一种不规则进气道阵列涡流自动扫查装置及方法与流程

本发明涉及进气道损伤检测，尤其涉及一种不规则进气道阵列涡流自动扫查装置及方法。

背景技术：

1、在飞机结构研制及外场服役过程中，需要对飞机进气道进行结构损伤的检测，其中进气道是结构损伤检测的重点检测部位之一，其直接影响到飞机的服役安全。所以在研制阶段及时发现进气道表面及近表面结构损伤，根据损伤分析结构设计薄弱部位，对于飞机安全运营服役而言意义重大。目前，进气道损伤检测主要依靠人工完成，由于进气道空间狭小，检测人员在进气道内部活动受限，检测过程费时费力，损伤检出极其困难，可靠性差，并且针对高超等狭小空间进气道损伤检测需求，人工检测几乎无法完成。因此，急需研制面向不规则进气道损伤检测的自动扫查装置及方法，在提升损伤检出能力的同时大幅提升检测效率。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种不规则进气道阵列涡流自动扫查装置及方法，以解决现有技术中人工检测不规则进气道时检测效率低以及部分进气道空间狭小依靠人工无法完成检测的问题。

2、第一方面，为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种不规则进气道阵列涡流自动扫查装置，包括：周向驱动组件、周向支撑组件、轴向移动组件和探头检测组件；周向驱动组件和周向支撑组件分别设置在轴向移动组件的两端；探头检测组件活动连接在轴向移动组件上；轴向移动组件驱动探头检测组件沿进气道轴向方向对进气道进行扫查，周向驱动组件驱动探头检测组件沿进气道周向方向对进气道进行扫查。

4、在本方案中，对进气道进行损伤扫查时将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置放置在进气道内，周向驱动组件和周向支撑组件支撑在轴向移动组件两侧将其固定在进气道内部，轴向移动组件驱动探头检测组件沿着轴向移动组件进行扫查，周向驱动组件驱动探头检测组件沿着周向方向进行扫查，该装置的扫查面积覆盖进气道内表面，可实现进气道的全面扫查；使用该装置检测进气道损伤时，探头检测组件沿着轴向移动组件运动对进气道进行轴向扫查，即使针对内部空间狭小的进气道，探头检测组件依然可以检测；探头检测组件来回移动对进气道进行损伤检测，检测速度快，检测效率高。

5、进一步地，周向驱动组件包括周向驱动电机，周向驱动电机的输出轴通过驱动齿轮连接有周向驱动法兰盘；周向驱动法兰盘通过轴承连接有周向驱动固定盘；周向驱动固定盘的周向上分布有两根以上的可伸缩支撑杆，且可伸缩支撑杆垂直于周向驱动固定盘外轮廓的切线方向设置；

6、周向支撑组件包括周向支撑法兰盘，周向支撑法兰盘通过轴承连接有周向支撑固定盘；周向支撑固定盘的周向上分布有两个以上的可伸缩支撑杆，且可伸缩支撑杆垂直于周向支撑固定盘外轮廓的切线方向设置；

7、轴向移动组件的两端分别活动连接周向驱动法兰盘和周向支撑法兰盘。

8、在本方案中，周向驱动电机驱动周向驱动法兰盘转动，周向驱动法兰盘转动带动轴向移动组件以及连接在其上的探头检测组件进行周向运动，以实现对进气道全面的检测；可伸缩支撑杆垂直于周向驱动固定盘外轮廓切线方向设置，不规则进气道阵列涡流自动扫查装置放入进气道后，可通过可伸缩支撑杆将其固定安装于进气道内部，安装方便。

9、进一步地，轴向移动组件包括滚珠丝杠，滚珠丝杠两端分别转动连接周向驱动法兰盘和周向支撑法兰盘；滚珠丝杠两侧设有两根与滚珠丝杠平行的连接杆，两根连接杆的两端分别固定连接周向驱动法兰盘和周向支撑法兰盘上；

