復雜外形的受檢件采用多軸運行控制，有自我學習功能。數字射頻/A掃描顯示，高刷新頻率，既可進行普通的C掃描成像，還可進行三維成像。真正的B掃描（射頻數據）全部以射頻方式進行數據采集和處理，可在屏幕上進行測量和分析，掃描結果生成CAD文件，并可根據客戶的特殊需求定制軟件。
此外，USL的17軸復合材料檢測系統還蘊含了多項獨特的設計，使該設備成為眾多知名飛機制造商的首選。
2 USL的獨特設計
在航空復合材料的無損檢測中，發射和接收探頭通常都安裝在兩個垂直的機械臂的末端，這樣就帶來了無法檢測凹陷較深的“C”形零件的問題，而這樣的零件在航空復合材料產品中不占少數。USL通過將垂直的機械臂改為水平的機械臂，并將發射和接收探頭安裝在機械臂的末端的方法，順利解決了檢測凹陷較深零件的問題。USL還設計了一種獨特的可移動噴水總成，使其能夠進入半徑很小的曲面內進行檢測。而在過去，穿透式檢測系統是無法檢測內徑很小的“C”形零件的，伴隨著USL新設計的出現，使這樣的檢測成為了可能。
由于復合材料的結構特性，如果采用較高頻率的超聲波，其信號將由于衰減和噪音干擾嚴重，使檢測信號無法識別；而如果采用低頻超聲波，又無法滿足檢測缺陷精度的要求。為了平衡這兩者的矛盾，USL從軟件和硬件幾個方面入手，降低噪音，提高信噪比，從而得到了令客戶滿意的結果。
17軸掃描橋移動系統
典型的USL復合材料檢測系統
在USL已經提供的180多套系統中，以為世界著名的英國宇航系統公司提供的17軸超聲波C掃描檢測系統為例，該系統可在0.5m/s的掃描線速度下，檢測出大約4mm×4mm的制造缺陷。為了方便用戶使用，還提供與BAESYSTEMS公司制造軟件相匹配的直接接口，便于掃描器直接從客戶的CATIACAD數據中提取掃描路徑信息。同時，由于用模具制造出來的真實零件很少能夠完全與CATIA模型相吻合，因此，USL開發的專業軟件對實際形狀和理論形狀之間的偏差進行了補償，提供了真實零件的坐標，這樣就可以確保零件兩邊的探頭在沿著復合材料移動的過程中互相保持對齊。
此外，USL的其他許多產品也在航空領域得到了廣泛的應用，如荷蘭福克公司（Fokker），比利時國家宇航制造有限公司（Sonaca）等知名企業都在使用USL制造的復合材料檢測系統。在航空領域，USL還為羅·u32599X、空客等知名飛機制造商提供飛機發動機葉片檢測系統。以下介紹幾款典型的復合材料檢測系統。
1 三軸復合材料檢測系統
軸數：X，Y，Z三軸。
特征：檢測簡單的平板材或略帶弧度的板材，應用脈沖回波或雙穿透傳輸（玻璃反射板）方式，板材水平放置在玻璃平板上。
尺寸：典型尺寸1m×1m，可以根據客戶需要定制。
2 機架移動系統（五或七軸）
軸數：五軸或七軸。
特征：板材噴水檢測（五軸系統）或單曲面板材檢測（七軸系統）。板材垂直安裝在輪式固定機架上，噴水操作器安裝在水平支撐臂上。
尺寸：典型尺寸為4.2m（高）×2.2m（寬）×18m（長），可根據客戶需要定制。
3 掃描橋移動系統
軸數：十軸驅動掃描軸，零件的兩邊各有一組完全獨立的五軸機構，用于跟隨復雜零件表面。如有需要，還可安裝五軸的固定裝置。
特征：噴水檢測復雜零件，零件安裝在一個固定的裝置上，裝置由編程控制移動到特定的位置上，操作器安裝在水平支撐臂上。掃描路徑由CATIA（CAD）文件生成，零件的精確位置在掃描前測定，如果需要，掃描路徑可以自動調整。
尺寸：典型尺寸為3m（高）×2m（寬）×6m（長），可根據客戶定制。
4 轉臺系統用于筒形和錐形零件的檢測
軸數：六驅動軸，包括X，Y，Z軸，2個角度軸和1個轉臺軸。
特征：脈沖回波噴水檢測系統可用于檢測筒形零件和錐形零件。噴水操作器安裝在水平支撐臂上。系統帶有自教學功能，通過零件的水程來進行檢測。
尺寸：典型的尺寸為3.5m（高）×2m（寬）×2.5m（長），可根據客戶定制。
以上是USL超聲檢測系統的幾類復合材料檢測典型應用，而實際上，USL的檢測系統不僅應用在航空復合材料領域，從小型高頻實驗室系統，到用于檢測曲面零件的大型多軸系統，再到用于檢測板材和在線檢測管棒材的多通道水浸檢測系統，都有USL的產品。應用涵蓋了飛機結構件、航空發動機構件、金屬精整、實驗室及大學研發、鐵路運輸、微電子制造等一系列材料檢測領域。
在與一些知名航空企業的溝通、合作過程中，USL獲取了豐富的設計和制造經驗，可以用來為后續的客戶提供可參考的標準。
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