一种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统

摘要

本发明涉及一种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，该系统包括超声相控阵检测仪器、检测探头和定位装置。其特征在于设计了由辅助运行框架、配重块、弹簧、探头夹持块和细钢丝线等组成的探头推动装置。本发明具有的优点是：1.保证检测探头弧形晶片曲率中心与被检测圆弧同心，使超声波垂直入射于被检圆弧各角度部位，实现圆弧所有部位的高灵敏度检测；2.保证探头在空腔结构中紧贴被检测圆弧侧壁平稳的运行；3.通过检测探头和前后夹持块，在探头检测晶片与被检测圆弧间形成密闭水腔，保证检测的耦合；4.通过探头定位装置，对检测探头运动位置进行精确定位，从而实现对缺陷水平位置的精确定位。

权利要求

1.一种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，该系统包括超声相控阵检测仪器(1)、检测探头(2)和定位装置(3)，超声相控阵检测仪器(1)通过电缆线(5)与定位装置(3)、检测探头(2)连接，其特征在于：检测探头(2)前、后两侧用前夹持块(6)、后夹持块(10)夹紧，检测探头(2)和前夹持块(6)、后夹持块(10)的左上角固定在相互垂直的侧连接板(7)和上连接板(8)上，前夹持块(6)、后夹持块(10)的右下角的两侧面分别与待检测空腔内部过渡圆弧的两侧面平行，前夹持块(6)、后夹持块(10)的右下角是一个与待检测空腔内部过渡圆弧相同曲率的圆弧(9)，前夹持块(6)的外侧面上加工有用于安装电缆线(5)和水管(11)的安装孔，后夹持块(10)的外侧面上固定连接一个长方体的配重块(4)，在长方体的配重块(4)左上角的两侧面中央加工有沿检测探头(2)行进方的成排的弹簧孔(12)，弹簧孔(12)内设置有顶推弹簧(13)，配重块(4)与连接探头(2)、前夹持块(6)、后夹持块(10)的侧连接板(7)和上连接板(8)通过左上角相互垂直的侧盖板(18)和上盖板(19)连接；

沿待检测空腔(17)内部过渡圆弧的两侧壁用“L”型框架(14)搭建一个检测探头(2)的运行通道，“L”型框架(14)的两侧壁相互垂直，设置在长方体配重块(4)左上角两侧面中央的顶推弹簧(13)从侧盖板(18)和上盖板(19)上的通孔(23)伸出顶压在“L”型框架(14)两侧壁的内表面上。

2.根据权利要求1所述的用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，其特征在于：在检测探头(2)的前夹持块(6)、后夹持块(10)的夹持面上设置有支撑检测探头(2)的弧形凸台(15)，该弧形凸台(15)的弧面与检测探头(2)的曲面相吻合。

3.根据权利要求1所述的用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，其特征在于：在长方体的配重块(4)的后端安装一个用于拉动检测探头(2)行进的钢丝线(16)。

4.根据权利要求1所述的用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，其特征在于：配重块(4)右下角的两侧面安装有相互垂直的防止磨损空腔(17)的有机玻璃侧滑块(21)和有机玻璃下滑块(20)。

5.根据权利要求1所述的用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，其特征在于：顶推弹簧(13)通过弹簧顶针(22)顶压在“L”型框架(14)两侧壁的内表面上。

说明书

一种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统

技术领域

[0001] 本发明是一种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，属于无损检测技术领域。

背景技术

[0002] 无损检测技术是一种对制件进行缺陷检测和质量控制的有效手段，广泛应用于现代工业，尤其是航空航天等领域中。随着工业水平的发展，对无损检测的要求也不断提高，不仅要求对制件各部位进行全面检测，而且对缺陷性质的判断能力和异常信号的定位定量精度提出了更高的要求。复杂结构内部狭小空间中的过渡圆弧部位是一种较复杂的结构形式，采用常规的超声检测方法对其内部缺陷进行检测时，存在以下困难：1）过渡圆弧部位曲率小，开敞空间窄，检测探头的选择和移动空间有限，不能保证对圆弧部位所有角度进行全面检测，检测盲区大；2）过渡圆弧表面不同部位弧度不同，很难保证单一探头的入射声束与所有圆弧表面垂直，影响检测灵敏度；3）圆弧部位中的缺陷可能沿曲面分布，在对其尺寸进行评定时很难给出缺陷沿圆弧方向的精确尺寸。