10、滚珠丝杠上靠近周向驱动法兰盘的一端通过联轴器连接轴向驱动电机；轴向驱动电机通过电机固定底座固定，电机固定底座连接在周向驱动固定盘上。

11、在本方案中，轴向移动组件设有一根滚珠丝杠和两根与之平行的连接杆，轴向驱动电机带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠驱动探头检测组件沿轴向移动；两根连接杆起到限制探头检测组件旋转作用，可防止滚珠丝杠旋转时探头检测组件跟随滚珠丝杠旋转而不沿滚珠丝杠进行轴向运动。

12、进一步地，探头检测组件包括丝杠螺母，丝杠螺母中心开有螺纹孔，螺纹孔两侧均开有通孔；滚珠丝杠贯穿螺纹孔与丝杠螺母螺纹连接，两根连接杆分别贯穿两个通孔与丝杠螺母滑动连接；

13、丝杠螺母外侧连接有移动底座；移动底座上设有两组探头移动丝杠螺母，两组探头移动丝杠螺母分别连接有一组探头调节机构，两组探头调节机构设置在移动底座两侧；

14、探头调节机构包括一根探头移动丝杠和两根探头连接杆，两根探头连接杆平行设置在探头移动丝杠两侧；探头连接杆的两端均通过向心轴承分别与两块连接杆固定板连接；探头移动丝杠螺母中心开有螺纹孔，螺纹孔两侧均开有通孔；探头移动丝杠穿过螺纹孔与探头移动丝杠螺母螺纹连接，两根探头连接杆分别穿过两个通孔与探头移动丝杠螺母连接；探头移动丝杠靠近移动底座的一端通过联轴器连接探头驱动电机，探头驱动电机固定在连接杆固定板上；探头移动丝杠的另一端通过传感器固定法兰连接压力传感器；压力传感器上设有探头夹具，探头夹具上夹持有阵列探头；

15、阵列探头和压力传感器均与控制系统连接，控制系统包括控制器和阵列涡流检测设备；控制器和阵列涡流检测设备电性连接。

16、在本方案中，通过滚珠丝杠和丝杠螺母螺纹作用，滚珠丝杠转动时驱动探头检测组件沿轴向运动，进而带动阵列探头沿轴向运动；探头驱动电机带动探头移动丝杠转动，探头移动丝杠驱动阵列探头向垂直于轴向方向的移动底座两侧运动，以使阵列探头能够接触到进气道表面；在进行不规则进气道表面损伤检测时，不规则进气道内壁在不同位置与滚珠丝杠的距离不同，所以探头移动丝杠可以驱动阵列探头向进气道表面移动，保证阵列探头始终与进气道内壁完全接触；在阵列探头和连接杆固定板之间设计压力传感器，以检测阵列探头与进气道表面接触的接触压力，通过接触压力判断阵列探头是否与进气道完全接触，进而通过控制系统控制阵列探头和进气道之间的距离，保证在进气道损伤检测过程中阵列探头与进气道表面处于完全接触状态，保证了阵列探头检测结果的准确性。

17、进一步地，可伸缩支撑杆包括固定法兰和底座法兰，固定法兰垂直连接第一支撑滑杆的一端，第一支撑滑杆的另一端连接有第一伸缩法兰盘；底座法兰垂直连接第二支撑滑杆的一端，第二支撑滑杆的另一端连接有第二伸缩法兰盘；第一支撑滑杆穿过第二伸缩法兰盘的通孔与第二伸缩法兰盘活动连接，第二支撑滑杆穿过第一伸缩法兰盘的通孔与第一伸缩法兰盘活动连接；固定法兰和第二伸缩法兰盘之间设有第一弹簧，第一弹簧套设于第一支撑滑杆上；底座法兰和第一伸缩法兰盘之间设有第二弹簧，第二弹簧套设于第二支撑滑杆；

18、第一伸缩法兰盘和第二伸缩法兰盘侧面均设有分别用于固定第二支撑滑杆和第一支撑滑杆的螺钉；固定法兰连接于周向驱动固定盘上或周向支撑固定盘上；底座法兰抵接于进气道表面，底座法兰抵接进气道的一侧设有防滑底座。

