一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置及方法，属于工件特性检测领域。针对存在扫查效果差、扫查效率低的问题，本发明专利技术采用相控阵全聚焦超声技术，采用水浸方式，采用使涡轮发动机转子转动、探头只随径向位置进行姿态调整、从型面方向和内径侧进行扫查的方式。解决了射线法不能探测大厚度涡轮发动机转子内部缺陷的问题，解决了水浸超声C扫描等超声法参数调整复杂且对内部缺陷识别能力差的问题；解决了手持式扫查中操作人员手持压力对超声成像的影响、楔块适用性差的问题；解决了三坐标式板材特征扫查中不能根据径向位置调整姿态等的问题；本发明专利技术在涡轮发动机转子内部缺陷检测方法具有缺陷识别能力强、内部疲劳裂纹扫查能力强、扫查效率高的特点。

A Detection Device and Method for Internal Defect Expansion of Turbine Engine Rotor

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置及方法
本专利技术属于用于指示或测量工件特性的
，具体为一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展无损检测方法。
技术介绍
涡轮发动机转子转速高、温度高，同时安全性要求高，因此，需对其内部缺陷扩展开展高精度的检测工作。上述涡轮发动机转子，具有型面复杂，厚度大，缺陷埋藏深；材质纯净，内部缺陷与基体熔合好，界面不明显；缺陷主要化学成份与基体类似，其物理属性相近等特点。现有的上述涡轮发动机转子内部缺陷扩展无损检测方法主要有射线法、超声波法，上述方法基于手持式扫查装置、三坐标式板材特征扫查装置、探头转动式转子连续扫查装置或吸附式扫查装置。在用于上述涡轮发动机转子时上述方法存在以下问题：基于手持式或三坐标式板材特征扫查装置的X射线法、水浸超声波C扫描等存在无法识别缺陷的问题；基于手持式或三坐标式板材特征扫查装置的相控阵全聚焦超声成像检测技术虽能较好的识别指定位置处的缺陷，但上述手持式扫查装置通过添加楔块实现探头与工件间界面耦合，手持压力对超声成像的效果影响大，严重影响检测精度，楔块制作周期长，不能简单的通过添加编码器连续成像，未开发相应的扫查模块；上述三坐标式板材特征扫查装置能实现三维连续成像，但不能根据径向位置、周向成像的比较设置合理的扫查参数，如探头高度、角度，同时，未针对裂纹沿径向发展导致裂纹信号弱不易监控的问题提出解决措施。通过设置转动轴带动探头旋转、提升，上述基于探头转动式转子连续扫查装置超声检测法能完成待检转子轮心位置处的检测，但受限于其转动方式其只能对轮心部位进行定角度检测，且很难均匀地给探头施加压力保证探头的良好耦合；受限于传统相控阵全聚焦探头晶片的排布方式，探头尺寸较大，不适用于检测大多数的涡轮发动机转子中心孔及偏心孔。上述吸附式连续扫查装置往往采用楔块，不适用于型面复杂的小型构件。因而，对于涡轮发动机转子内部缺陷，这些方法都或多或少存在扫查效果差、扫查效率低的问题。
技术实现思路
为解决上述技术背景中提出的涡轮发动机转子内部缺陷、内部裂纹扩展无损检测效率低、效果差的问题，本专利技术提供了一种基于含凸轮、摩擦件传动装置的超声波无损检测方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案是：一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置包括机械扫查子系统、超声检测子系统和工控机；所述的机械扫查子系统包括扫查架、水槽和电气控制系统；扫查架为检测装置的支撑结构；所述水槽安置在扫查架上，水槽使测试工件和超声检测子系统的探头处于水浸状态；所述水槽底部中心位置安置水平凸轮，所述水平凸轮在检测过程中带动被检测的涡轮发动机转子转动；所述水槽侧面中心位置安置竖直凸轮，所述竖直凸轮的侧面设置螺栓孔，用于安置夹具固定涡轮发动机转子；所述水平凸轮通过传动带与驱动轴连接，所述竖直凸轮通过齿轮副与所述驱动轴连接；所述驱动轴顶端设有凸轮转动电机。