復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)字化自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)
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（1）基于超聲穿透法的復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)。
利用入射聲波在穿過復(fù)合材料時(shí)能量的衰減變化進(jìn)行缺陷識(shí)別與檢測(cè)，西方比較青睞這種檢測(cè)方法，超聲換能器分別安裝在2個(gè)對(duì)稱的多軸掃描機(jī)構(gòu)上，在數(shù)控系統(tǒng)作用下，通過運(yùn)動(dòng)編程控制，使2個(gè)探頭對(duì)被檢測(cè)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)掃描檢測(cè)。采用穿透法檢測(cè)時(shí)，對(duì)超聲換能器和儀器的分辨率和檢測(cè)盲區(qū)要求相對(duì)較低，但需要有很好的同步與掃描控制技術(shù)。
與超聲反射法相比，其主要技術(shù)特點(diǎn)還有：
·超聲換能器需要從兩側(cè)接近工件；
·超聲換能器同步控制和型面跟蹤復(fù)雜；
·對(duì)于復(fù)雜的零件，通常只能采用單通道工作；
·檢測(cè)效率不高；
·技術(shù)成本高。
（2）基于超聲反射法的復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)。
利用入射聲波在復(fù)合材料中傳播產(chǎn)生的反射信息進(jìn)行缺陷識(shí)別與評(píng)估，歐洲比較青睞這種檢測(cè)方法，超聲換能器安裝在一多軸掃描機(jī)構(gòu)上，通過運(yùn)動(dòng)編程，換能器在數(shù)控系統(tǒng)作用下，對(duì)被檢測(cè)復(fù)合材料構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)掃描檢測(cè)。通常復(fù)合材料單個(gè)鋪層厚度約0.13m m，因此采用反射法檢測(cè)時(shí)對(duì)超聲換能器和儀器的分辨率和檢測(cè)盲區(qū)要求較高，但不需要有同步掃描機(jī)構(gòu)，檢測(cè)靈敏度比穿透法高。與超聲穿透法相比，其主要技術(shù)特點(diǎn)還有：
·超聲換能器只需要從一側(cè)接近被檢測(cè)工件；
·超聲換能器型面跟蹤要求高；
·可實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)；
·檢測(cè)效率高；
·技術(shù)成本較低。
不論采用哪種數(shù)字化、自動(dòng)化超聲檢測(cè)方法，都需要有很好的型面跟蹤技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)和超聲系統(tǒng)綜合技術(shù)。特別是針對(duì)大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，目前國際上采用的掃描方法主要有3種：示教、基于零件的CAD模型和測(cè)量仿形。但實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用情況都不理想：示教和仿形的方法效率太低，被檢測(cè)零件的CAD模型到了復(fù)合材料檢測(cè)工序，已經(jīng)不適用。所以，尋找新的快速適用的掃描方法是解決復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化、自動(dòng)化檢測(cè)的當(dāng)務(wù)之急。近年來北京航空制造工程研究所一直在開展這方面的新技術(shù)研究，正在研究一種基于被檢測(cè)復(fù)合材料零件自由型面的跟蹤掃描技術(shù)，以解決7500mm×6000mm以上大型復(fù)合材料構(gòu)件的超聲數(shù)字化、自動(dòng)化高效無損檢測(cè)，目前已完成技術(shù)方案試驗(yàn)，進(jìn)入系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造階段。
北京航空制造工程研究所是國內(nèi)最早從事復(fù)合材料無損檢測(cè)的專業(yè) 研究 所，早 在 20世紀(jì)70年末80年代初，就開始了復(fù)合材料無損檢測(cè)技術(shù)研究，針對(duì)復(fù)合材料特點(diǎn)，先后提出并成功研究了高分辨率RF超聲檢測(cè)技術(shù)、缺陷識(shí)別方法、檢測(cè)儀器、微盲區(qū)換能器、缺陷成像方法、自動(dòng)掃描成像檢測(cè)設(shè)備等，形成了獨(dú)特的復(fù)合材料檢測(cè)技術(shù)體系，一直在國內(nèi)復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮主要作用。如研制了FJ系列高分辨率無盲區(qū)超聲換能器、復(fù)合材料系列超聲檢測(cè)儀器、CUS-21復(fù)合材料構(gòu)件復(fù)雜部位超聲檢測(cè)系統(tǒng)、CUS-22超聲自適應(yīng)檢測(cè)設(shè)備、MUI-21 大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超聲自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)設(shè)備、CUS-2F復(fù)合材料纏繞超聲自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)設(shè)備等，為國內(nèi)復(fù)合材料研究和工業(yè)應(yīng)用部門提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和支撐，在航空型號(hào)研制和生產(chǎn)中一直在發(fā)揮重要作用。特別是正在研制的 UltraScan 9000復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化超聲自動(dòng)掃描檢測(cè)系統(tǒng)，多達(dá)20檢測(cè)通道，采用獨(dú)特的自動(dòng)跟蹤掃描技術(shù)，可以適應(yīng)7500mm×6000mm以上規(guī)格的復(fù)合材料構(gòu)件的自動(dòng)掃描檢測(cè)。
