CN103512906A - 航空复合材料蜂窝结构件x射线cr检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，包括以下步骤：设计及制作蜂窝结构件的人工缺陷试块、制作人工缺陷标准底片、对人工缺陷试块进行X射线CR检测与传统胶片法X射线检测进行等价性分析、优化X射线CR检测成像参数。本发明的优点是：实现了将X射线CR检测技术应用于对航空领域复合材料蜂窝结构件检测，实现复合材料蜂窝结构件的射线检测数字化，从而更好的利用数字化技术来提高检测的效率和效果，灵敏度、分辨率、影像效果提高；完整的检测过程，更有利于该技术在复合材料蜂窝结构件上的应用；CR技术中IP成像板替代传统的胶片，能够从很大程度上节约检测成本，同时避免了胶片处理所带来的大量废液对环境的危害。

Description

航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法

技术领域

本发明涉及一种X射线CR检测方法，特别是一种航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法。 

背景技术

复合材料蜂窝结构件中存在的缺陷包括：蜂窝变形、蜂窝压皱、蜂窝切断、节点分离、蜂窝注水等。这些缺陷需要通过X射线检测进行评估确定。 

通常飞机副翼上下蒙皮、后机身后段口盖、后段维护平台等零部件所包含的蜂窝结构件数量多、面积大，这些蜂窝结构件都需要采用X射线进行照相。传统的X射线检测，采用工业胶片法对蜂窝结构件进行透照，但是传统胶片法X射线检测在检测过程中，不仅需要持续不断消耗大量胶片，而且检测速度慢，在对胶片进行暗室处理的过程中，还将产生大量对环境有危害的废液。随着数字化技术的飞速发展，非胶片的数字化检测技术得到越来越多的应用。数字化射线检测技术涵盖了CR技术、实时成像技术、阵列探测器技术、CT技术等，其中以CR检测技术的灵敏度、分辨率最高，而且其影像效果也最接近甚至超过底片影像，国外也有较为成熟的工艺作为参考，因此得到更多行业的关注。 

然而，CR技术采用IP成像板替代传统的胶片完成射线信号的探测和转换并采用了图像数字化技术，因此使射线检测技术出现了新的过程，检测图像也具有了新的特点，对技术控制也产生了新的要求，尤其是该技术在航空领域复合材料蜂窝结构件中的应用，尚无先例；如何采用CR技术对复合材料蜂窝结构件进行有效地检测？对复合材料蜂窝结构件进行CR检测过程中应该至少包括哪些内容，才能达到检测目的？以及如何选择CR检测参数等，这些问题都需要得到解决，才能更加完善复合材料蜂窝结构件的检测技术。此外，采用CR技术替代传统射线照相检测技术时，必须考虑其与传统胶片法是否具有同等的缺陷检验能力，也就是“等价性”问题，该问题也是重点研究之一。 

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种将X射线CR检测技术应用于对航空复合材料蜂窝结构件进行检测的方法，实现数字化检测，提高效率和效果，节约成本。 

技术方案：一种航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，包括以下步骤： 

步骤（1）设计及制作蜂窝结构件的人工缺陷试块：根据蜂窝结构件的加工过程特点、设计要求、验收标准来确定蜂窝结构件可能出现的所有缺陷，并将所有缺陷采用人工方式集中制作于一个试块上，得到人工缺陷试块； 

步骤（2）制作人工缺陷标准底片：对步骤（1）得到的所述人工缺陷试块用传统胶片法X射线检测，对在不同照相参数下获得的底片进行分析，确定出最佳参数的底片作为人工缺陷标准底片； 

步骤（3）对人工缺陷试块进行X射线CR检测与传统胶片法X射线检测进行等价性分析：对步骤（1）得到的所述人工缺陷试块用X射线CR检测，对在不同成像参数下获得的影像与步骤（2）得到的所述人工缺陷标准底片对比，得到等同或优于所述人工缺陷标准底片的影像，并以该影像确定出合理的X射线CR检测成像参数； 

步骤（4）优化X射线CR检测成像参数：对步骤（3）确定出的合理的X射线CR检测成像参数，不断调整优化，提高X射线CR检测对缺陷的检出能力，并将影像与所述人工缺陷标准底片对比，得到更高质量的X射线CR检测影像。 