所述的探头包括相控阵全聚焦探头和棒式相控阵全聚焦探头；超声检测子系统和工控机相连；电气控制系统包含XYZ三向运动机构、探头角度调整机构；探头角度调整机构由球铰及其电机构成；XYZ三向运动机构包括X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构，其中Z向运动机构由Z向电机和探头支撑杆构成；Z向电机位于探头支撑杆的顶端；探头支撑杆底端设置球铰及其电机，球铰下端安置相控阵全聚焦探头；超声检测子系统的棒式相控阵全聚焦探头通过夹具安装在探头支撑杆上。优选的，所述的X向运动机构由X向电机和X向丝杠构成；Y向运动机构由Y向电机和Y向丝杠构成；X向电机与X向丝杠相连；Y向运动机构安装在X向丝杠上且可沿X向丝杠移动，Y向电机与Y向丝杠相连，Z向运动机构安装在Y向丝杠上且可沿Y向丝杠移动；Z向电机与探头支撑杆相连用于调整探头支撑杆上探头的高度。优选的，所述探头支撑杆竖直方向的底部1/3处设置有水平放置的棒式相控阵全聚焦探头，所述棒式相控阵全聚焦探头侧面排布的晶片方向朝下，用于内径侧超声检测。所述的超声检测子系统还包括超声收发仪；所述超声收发仪产生超声信号传输给探头，并接收探头的采集信号，超声收发仪与工控机相连。探头支撑杆底端的球铰及其电机用于控制探头角度，获得最佳扫查姿态；球铰下端安置相控阵全聚焦探头，用于型面方向超声检测，获得高缺陷成像分辨力。所述棒式相控阵全聚焦探头和相控阵全聚焦探头将采集的信号经超声收发仪传递至工控机，所述工控机用于超声无损检测自动扫描控制及图形成像分析处理。优选的，所述相控阵全聚焦探头采用频率大于5MHz、64晶片线阵探头或面阵探头。优选的，所述棒式相控阵全聚焦探头采用频率大于5MHz、64晶片线阵探头或面阵探头，晶片在探头侧面排布。检测时，将涡轮发动机转子型面参数输入扫查系统；确定型面不同径向位置处探头的高度和角度等参数；将所述涡轮发动机转子放置在水平凸轮或竖直凸轮上；注水浸没；探头定位至检测起始位置；凸轮旋转，探头保持静止并持续采集信号成像；凸轮旋转一周后，探头沿X轴步进；根据径向位置调整探头姿态；根据成像结果判断裂纹是否发展至表面，并确定缺陷、裂纹的形状、尺寸。本专利技术的有益效果是：本专利技术方案采用相控阵全聚焦超声技术，解决了射线法不能探测大厚度涡轮发动机转子内部缺陷的问题，解决了水浸超声C扫描等超声法参数调整复杂且对缺陷识别力差的问题；采用水浸方式，解决了手持式扫查中操作人员手持压力对超声成像的影响、楔块适用性差的问题；采用使涡轮发动机转子转动、探头只随径向位置进行姿态调整、从型面方向和内径侧进行扫查的方式，解决了探头转动式转子连续扫查装置只能对大内孔转子内孔进行检测的问题，达到高效识别内部缺陷和内部裂纹的目的；制定的检测方案解决了根据内部裂纹发展情况制定合理的检测周期等问题。本专利涉及的专利技术在涡轮发动机转子内部缺陷检测方法具有缺陷识别能力强、内部缺陷扫查效率高的特点，解决了现有内部缺陷无损检测技术不足之处。附图说明图1是涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置结构示意图。图2是涡轮发动机转子检测装置机械扫查子系统示意图。图3是涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测流程图。图中，1.水平凸轮，2.传动带，3.驱动轴，4.竖直凸轮，5.齿轮副，6.凸轮转动电机，7.涡轮发动机转子，8.相控阵全聚焦探头，9.球铰及其电机，10.棒式相控阵全聚焦探头，11.探头支撑杆，12.滑块，13.Y向丝杠，14.Z向步进电机，15.扫查架，16.X向步进电机，17.X向丝杠，18.Y向步进电机。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1所示，涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置包括机械扫查子系统、超声检测子系统、工控机三大部分。