一种复合材料圆管超声波检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于无损检测技术领域，尤其涉及一种复合材料圆管超声波检测装置及方法。支撑机构设置在水池底部，支撑机构左右两侧分别通过转轴连接夹头一和夹头二，夹头一内部设有轴向通孔，通孔内设置反射管夹头；通过夹头二和反射管夹头以固定反射管；反射管套设在复合材料圆管内部；套设有反射管的复合材料圆管浸没在水中；水池上方沿复合材料圆管轴向设置X轴扫描桥架；X轴扫描桥架上沿竖直方向设置Z轴扫描桥架；Z轴扫描桥架可沿X轴扫描桥架移动；Z轴扫描桥架下端设置探头，探头浸没在水中，通过探头向复合材料圆管发射超声波，并经反射管反射后再次穿过复材圆管由探头接收反射超声波。后再次穿过复材圆管由探头接收反射超声波。后再次穿过复材圆管由探头接收反射超声波。

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料圆管超声波检测装置及方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，尤其涉及一种复合材料圆管超声波检测装置及方法。

技术介绍

[0002]复合材料层压结构圆管产品需进行分层、夹杂及气孔等缺陷检测及孔隙评价，常常伴有多种铺层。常规的超声波检测技术检测效率低下，且无法对孔隙率进行准确评定。
[0003]现有方法有手动接触法，但难以获得良好的耦合无法实现孔隙率评价。常规的脉冲反射法C扫描检测存在检测盲区，容易造成漏检。对于平板试片，常采用反射板法来进行复合材料衰减系数测定或缺陷成像检测，如在 DOI:10.11973/wsjc201811011中采用的衰减系数测定方法，《复合材料孔隙率的超声检测衰减系数影响因素》。但对管状复合材料制品尚无有效的自动化缺陷成像检测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的提供一种复合材料圆管超声波检测装置及方法，实现管状层压结构的孔隙率评价及自动化缺陷成像检测。
[0005]技术方案：
[0006]一种复合材料圆管超声波检测装置，包括：支撑机构、X/Y/Z轴扫描桥架、探头、气缸、夹头一、夹头二、反射管夹头和反射管；
[0007]所述支撑机构设置在水池底部，所述支撑机构左侧设置有气缸，气缸通过转轴连接夹头二，所述夹头二为圆锥状；支撑机构右侧通过转轴连接夹头一；
[0008]所述夹头一内部设有轴向通孔，所述通孔内设置反射管夹头；夹头一内部的通孔与反射管夹头之间连接反射管卡簧，反射管夹头在反射管卡簧作用下沿轴向伸缩；夹头一和反射管夹头均为圆锥状；
[0009]复合材料圆管和反射管一端套设在夹头二上，另一端分别套设在夹头一和反射管夹头上，通过气缸带动夹头二运动从而夹紧复合材料圆管和反射管所述反射管套设在复合材料圆管内部；
[0010]套设有反射管的复合材料圆管浸没在水中；
[0011]所述水池上方沿复合材料圆管轴向设置X轴扫描桥架；所述X轴扫描桥架上沿水平垂直方向设置Y轴扫描桥架；所述Y轴扫描桥架上沿竖直方向设置Z 轴扫描桥架；所述Z轴扫描桥架可沿X轴和Y轴扫描桥架移动；
[0012]所述Z轴扫描桥架下端设置探头，所述探头浸没在水中，通过所述探头向复合材料圆管发射超声波，并经反射管反射后由探头接收反射超声波。
[0013]进一步，所述装置还包括：电机、同步带；
[0014]所述电机设置在X轴扫描桥架一端；所述电机通过同步带带动夹头一转动从而带动复合材料圆管转动。
[0015]一种复合材料圆管超声波检测方法，所述方法通过所述的装置实施，所述方法包括以下步骤：
[0016]步骤一：装夹反射管，对支撑机构进行水平度调整，以及反射管母线与X 轴扫描桥架的平行度调整；
[0017]步骤二：采用聚焦探头对反射管进行100％扫描，调整超声波仪器的增益，使得反射管回波幅度为屏幕满刻度的80％，记录此时的增益为2A
反
；
[0018]步骤三：将反射管套设在复合材料圆管内，并完成复合材料圆管和反射管的装夹；对复合材料圆管进行扫描，寻找复合材料圆管最薄区域二次穿透最大反射回波，并调节超声波仪器增益使得二次穿透最大反射回波幅度为屏幕满刻度的80％，记录此时的增益为2A
管
；并计算2Ai，2Ai＝2A
管
‑
2A
反
；
[0019]步骤四：对全部待检测复合材料圆管重复步骤二和步骤三，取所有2Ai中的最小值作为复合材料圆管最薄部位零空隙率基准值，记作2Amin；
[0020]步骤五：计算复合材料圆管最薄部位孔隙率验收标准对应的超声衰减2A
验
；
[0021]步骤六：设置超声波仪器增益为2A
反
+2Ai+|2A
验
|作为扫查灵敏度，将C扫描调色板设置为5级灰度显示；灰度100％
‑
80％为黑色，80％
‑
60％为深灰色， 60％
‑
40％为灰色，40％
‑
20％为浅灰色，20％
‑
0％为白色；
[0022]利用设置好的灵敏度和调色板对全部的待检查复合材料圆管进行C扫描成像检测。
[0023]进一步，所述步骤一中，对支撑机构进行水平度调整过程如下：