[0003] 超声相控阵检测技术是近年来发展起来的一种新型超声检测技术，超声相控阵探头由多个晶片组成，通过控制发射晶片与接收晶片的数目和触发方式，可以灵活的实现声束的偏转与聚焦，控制声束的入射方向，具有A扫描、B扫描、C扫描图像显示功能。因此，采用超声相控阵检测技术对复杂结构内部过渡圆弧部位进行检测，是一种先进的、可能实现的检测方法。

发明内容

[0004] 本发明正是针对上述现有技术状况而设计的一种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，其目的是可以携带探头平稳地运行到空腔结构内部、人手无法触及的部位开展检测。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

[0006] 该种用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，该系统包括超声相控阵检测仪器(1)、检测探头(2)和定位装置(3)，超声相控阵检测仪器(1)通过电缆线(5)与定位装置(3)、检测探头(2)连接，其特征在于：检测探头(2)前、后两侧用前夹持块(6)、后夹持块(10)夹紧，检测探头(2)和前夹持块(6)、后夹持块(10)的左上角固定在相互垂直的侧连接板(7)和上连接板(8)上，前夹持块(6)、后夹持块(10)的右下角的两侧面分别与待检测空腔内部过渡圆弧的两侧面平行，前夹持块(6)、后夹持块(10)的右下角是一个与待检测空腔内部过渡圆弧相同曲率的圆弧(9)，前夹持块(6)的外侧面上加工有用于安装电缆线(5)和水管(11)的安装孔，后夹持块(10)的外侧面上固定连接一个长方体的配重块(4)，在长方体的配重块(4)左上角的两侧面中央加工有沿检测探头(2)行进方的成排的弹簧孔(12)，弹簧孔(12)内设置有顶推弹簧(13)，配重块(4)与连接探头(2)、前夹持块(6)、后夹持块(10)的侧连接板(7)和上连接板(8)通过左上角相互垂直的侧盖板(18)和上盖板(19)连接；

[0007] 沿待检测空腔(17)内部过渡圆弧的两侧壁用“L”型框架(14)搭建一个检测探头(2)的运行通道，“L”型框架(14)的两侧壁相互垂直，设置在长方体配重块(4)左上角两侧面中央的顶推弹簧(13)从侧盖板(18)和上盖板(19)上的通孔(23)伸出顶压在“L”型框架(14)两侧壁的内表面上。

[0008] 在检测探头(2)的前夹持块(6)、后夹持块(10)的夹持面上设置有支撑检测探头(2)的弧形凸台(15)，该弧形凸台(15)的弧面与检测探头(2)的曲面相吻合。

[0009] 在长方体的配重块(4)的后端安装一个用于拉动检测探头(2)行进的钢丝线(16)。

[0010] 配重块(4)右下角的两侧面安装有相互垂直的防止磨损空腔(17)的有机玻璃侧滑块(21)和有机玻璃下滑块(20)。

[0011] 顶推弹簧(13)通过弹簧顶针(22)顶压在“L”型框架(14)两侧壁的内表面上。

[0012] 本发明具有的优点和有益效果是：

[0013] 1、通过探头两端的夹持块固定检测探头，保证了检测探头弧形晶片曲率中心与被检测圆弧同心，使超声波垂直入射于被检圆弧各角度部位，实现圆弧所有部位的高灵敏度检测；