其中，机械扫查子系统包含以下部分：扫查架、水槽、电气控制系统。扫查架15为扫查系统的支撑结构。水槽的尺寸为1000*1000*1000mm，能适应大多数的涡轮发动机转子。电气控制系统含运动控制卡、伺服驱动器和电机。所述运动控制卡是基于PC总线，利用高性能微处理器及大规模可编程器件实现多个伺服电机的多轴协调控制的一种高性能的步进电机运动控制卡。所述运动控制卡采用Galil公司生产的DMC系列运动控制卡。所述伺服驱动器是用来控制电机的一种控制器，用于高精度的定位。电机包含X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构、探头角度调整机构、水平凸轮旋转机构、竖直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置，其特征在于：包括机械扫查子系统、超声检测子系统和工控机；所述的机械扫查子系统包括扫查架、水槽和电气控制系统；扫查架为检测装置的支撑结构；所述水槽安置在扫查架上，水槽使测试工件和超声检测子系统的探头处于水浸状态；所述水槽底部中心位置安置水平凸轮，所述水平凸轮在检测过程中带动被检测的涡轮发动机转子转动；所述水槽侧面中心位置安置竖直凸轮，所述竖直凸轮的侧面设置螺栓孔，用于安置夹具固定涡轮发动机转子；所述水平凸轮通过传动带与驱动轴连接，所述竖直凸轮通过齿轮副与所述驱动轴连接；所述驱动轴顶端设有凸轮转动电机。所述的探头包括相控阵全聚焦探头和棒式相控阵全聚焦探头；超声检测子系统和工控机相连；电气控制系统包含XYZ三向运动机构、探头角度调整机构；探头角度调整机构由球铰及其电机构成；XYZ三向运动机构包括X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构，其中Z向运动机构由Z向电机和探头支撑杆构成；Z向电机位于探头支撑杆的顶端；探头支撑杆底端设置球铰及其电机，球铰下端安置相控阵全聚焦探头；超声检测子系统的棒式相控阵全聚焦探头通过夹具安装在探头支撑杆上。

【技术特征摘要】
1.一种涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置，其特征在于：包括机械扫查子系统、超声检测子系统和工控机；所述的机械扫查子系统包括扫查架、水槽和电气控制系统；扫查架为检测装置的支撑结构；所述水槽安置在扫查架上，水槽使测试工件和超声检测子系统的探头处于水浸状态；所述水槽底部中心位置安置水平凸轮，所述水平凸轮在检测过程中带动被检测的涡轮发动机转子转动；所述水槽侧面中心位置安置竖直凸轮，所述竖直凸轮的侧面设置螺栓孔，用于安置夹具固定涡轮发动机转子；所述水平凸轮通过传动带与驱动轴连接，所述竖直凸轮通过齿轮副与所述驱动轴连接；所述驱动轴顶端设有凸轮转动电机。所述的探头包括相控阵全聚焦探头和棒式相控阵全聚焦探头；超声检测子系统和工控机相连；电气控制系统包含XYZ三向运动机构、探头角度调整机构；探头角度调整机构由球铰及其电机构成；XYZ三向运动机构包括X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构，其中Z向运动机构由Z向电机和探头支撑杆构成；Z向电机位于探头支撑杆的顶端；探头支撑杆底端设置球铰及其电机，球铰下端安置相控阵全聚焦探头；超声检测子系统的棒式相控阵全聚焦探头通过夹具安装在探头支撑杆上。2.根据权利要求1所述的涡轮发动机转子内部缺陷扩展检测装置，其特征在于所述的X向运动机构由X向电机和X向丝杠构成；Y向运动机构由Y向电机和Y向丝杠构成；X向电机与X向丝杠相连；Y向运动机构安装在X向丝杠上且可沿X向丝杠移动，Y向电机与Y向丝杠相连，Z向运动机构安装在Y向丝杠上且可沿Y向丝杠移动；Z向电机与探头支撑杆相连用于调整探头支撑杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：宣海军，吴英龙，单晓明，郭小军，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33