【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空复合材料加工检测领域，涉及一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备及使用方法，用于航空产品碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等复合材料超声波加工及复合材料超声波无损检测，可快速完成复合材料的制孔及无损检测，实时监测材料是否出现损伤。
技术介绍
1、随着航空技术的发展，碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等复合材料零组件占总零组件比例越来越高，对其制孔及装配精度要求也越来越高，而传统的复合材料机械制孔方法存在制孔精度较低，易产生损伤等缺点。如果复合材料的损伤或内应力过大，可能导致复合材料破裂、断层直至完全失效，进而影响飞机飞行寿命。
2、超声波加工是通过超声波加工组件产生超声波振动，迫使磨料悬浮液高速地不断撞击、抛磨待加工表面、使零件表面逐步破碎，来去除材料。超声波加工主要用于各种硬脆材料的打孔等，加工过程中换能器带着工具杆以一定的恒力压着工件，利用换能器的振动带动工具杆与工件之间的磨料对被加工表面进行撞击加工。而超声波加工的特性也适用于对复合材料进行制孔。
3、在航空工业领域常见应用的是树脂基碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等复合材料。这些复合材料为各向异性材料，沿纤维方向的应力由纤维承载，其强度、刚度大；垂直于纤维方向的应力由树脂基承载，其强度、刚度小。在生产规程中，对已成形的复合材料制件的后续加工常见的是制孔、铣切、打磨等加工方式。这些加工方式主要是沿垂直于纤维的方向去除树脂等材料，树脂这种硬脆材料适合于超声波加工。而复合材料这种垂直于纤维的方向强度、刚度小的特点也导致其在加工过程中容易造成劈裂、
4、超声波无损检测主要是基于超声波在试件中的传播特性，声源产生超声波进入试件，超声波在试件中传播，并与试件材料及气质的缺陷相互作用，就反射、透射和散射的波进行处理和分析，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征。超声波无损检测适用于金属、非金属、和复合材料等多种制件。
5、经过查找相关专利进行比对，现有超声波加工的专利已非常丰富，如专利：一种高效超声波加工设备(授权公告号cn100364673c)，其优点是用金刚石颗粒制成的刀具，在加工表面高频振动，利用附在刀具上的金刚石颗粒以及去除的材料颗粒共同作用实现对硬脆材料高效的加工。但其缺点是设备只能进行超声波加工，无法进行其他工序，如无损检测等。
技术实现思路
1、针对大型复合材料零件的制孔加工以及需重复进行无损检测的问题，本专利技术提供一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备及使用方法，用于航空产品碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维等复合材料超声波加工及复合材料超声波无损检测，可快速完成复合材料的制孔及无损检测，实时监测材料是否出现损伤。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案来实现：
3、本专利技术原理为：本专利技术通过电脑端模拟需制孔的孔位，生成移动路径，进行碰撞检测，确认无误后将制孔路径传输给控制箱。通过屏幕显示找到待加工检测零件的制孔路径，装夹零件，复位设备原点，通过微调旋钮对刀，随后即可进行加工。在制孔工作进行的同一时间，无损检测测头落下，对制孔区域周围进行检测，实时输出无损检测结果至控制箱屏幕。如检测到复合材料损伤，分层等情况，设备停止加工，做出提示，待问题处理后，继续完成加工工作。在结构方面，本专利技术利用三组齿条导轨配合及伺服电机的驱动，实现对主轴箱的x、y、z三个方向的精确移动控制。x、z方向控制找准孔位，y方向控制制孔刀具进给。主轴夹具夹持着超声波制孔刀具，可绕主轴y轴旋转，进行制孔工作。无损检测测头夹盘可相对于主轴箱沿y方向移动，实现无损检测测头的单独抬起与放下。同时主轴箱上有磨料喷口，对准制孔刀具，与刀具同步移动，实现持续供给磨料。本专利技术最大的创新点是提供一种自动制孔与无损检测同时进行的思路，并设计了相应的结构形式，实现了边制孔边检测，发现结构损伤及时停止加工。既能防止因刀具或夹持等原因导致材料在制孔后出现大面积损伤，又能将加工周期与检测周期重合，大大提高生产效率，减小生产周期。且在此过程中无人工干预，从而降低了劳动强度，并减少了人为因素对检测的影响，提高了加工检测系统的准确性、稳定性。
4、一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，所述一体化设备包括控制系统、机械结构以及超声波制孔及无损检测组件400，如附图1和附图2所示。
