一种用于航空盘环件涡流自动检测的探头装置及扫查方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于无损检测技术，涉及一种用于盘环件涡流自动检测的探头装置及扫查方法。本发明专利技术通过采用一种之字形探头架，结合特殊设计的探头沿盘环件横截面的轮廓线的两侧步进的扫查方式，可对包含大曲率直角内R弧及类似线段的轮廓面进行有效检测，提高此类部位的检测可达性，此外，本发明专利技术所提供的探头装置及扫查方法还具有良好的通用性，其对于盘环件上典型直线轮廓面及普通R弧轮廓面等其它部位的检测也同样适用。本发明专利技术通过采用特殊设计的之字形探头架，结合改进的扫查方式，使得与已有探头装置和扫查方式相比，除能解决盘环件上大曲率直角内R弧轮廓面的检测难题外，还对盘环件上其它常见结构、形状部位具有很好的通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无损检测技术，涉及一种用于盘环件涡流自动检测的探头装置及扫查方法。
技术介绍
盘环件是航空发动机最关键的部件之一，使用中高速旋转，承受材料自身离心力、热应力的巨大作用，如果盘环件表面、近表面在制造或使用过程中产生缺陷，将对飞机的运行安全构成严重威胁，为此必须采取有效的缺陷检测手段对盘环件表面进行全面检查。涡流自动检测是航空盘环件表面、近表面缺陷的一种有效和常规的无损检测手段，该技术基于涡流检测技术，借助由计算机控制的机械装置使盘环件绕自身中心轴线旋转，并使涡流点式探头沿盘环件径向截面轮廓线步进，通过上述两种运动的组合，实现探头对盘环件表面的螺旋精细扫查，扫查过程中，涡流探头通过在被检材料内产生涡电流并探测材料表面不同部位涡电流的变化量，即可准确探知盘环件表面、近表面微小缺陷信息。为满足一般航空盘环件涡流自动检测需求，所用机械装置一般由以下部分组成：可带动盘环件同轴心旋转的转台，用于装卡涡流点式探头并带动探头在X-Z平面内角度旋转的轴(以下统一简称探头卡具)，以及可带动探头卡具及探头沿X、Y、Z向移动的轴。以上各部件中，探头卡具及探头的组合(以下统一简称为探头装置)十分关键，其与所用扫查方式一起影响着盘环件的扫查可达性，这是由于涡流检测对探头──工件角度、距离的变化十分敏感，检测时探头端部需与工件表面保持稳定贴合及法线重合，否则将对检测产生很大干扰或导致检测灵敏度下降，而发动机盘环件的横截面轮廓一般是由凹陷的小曲率R弧、直线段等组成的复杂轮廓，为了在满足探头、盘环件表面间良好耦合条件的同时，又避免探头装置与盘环件发生碰撞干涉以及确保被检测部位能够全部被扫查到，探头装置及扫查方式的设计就必须足够合理。目前，涡流自动检测系统中探头装置及扫查方式能解决盘环件上多数部位的检测需求，但对于包含大曲率直角内R弧的轮廓面及类似结构缺乏可适应性，为避免此类部位出现检测盲区，保障飞机安全，需要开发有效的解决方案。此外，尚缺乏对盘环件不同形状、尺寸部位有较强通用性的探头装置及扫查方式，为降低典型盘环件检测中探头装置的配置种类及数量需求，减少探头更换次数，节约检测成本，以及提高检测效率，也需要开发新的有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前盘环件检测过程中存在的问题，提出一种用于航空盘环件涡流自动检测的探头装置及扫查方法。本专利技术的技术解决方案是，探头装置包括探头卡具和探头两部分，其特征在于，探头卡具主要由线性滑轨、勾头连接板、连接片、之字形探头架、电动转角机构、弹簧、扫查臂组成，线性滑轨通过螺钉固定在勾头连接板的竖板上，线性滑轨为零预紧力滑轨，之字形探头架的竖板与线性滑轨的滑台通过螺钉连接，之字形探头架采用铝合金材料或具备类似密度和强度的材料制作，弹簧放置于之字形探头架顶端的盲孔中并位于勾头连接板的上端平板面之下，弹簧为压簧，勾头连接板与电动转角机构的旋转台面通过螺钉连接，电动转角机构通过螺钉连接在连接片下部分的竖板上，连接片上部分的竖板与扫查臂通过螺钉连接，电动转角机构的转角由计算机控制，探头为普通笔式点探头，将探头插入之字形探头架下部的竖直管件的通孔，并固定。