19、在本方案中，不规则进气道阵列涡流自动扫查装置安装前，可将底座法兰向固定法兰方向压缩，压缩时第一伸缩法兰盘沿着第二支撑滑杆向底座法兰方向移动以挤压第二弹簧，第二伸缩法兰盘沿着第一支撑滑杆向固定法兰方向移动以压缩第一弹簧，压缩后通过第一伸缩法兰盘和第二伸缩法兰盘侧面的螺钉以固定可伸缩支撑杆的长度；将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置安装于进气道后拧开螺钉，可伸缩支撑杆在第一弹簧和第二弹簧的作用下伸长，将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置支撑在进气道内部，再次拧紧螺钉实现不规则进气道阵列涡流自动扫查装置的安装固定；该可伸缩支撑杆与进气道支撑时，首先通过第一弹簧和第二弹簧的弹力来实现支撑，支撑稳定后，再用螺钉固定可伸缩支撑杆长度，固定后可伸缩支撑杆的支撑力度等于弹簧的弹力，可以保证支撑时支撑力度适中，避免支撑力度过大导致进气道变形或者支撑力度过小导致不规则进气道阵列涡流自动扫查装置安装不稳定。

20、第二方面，本发明基于第一方面提供的不规则进气道阵列涡流自动扫查装置，提供一种不规则进气道阵列涡流自动扫查方法，包括以下步骤：

21、s1：将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置支撑在不规则进气道内部；

22、s2：确定阵列探头与进气道表面接触的标准压力，设定阵列探头扫描进气道的感应涡流信号报警幅值；

23、s3：规划阵列探头的起始扫查位置与扫查区域；

24、s4：通过轴向驱动电机和周向驱动电机驱动阵列探头从起始扫查位置开始对扫查区域进行轴向和周向扫查；

25、s5：控制系统接收感应涡流信号后根据感应涡流信号报警幅值判断进气道是否存在损伤。

26、在本方案中，损伤检测前确定阵列探头与进气道接触的标准压力，以便后续阵列探头在该标准压力下进行损伤检测，保证检测结果的有效性；阵列探头在轴向驱动电机和周向驱动电机的驱动下按照规划好的起始扫查位置和扫查区域进行扫查，扫查效率高；控制系统实时接受感应涡流信号并于感应涡流信号报警幅值比较，进而判断进气道是否存在损伤，检测的损伤位置较为精确。

27、进一步地，s1包括：

28、s101：压缩不规则进气道阵列涡流自动扫查装置的可伸缩支撑杆并用螺钉固定可伸缩支撑杆的长度，将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置放置在进气道内；

29、s102：松动螺钉，可伸缩支撑杆依靠弹力支撑于进气道内部，再次固定螺钉，实现不规则进气道阵列涡流自动扫查装置的安装固定；

30、s2包括：

31、s201：在进气道表面设置有损伤的对比试样；

32、s202：探头驱动电机驱动阵列探头接触对比试样，当阵列探头与对比试样完全接触时，接触压力f为标准压力fa，压力传感器检测到标准压力fa并发送给控制系统；

33、s203：在控制系统设置检测参数；并依据最小损伤当量检出要求，在控制系统上设定感应涡流信号报警幅值amax；

34、s204：去除对比试样。

35、在本方案中，在进气道内部设置存在损伤的对比试样模拟进气道存在真实，在阵列探头完全接触对比试样后确定标准压力和参数，再用所确定的标准压力和参数进行损伤检测，检测结果准确，可靠性强；且依据阵列探头完全接触进气道表面的这个标准压力来调控列阵探头和进气道之间的距离，能保证阵列探头与进气道表面的距离始终处于一个能检测出损伤检测的标准距离。

36、进一步地，s3包括：

37、s301：确定起始扫查位置；阵列探头靠近周向驱动组件的一端为起始扫查位置，此时阵列探头的轴向步进距离y＝0，周向扫查角度

38、s302：确定扫查区域；轴向移动组件的长度即为轴向步进距离的最大值ymax；两组阵列探头旋转半周的角度即为周向扫查角度的最大值周向扫查角度最大值

39、在本方案中，确定从周向驱动组件的一端开始沿轴向扫查，轴向扫查一次后周向旋转，周向旋转后继续轴向扫查，重复进行，直至周向旋转角度累积达180°后两组阵列探头的扫查范围覆盖全部扫查区域，该扫查方式扫查效率高，且没有遗漏区域。