[0024]调整支撑机构上左右两侧的升降限位螺杆，调整探头在X轴和Y轴方向的位置，所述Y轴与X轴、Z轴构成右手坐标系，为垂直纸面方向；获得反射管两端的最大反射信号，根据反射管两端的最大反射信号的水程相等，则认为支撑机构已调整水平，否则持续调整升降限位螺杆。
[0025]进一步，所述步骤一中，反射管母线与X轴扫描桥架的平行度调整过程如下：
[0026]所述支撑机构两端设有前后限位螺杆，在反射管一端沿Y方向上移动探头找到最大回波，并在最大回波位置处沿X轴方向移动探头，并持续观察反射回波，如果反射回波幅度不一致，则反射管母线与X轴扫描桥架不平行，对支撑机构另一端进行前后调整，直至反射回波幅度一致。
[0027]进一步，所述步骤五中，超声衰减2A
验
计算公式如下：
[0028]2A
验
(dB)＝40(N
‑
1)log(1
‑
S/S0)
[0029]其中，N＝等效的碳布层数N＝n1×
F1+n2×
F2；
[0030]n1＝双向布的数量，n2＝单向布的数量；
[0031]F1＝双向布系数，F2＝单向布系数；
[0032]S/S0—验收标准允许的孔隙率(％)。
[0033]进一步，所述步骤六中，黑色对应的超声衰减为小于[2A
验
],[]表示取整数，深灰色对应的超声衰减区间为[2A
验
，2A
验
‑
2.5dB)；灰色对应的超声衰减区间为 [2A
验
‑
2.5dB，2A
验
‑
6dB)；浅灰色对应的超声衰减区间为[2A
验
‑
6dB，2A
验
‑
12dB)；白色对应的超声衰减区间为大于等于2A
验
‑
12dB；
[0034]根据五级灰度对应的超声衰减区间计算不同铺层对应的孔隙率区间。
[0035]进一步，所述步骤六中，利用设置好的C扫描调色板对全部的待检查复合材料圆管进行扫描；根据扫描结果对应的灰度等级判断复合材料圆管孔隙率是否合格；并根据灰度等级判断孔隙率不合格程度和尺寸。
[0036]进一步，所述步骤六中还包括：若某种铺层方式对应的孔隙率合格标准被包含在某个灰度等级对应的孔隙率区间中，则重新调整超声波仪器增益并扫描成像，使得相应铺层方式对应的孔隙率合格标准位于两个灰度等级对应的孔隙率区间分界线。
[0037]本专利技术的优点是：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料圆管超声波检测装置，其特征在于：所述装置包括：支撑机构、X/Y/Z轴扫描桥架、探头、气缸、夹头一、夹头二、反射管夹头和反射管；所述支撑机构设置在水池底部，所述支撑机构左侧设置有气缸，气缸通过转轴连接夹头二，所述夹头二为圆锥状；支撑机构右侧通过转轴连接夹头一；所述夹头一内部设有轴向通孔，所述通孔内设置反射管夹头；夹头一内部的通孔与反射管夹头之间连接反射管卡簧，反射管夹头在反射管卡簧作用下沿轴向伸缩；夹头一和反射管夹头均为圆锥状；复合材料圆管和反射管一端套设在夹头二上，另一端分别套设在夹头一和反射管夹头上，通过气缸带动夹头二运动从而夹紧复合材料圆管和反射管，所述反射管套设在复合材料圆管内部；套设有反射管的复合材料圆管浸没在水中；所述水池上方沿复合材料圆管轴向设置X轴扫描桥架；所述X轴扫描桥架上沿水平垂直方向设置Y轴扫描桥架；所述Y轴扫描桥架上沿竖直方向设置Z轴扫描桥架；所述Z轴扫描桥架可沿X轴和Y轴扫描桥架移动；所述Z轴扫描桥架下端设置探头，所述探头浸没在水中，通过所述探头向复合材料圆管发射超声波，并经反射管反射后由探头接收反射超声波。2.根据权利要求1所述检测装置，其特征在于：所述装置还包括：电机、同步带；所述电机设置在X轴扫描桥架一端；所述电机通过同步带带动夹头一转动从而带动复合材料圆管转动。3.一种复合材料圆管超声波检测方法，所述方法通过权利要求1或2所述的装置实施，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：装夹反射管，对支撑机构进行水平度调整，以及反射管母线与X轴扫描桥架的平行度调整；步骤二：采用聚焦探头对反射管进行100％扫描，调整超声波仪器的增益，使得反射管回波幅度为屏幕满刻度的80％，记录此时的增益为2A
反
；步骤三：将反射管套设在复合材料圆管内，并完成复合材料圆管和反射管的装夹；对复合材料圆管进行扫描，寻找复合材料圆管最薄区域二次穿透最大反射回波，并调节超声波仪器增益使得二次穿透最大反射回波幅度为屏幕满刻度的80％，记录此时的增益为2A
管
；并计算2Ai，2Ai＝2A
管
‑
2A
反
；步骤四：对全部待检测复合材料圆管重复步骤二和步骤三，取所有2Ai中的最小值作为复合材料圆管最薄部位零空隙率基准值，记作2Amin；步骤五：计算复合材料圆管最薄部位孔隙率验收标准对应的超声衰减2A
验
；步骤六：设置超声波仪器增益为2A
反
+2Ai+|2A
验
|作为扫查灵敏度，将C扫描调色板设置为5级灰度显示；灰度100％
‑
80％为黑色，80％
‑
60％为深灰色，60％
‑
40％为灰色，40％
‑
20％...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玉莹，张智慧，宋瑶，关雪松，敬伟，李英杰，刘恕，王昊，王园，曹邵清，
申请(专利权)人：哈尔滨哈飞航空工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：