利用所述的一种探头装置进行扫查的方法是，将探头装置通过扫查臂竖直安装在计算机控制的具有X、Y、Z三个机械自由度的扫查器上，电动转角机构的旋转台面与扫查器的X-Z平面平行，被检盘环件同轴心装卡在由计算机控制的转台的旋转台面上，转台置于扫查器下方，转台的旋转台面与扫查器的X-Y平面平行，按以下步骤和方法对盘环件进行扫查：步骤一：根据被检盘环件的检测要求，在被检盘环件上确定一组拟检测面及各拟检测面所对应的探头步进路径，探头步进路径定义为拟检测面在盘环件横截面的轮廓线上所对应的线段，探头步进路径所在盘环件横截面应与扫查器的X-Z平面平行并与盘环件的中心轴线重合，探头步进路径可从轮廓线的左、右任一侧选取，以利于避免探头卡具、探头与盘环件发生碰撞干涉为准，将所确定的探头步进路径输入至计算机；步骤二：由计算机控制扫查器的Y轴，确保当电动转角机构带动探头旋转时，探头端部的回转平面与被检盘环件的中心轴线重合；步骤三：由计算机控制扫查器X、Z轴及电动转角机构，将探头定位至某检测面所对应探头步进路径的起始位置；步骤四：由计算机控制转台，使转台带动被检盘环件按固定方向旋转，与此同时，由计算机控制扫查器的X、Z轴及电动转角机构，使扫查器的X、Z轴及电动转角机构带动探头沿检测面所对应探头步进路径做步进运动，其间探头的端部始终与探头步进路径保持稳定贴合及法线重合，确保完成整个检测面的扫查后，转台回转到扫查起始位置；步骤五：若下一检测面与当前已完成检测面所对应探头步进路径均位于盘环件横截面的轮廓线的同一侧，直接重复步骤三、步骤四进行下一个检测面的扫查；若下一检测面与当前已完成检测面所对应探头步进路径不位于盘环件横截面的轮廓线的同一侧，则首先令转台顺时针或逆时针旋转180度，然后重复步骤三、步骤四进行下一个检测面的扫查；步骤六：完成被检盘环件当前装卡姿态下所有拟检测面的扫查后，将盘环件上、下翻转并重新装卡于转台上，然后按照步骤一至步骤五选取新的检测面并完成扫查。所述的之字形探头架的重量控制在40克以下，电动转角机构的旋转台面的直径为40～60mm，电动转角机构为普通光学精密电动旋转台。所述弹簧的伸缩量与线性滑轨的行程均为10mm左右，弹簧的劲度系数为50～100N/m。所述的探头端部直径为3mm以下，探头为尾部出线。本专利技术具有的优点和有益效果是：本专利技术提供了一种具备大曲率直角内R弧轮廓面检测能力的通用探头装置和方法。本专利技术通过采用特殊设计的之字形探头架，结合改进的扫查方式，使得与已有探头装置和扫查方式相比，除能解决盘环件上大曲率直角内R弧轮廓面的检测难题外，还对盘环件上其它常见结构、形状部位具有很好的通用性，可显著提高盘环件检测的可达性、检测效率，并降低检测成本。本专利技术针对大曲率直角内R弧轮廓面及类似结构的检测采用之字形探头架结构，当探头垂直并紧贴直角内R弧轮廓面时，该探头架结构有助于使位于探头上方的电动转角机构、弹性伸缩机构等部件避开盘环件表面，以防碰撞干涉发生；之字形探头架采用低密度的硬质铝合金制作，除可保证结构刚性外，还具有重量轻的特点(一般能够控制在40克以下)，能避免探头垂直向下与盘件表面接触时，因探头架自重过大探头过快磨损问题；之字形探头架上配备常规笔式点探头，探头成本低，容易制作和获得，且方便拆卸更换。在盘环件横截面的轮廓线的左、右两侧选取探头步进路径，目的是提高探头装置与盘环件上不同方位的包含大曲率直角内R弧的轮廓面的匹配概率，增强探头装置的通用性。现有盘环件涡流自动检测系统普遍只在盘环件横截面的轮廓线的固定一侧选取探头步进路径，以上扫查方式会大大限制探头装置对于不同方位轮廓面的适应性。本专利技术提出在盘环件横截面的轮廓线的左、右两侧选取探头步进路径，是对已有扫查方式的改进。