40、进一步地，s4包括：

41、s401：轴向驱动电机驱动阵列探头轴向运动，以使阵列探头沿轴向方向对进气道进行扫查，扫查中阵列探头实时检测感应涡流信号a并发送给控制系统；

42、压力传感器实时检测阵列探头与进气道表面接触的接触压力f并发送给控制系统，控制系统通过探头驱动电机控制阵列探头与进气道的距离：

43、若接触压力f＜标准压力fa，则探头驱动电机驱动阵列探头靠近进气道表面；

44、若接触压力f＝标准压力fa，则阵列探头与进气道表面距离保持稳定；

45、若接触压力f＞标准压力fa，则探头驱动电机驱动阵列探头远离进气道表面；

46、s402：当阵列探头轴向运动至轴向步进距离y1＝ymax时，周向驱动电机驱动阵列探头周向旋转角度θ，周向旋转角度θ根据阵列探头宽度和阵列探头平面至滚珠丝杠的距离确定：

47、

48、其中，w为阵列探头宽度；l为阵列探头平面至滚珠丝杠的距离；

49、s403：轴向驱动电机驱动阵列探头沿相反方向对进气道进行扫查，当阵列探头反向运动至轴向步进距离y2＝ymax时，周向驱动电机再次驱动阵列探头周向旋转角度θ；

50、s404：重复步骤s401-s404，直至周向扫查角度大于等于周向扫查角度的最大值即：

51、

52、其中，为周向扫查角度；i为周向旋转的次数；θi为第i次的周向旋转角度；为周向扫查角度的最大值。

53、在本方案中，控制系统根据标准压力fa控制探头驱动电机，使得阵列探头和进气道表面的接触压力f始终等于fa，既可以保证阵列探头和进气道表面处于完全接触状态，在该完全接触状态下所检测的损伤结果较为精准、误差较小；每次旋转的周向扫查角度累积值达到180°，等于两组阵列探头各自扫查半周，覆盖了全部的扫查区域的同时还不存在部分区域被重复扫查，扫查效率高。

54、进一步地，s5包括：

55、s501：控制系统实时接收感应涡流信号a后进行判断，若a≥amax，则确定阵列探头当前所检测的进气道表面存在损伤；

56、s502：通过轴向步进距离y和周向扫查角度记录损伤位置其中y为轴向步进距离；为周向扫查角度；j为损伤位置的序号；

57、s503：根据损伤位置控制阵列探头再次对损伤位置进行损伤检测，复核检测结果；

58、s504：扫查结束后将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置移动至下一扫查区域，重复执行步骤s1～步骤s6，直至完成所有检测任务。

59、在本方案中，通过轴向步进距离和周向旋转角度确定进气道表面的具体损伤位置，方便记录和查找位置。

60、本发明的有益效果是：

61、本发明提供的不规则进气道阵列涡流自动扫查装置安装在不规则进气道内部后即可自动对进气道进行扫查，扫查效率高；且针对内部空间狭小的进气道，将不规则进气道阵列涡流自动扫查装置安装进去也可实现损伤检测，相对人工检测可以提高检测效率；探头检测组件可在轴向驱动电机和轴向驱动电机的驱动下对进气道进行全面检测，检测范围可覆盖进气道的所有区域；探头驱动电机可以调节阵列探头与进气道表面的距离，使得阵列探头与进气道表面完全接触。

62、本发明提供的不规则进气道阵列涡流自动扫查方法在进气道表面设置对比试样，使阵列探头与对比试样完全接触后确定标准压力，控制系统根据标准压力控制探头驱动电机，实现检测过程中阵列探头与进气道处于完全接触状态，保证了检测结果的有效性；检测时轴向驱动电机先控制探头检测组件轴向运动，探头检测组件运动至周向支撑组件后周向驱动电机控制探头检测组件周向旋转，周向旋转角度累积值达到180°时两组阵列探头能将扫查区域全部覆盖，该扫查方式扫查不会出现重复扫查现象，扫查效率高，扫查范围全面，不存在遗漏的区域。