[0014] 2、该检测装置通过运行框架、配重块和顶推弹簧的设置，保证探头在空腔结构中紧贴被检测圆弧侧壁平稳的运行；

[0015] 3、通过检测探头和前后夹持块，在探头检测晶片与被检测圆弧间形成密闭的水腔，保证检测的耦合；

[0016] 4、通过探头定位装置，对检测探头运动位置进行精确定位，从而实现对缺陷水平位置的精确定位。

附图说明

[0017] 图1是本发明检测系统的超声相控阵检测仪器、定位装置和探头夹持及辅助运行装置的前视图

[0018] 图2是本发明检测系统中探头夹持及运行装置侧视图

[0019] 图3是本发明检测系统中探头夹持配重装置分解图

[0020] 图4是本发明检测系统用于检测空腔结构中75°过渡圆弧时检测探头及夹持装置与被检圆弧的相对位置示意图

[0021] 图5是本发明检测系统用于检测空腔结构中90°过渡圆弧时检测探头及夹持装置与被检圆弧的相对位置示意图

[0022] 图6是本发明检测系统用于检测空腔结构中120°过渡圆弧时检测探头及夹持装置与被检圆弧的相对位置示意图

具体实施方式

[0023] 以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：

[0024] 参见附图所示，采用本发明技术方案对某材料体系的复合材料空腔结构内部75°～120°的圆弧部位进行检测。

[0025] 图4所示空腔结构内部圆弧角度为75°，空腔内部截面最大宽度为80mm，最大高度为60mm，壁厚5mm，倒角半径5mm；图5所示空腔结构内部圆弧角度为90°，空腔内部截面最大宽度为75mm，最大高度为65mm，壁厚5mm，倒角半径5mm；图6所示空腔结构内部圆弧角度为120°，空腔内部截面最大宽度为100mm，最大高度为70mm，壁厚5mm，倒角半径5mm。检测要求均是要检测出制件过渡圆弧中大于φ6mm的分层缺陷。

[0026] 采用本发明所述用于空腔内部过渡圆弧处超声相控阵检测系统，该系统包括超声相控阵检测仪器1、检测探头2和定位装置3，超声相控阵检测仪器1通过电缆线5与定位装置3、检测探头2连接，检测探头2形状细长，沿被检测圆弧直径方向宽度小，沿被检测圆弧轴线方向长度长，各晶片的电缆线沿探头长度方向排列，使得总电缆出线方式为探头侧面出线，避免因结构内腔体空间狭小，而没有充裕的空间放置探头，提高探头在结构内部运行时的稳定性，其特征在于：检测探头2前、后两侧用前夹持块6、后夹持块10夹紧，检测探头2和前夹持块6、后夹持块10的左上角固定在相互垂直的侧连接板7和上连接板8上，前夹持块6、后夹持块10的右下角的两侧面分别与待检测空腔内部过渡圆弧的两侧面平行，前夹持块6、后夹持块10的右下角是一个与待检测空腔内部过渡圆弧相同曲率的圆弧9，在检测探头2的前夹持块6、后夹持块10的夹持面上设置有支撑检测探头2的弧形凸台15，该弧形凸台15的弧面与检测探头2的曲面相吻合，保证检测探头2弧形晶片曲率中心与被检测圆弧部位曲率中心重合；前夹持块6的外侧面上加工有用于安装电缆线5和水管11的安装孔，后夹持块10的外侧面上固定连接一个长方体的配重块4，配重块4右下角的两侧面安装有相互垂直的防止磨损空腔17的有机玻璃侧滑块21和有机玻璃下滑块20，在长方体的配重块4左上角的两侧面中央加工有沿检测探头2行进方的成排的弹簧孔12，弹簧孔12内设置有顶推弹簧13，顶推弹簧13通过弹簧顶针22顶压在“L”型框架14两侧壁的内表面上，配重块4与连接探头2、前夹持块6、后夹持块10的侧连接板7和上连接板8通过左上角相互垂直的侧盖板18和上盖板19连接，在长方体的配重块4的后端安装一个用于拉动检测探头2行进的钢丝线16；

[0027] 沿待检测空腔17内部过渡圆弧的两侧壁用不锈钢制成的用“L”型框架14搭建一个检测探头2的运行通道，“L”型框架14的两侧壁相互垂直，设置在长方体配重块4左上角两侧面中央的顶推弹簧13从侧盖板18和上盖板19上的通孔23伸出顶压在“L”型框架14两侧壁的内表面上。

[0028] 检测时，首先设置好超声相控阵检测仪器的参数，包括控制相控阵探头发射、接收声波的晶片工作法则、检测灵敏度、成像闸门等，再依次压缩伸出侧盖板18和上盖板19的八个顶推弹簧13，将探头及夹持配重装置放入“L”型框架14内，设置探头检测起始位置，将编码器归零，然后轻轻拉动细钢丝线带动探头平稳的沿被检测圆弧侧壁运动，使超声波垂直入射于被检圆弧各角度部位，实现圆弧所有部位的高灵敏度检测。检测结果可以通过B扫描图像和C扫描图像观察是否存在缺陷，由于检测系统连接有编码器3，从而可以自动测量探头运行距离，实现对缺陷的准确定位，并通过C扫描图像显示出来。

[0029] 通过检测，在上述三种空腔结构的过渡圆弧部位均发现一分层缺陷，通过B扫描图像可以判断缺陷埋深，通过C扫描图像可以测量缺陷大小和缺陷距离检测起始端的水平距离。