5、所述的控制系统包括控制箱500、oled显示屏501、控制按钮以及电脑端。所述的电脑端模拟需制孔的孔位，生成移动路径，进行碰撞检测，确认刀具等不与待加工检测零件发生碰撞后将移动路径传输给控制箱500，用于控制各部件运行、接收无损检测信号并进行判定，进而实现该一体化设备的运行；所述的oled显示屏501设置在控制箱500的外壳上，用于辅助选择对应待加工检测零件的移动路径；所述的控制按钮包括模式选择按键502、微调旋钮503、start开始按键504、reset重置按键505、急停按键506，均设置在控制箱500的外壳上，其中，模式选择按键502用于选择模式，具体包括仅制孔、仅无损检测以及制孔和无损检测三种模式，reset重置按键505用于使主轴回到初始位置，微调旋钮503用于微调对刀，start开始按键504用于开始加工，急停按键506用于紧急情况时刹车。
6、所述的机械结构包括第一支柱101、第二支柱102、第三支柱103、第四支柱104、第一轨道梁201、x向齿条导轨a 202、第二轨道梁203、x向齿条导轨b 204、x向滑动梁205、z向齿条导轨206、x向伺服驱动电机207、z向滑动箱301、y向齿条导轨302、z向伺服驱动电机303、主轴箱304、y向伺服驱动电机305、磨料喷管306、工作台600。所述的第一支柱101、第二支柱102、第三支柱103、第四支柱104呈矩形对角竖直放置，负责承担整个一体化设备的重量，第一支柱101顶端和第四支柱104顶端之间固定连接有第一轨道梁201，第二支柱102顶端和第三支柱103顶端之间固定连接有第二轨道梁203，x向齿条导轨a 202和x向齿条导轨b204分别固定在第一轨道梁201和第二轨道梁203的上表面，两个x向齿条导轨的延伸方向即为x向；所述的x向滑动梁205架装在两个x向齿条导轨之间且与二者垂直，x向滑动梁205与两个x向齿条导轨配合；所述的x向伺服驱动电机207设置在x向滑动梁205上，用于驱动x向滑动梁205在两个x向齿条导轨上沿x向移动；所述的z向齿条导轨206设置在x向滑动梁205上表面，其延伸方向即为z向；所述的z向滑动箱301为垂直布置的条形箱体，设置有z向齿条导轨206的x向滑动梁205从z向滑动箱301上部穿过，且z向滑动箱301能够沿z向齿条导轨206移动；所述的z向伺服驱动电机303设置在z向滑动箱301上，用于驱动z向滑动箱301沿z向齿条导轨206移动；所述的y向齿条导轨302布置在z向滑动箱301侧壁上，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述一体化设备包括控制系统、机械结构以及超声波制孔及无损检测组件(400)；
2.根据权利要求1所述的一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述的控制按钮包括模式选择按键(502)、微调旋钮(503)、START开始按键(504)、RESET重置按键(505)、急停按键(506)，均设置在控制箱(500)的外壳上，其中，模式选择按键(502)用于选择模式，RESET重置按键(505)用于使主轴回到初始位置，微调旋钮(503)用于微调对刀，START开始按键(504)用于开始加工，急停按键(506)用于紧急情况时刹车。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述的超声波刀具组件包括超声波刀具组件外壳(401)、换能器(402)、变幅杆(403)、制孔刀具(404)、导线(405)，超声波刀具组件外壳(401)包裹住超声换能器(402)，导线(405)从超声波刀具组件外壳(401)根部穿出，用于连接主轴箱(304)中的
4.根据权利要求1所述的一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述的无损检测测头包括无损检测测头A(408)、无损检测测头B(409)、无损检测测头C(410)、无损检测测头D(411)，4个无损检测测头围绕无损检测测头夹盘(407)底面开口，并沿周向均匀布置。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述一体化设备包括控制系统、机械结构以及超声波制孔及无损检测组件(400)；
2.根据权利要求1所述的一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述的控制按钮包括模式选择按键(502)、微调旋钮(503)、start开始按键(504)、reset重置按键(505)、急停按键(506)，均设置在控制箱(500)的外壳上，其中，模式选择按键(502)用于选择模式，reset重置按键(505)用于使主轴回到初始位置，微调旋钮(503)用于微调对刀，start开始按键(504)用于开始加工，急停按键(506)用于紧急情况时刹车。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料超声波自动制孔与实时无损检测一体化设备，其特征在于，所述的超声波刀具组件包括超声波刀具组件外壳(401)、换能器(402)、变幅杆(403)、制孔刀具(404)、导...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆祥，孙瑛琦，王国辉，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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