现有盘环件涡流自动检测系统普遍只在盘环件横截面的轮廓线的固定一侧选取探头步进路径，目的是为方便实现同一组检测面间统一一致的周向扫查起始位置，使得对同一组检测面进行缺陷位置信息的记录时，可有相同的周向位置参考基准，方便后续盘环件整体检测结果的表达及查看。本专利技术中，由于允许在盘环件横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航空盘环件涡流自动检测的探头装置，探头装置包括探头卡具和探头两部分，其特征在于，探头卡具主要由线性滑轨(1)、勾头连接板(2)、连接片(16)、之字形探头架(5)、电动转角机构(12)、弹簧(9)、扫查臂(19)组成，线性滑轨(1)通过螺钉(4)固定在勾头连接板(2)的竖板上，线性滑轨(1)为零预紧力滑轨，之字形探头架(5)的竖板与线性滑轨(1)的滑台(6)通过螺钉(8)连接，之字形探头架(5)采用铝合金材料或具备类似密度和强度的材料制作，弹簧(9)放置于之字形探头架(5)顶端的盲孔(10)中并位于勾头连接板(2)的上端平板面(11)之下，弹簧(9)为压簧，勾头连接板(2)与电动转角机构(12)的旋转台面(13)通过螺钉(15)连接，电动转角机构(12)通过螺钉(18)连接在连接片(16)下部分的竖板上，连接片(16)上部分的竖板与扫查臂(19)通过螺钉(21)连接，电动转角机构(12)的转角由计算机控制，探头(22)为普通笔式点探头，将探头(22)插入之字形探头架(5)下部的竖直管件的通孔(24)，并固定。

【技术特征摘要】
1.一种用于航空盘环件涡流自动检测的探头装置，探头装置包括探头卡具和探头两部分，其特征在于，探头卡具主要由线性滑轨(1)、勾头连接板(2)、连接片(16)、之字形探头架(5)、电动转角机构(12)、弹簧(9)、扫查臂(19)组成，线性滑轨(1)通过螺钉(4)固定在勾头连接板(2)的竖板上，线性滑轨(1)为零预紧力滑轨，之字形探头架(5)的竖板与线性滑轨(1)的滑台(6)通过螺钉(8)连接，之字形探头架(5)采用铝合金材料或具备类似密度和强度的材料制作，弹簧(9)放置于之字形探头架(5)顶端的盲孔(10)中并位于勾头连接板(2)的上端平板面(11)之下，弹簧(9)为压簧，勾头连接板(2)与电动转角机构(12)的旋转台面(13)通过螺钉(15)连接，电动转角机构(12)通过螺钉(18)连接在连接片(16)下部分的竖板上，连接片(16)上部分的竖板与扫查臂(19)通过螺钉(21)连接，电动转角机构(12)的转角由计算机控制，探头(22)为普通笔式点探头，将探头(22)插入之字形探头架(5)下部的竖直管件的通孔(24)，并固定。2.利用权利要求1所述的一种用于航空盘环件涡流自动检测的探头装置进行扫查的方法，其特征在于，将探头装置通过扫查臂(19)竖直安装在计算机控制的具有X、Y、Z三个机械自由度的扫查器上，电动转角机构(12)的旋转台面(13)与扫查器的X-Z平面平行，被检盘环件同轴心装卡在由计算机控制的转台(26)的旋转台面(27)上，转台(26)置于扫查器下方，转台(26)的旋转台面(27)与扫查器的X-Y平面平行，按以下步骤和方法对盘环件进行扫查：步骤一：根据被检盘环件的检测要求，在被检盘环件上确定一组拟检测面及各拟检测面所对应的探头步进路径，探头步进路径定义为拟检测面在盘环件横截面(28)的轮廓线(29)上所对应的线段，探头步进路径所在盘环件横截面(28)应与扫查器的X-Z平面平行并与盘环件的中心轴线(30)重合，探头步进路径可从轮廓线(29)的左、右任一侧选取，以利于避免探头卡具、探头(22)与盘环件发...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东升，刘颖韬，史亦韦，岳翔，徐娜，何方成，李硕宁，杨党纲，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11