采用這種數(shù)字化、自動(dòng)化超聲檢測(cè)技術(shù)，可以通過直觀的圖像方式再現(xiàn)被檢測(cè)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的詳細(xì)分布和整個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部質(zhì)量情況，進(jìn)行缺陷的量化評(píng)估。
對(duì)復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)發(fā)展的思考
復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)是一個(gè)與復(fù)合材料及其制造工藝密切相關(guān)的專業(yè)技術(shù)，其發(fā)展和應(yīng)用必須緊密結(jié)合自身的復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造、應(yīng)用等特點(diǎn)進(jìn)行合理規(guī)劃，例如Boeing 和Airbus公司一直結(jié)合自身的復(fù)合材料研發(fā)計(jì)劃和生產(chǎn)任務(wù)，在開展復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)的研究和應(yīng)用。特別是基于設(shè)備的復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)，針對(duì)性更強(qiáng)，去過Boeing和Airbus公司參觀的人都能感覺到在復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)方面，他們具有明顯的不同特點(diǎn)和技術(shù)思路。復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵是需要有十分強(qiáng)大的技術(shù)支持的特殊專業(yè)設(shè)備，集無損檢測(cè)、傳感器、儀器、信號(hào)處理、掃描控制、成像以及計(jì)算機(jī)、機(jī)械、電器、數(shù)控等多專業(yè)、多學(xué)科于一體，專業(yè)性極強(qiáng)，屬于特殊的個(gè)例技術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)用，必須結(jié)合復(fù)合材料、工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造等進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)。Boeing和 Airbus公司都花費(fèi)巨資，進(jìn)行了長時(shí)間的持續(xù)研發(fā)和技術(shù)積累，才有今天的技術(shù)規(guī)模。
我國在這方面幾十年的簡(jiǎn)單引進(jìn)案例反復(fù)表明，要從根本上解決復(fù)合材料數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)，僅單純或機(jī)械地引進(jìn)一兩臺(tái)檢測(cè)設(shè)備，遠(yuǎn)不能從根本上解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)。
一方面，目前我國每年都要花費(fèi)大量資金從國外購買一些不太適合自身型號(hào)研制和生產(chǎn)特點(diǎn)的檢測(cè)設(shè)備，而且這些檢測(cè)設(shè)備的引進(jìn)又大多缺乏技術(shù)依托和配套技術(shù)支持，缺少應(yīng)用開發(fā)和相關(guān)技術(shù)配套，因此難以形成有效的生產(chǎn)能力。另一方面，在型號(hào)研制和生產(chǎn)中又急需無損檢測(cè)技術(shù)設(shè)備來確保裝機(jī)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，幫助穩(wěn)定工藝，為材料研究提供評(píng)價(jià)手段，為設(shè)計(jì)應(yīng)用反饋信息，保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制和型號(hào)生產(chǎn)過程中裝機(jī)件質(zhì)量。
因此，今后的發(fā)展規(guī)劃與思路，應(yīng)立足自我，充分利用國際技術(shù)平臺(tái)，根據(jù)自身型號(hào)批量生產(chǎn)和復(fù)合材料裝機(jī)應(yīng)用特點(diǎn)，利用有效的資金，開發(fā)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)裝備，建立適合自身技術(shù)特點(diǎn)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)字化、自動(dòng)化無損檢測(cè)技術(shù)體系和平臺(tái)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)內(nèi)涵。(end)
評(píng)論