其中，步骤（1）中，所述试块其材料及复材铺层信息与所述蜂窝结构件完全一致，以便能够在试块上完整表现蜂窝结构件对X射线的吸收状态。 

其中，步骤（1）中，所述蜂窝结构件可能出现的所有缺陷包括小于验收值的缺陷、近似于验收制的缺陷、超过验收制的缺陷。 

蜂窝结构的缺陷和金属材料的缺陷有很大差别，如果仅仅是在实际产品中发现蜂窝缺陷，收集整理为缺陷样件，成本过高，周期太长；另外实际产品中的缺陷难以涵盖所有缺陷，并且缺陷尺寸单一，无法获得不同尺寸的蜂窝缺陷，目前也没有相关厂商能够提供符合要求的缺陷试块。因此在节省成本、时间的条件下，需要专门制作蜂窝结构件的人工缺陷试块，而人工缺陷试块本身能够代表实际生产过程中复合材料蜂窝结构件的检测过程。 

其中，步骤（2）中，所述对底片进行分析从黑度、蜂窝变形情况、对缺陷的表现能力等方面进行。 

其中，步骤（3）中，所述对在不同成像参数下获得的影像与步骤（2）得到的所述人工缺陷标准底片对比，对比内容包括：传统胶片法X射线检测和X射线CR检测对于缺陷细节的反应、对最小缺陷的检出能力、被检部位的底片黑度和影像灰度等评价缺陷 的指标。 

其中，步骤（4）中，所述优化成像参数，包括CR检测的管电压、曝光率、焦距等参数及其最佳组合，包括成像方法技术、图像处理技术等辅助措施，来提高整个检测的空间分辨率及成像的信噪比。 

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：实现了将X射线CR检测技术应用于对航空领域复合材料蜂窝结构件检测，实现复合材料蜂窝结构件的射线检测数字化，从而更好的利用数字化技术来提高检测的效率和效果，灵敏度、分辨率、影像效果提高；完整的检测过程，更有利于该技术在复合材料蜂窝结构件上的应用；CR技术中IP成像板替代传统的胶片，能够从很大程度上节约检测成本，同时避免了胶片处理所带来的大量废液对环境的危害。 

附图说明

图1为人工缺陷试块主视图； 

图2为图1的A-A剖视图； 

图3为缺陷类型为夹杂的蜂窝缺陷上，夹杂物在蜂窝芯未倒角区域的摆放位置； 

图4为缺陷类型为夹杂的蜂窝缺陷上，夹杂物在蜂窝芯倒角区域的摆放位置。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 

现以某型号民机左侧副翼下蒙皮为例，说明本发明的检测方法。 

某型号民机左侧副翼下蒙皮，该被检零件在设计图纸上要求对蜂窝区域进行X射线检测。由于传统胶片法X射线检测技术具有成熟的检测过程，因此，如果采用传统胶片法对被检零件进行X射线检测，则按照客户规范执行，最终对获得满足要求的底片进行分析评价，完成检测。如果采用CR等数字化射线检测技术，则没有完善、成熟的检测过程予以借鉴；而且作为新的检测技术，其在检测能力方面是否达到传统胶片法的检测能力，是客户及检测人员所关注的内容。如何实现X射线CR检测与传统胶片法X射线检测之间的对比？以下详细说明对被检零件的X射线CR检测方法步骤。 

第一，确定客户设计图纸中被检零件的铺层信息，先确定被检零件蜂窝结构部分，基本是平板状，没有过多的曲面变化，因此确定所要制作的人工缺陷试块可采用平板试 块进行，无需增加曲面变化。另外，设计图纸中的铺层信息，包括预浸料的牌号、胶膜牌号、蜂窝芯牌号及规格、预浸料的层数、胶膜的位置、蜂窝芯是否倒角等，收集所有相关信息，作为人工缺陷试块设计的基本资料。根据这些内容，如附图1、2所示，设计了200×200mm的方形平板试块1，蜂窝倒角的尺寸与被检零件蜂窝芯部分倒角尺寸一致。 

第二，根据被检零件加工工序，参照验收标准，列出了可能出现的蜂窝缺陷，如附图1、2所示，包括节点分离2、吹涨夹芯3、压坏夹芯4、夹杂5，以上蜂窝缺陷在方形平板试块1上分布在不同区域并人工集中制作。如附图3、4所示，结合被检零件加工现场，确定出现夹杂5的可能夹杂物为铁丝6、锡箔纸7、蜂窝纸8、无孔膜9，夹杂物尺寸依据验收标准选取0.6mm、6mm两种规格。综合以上内容，设计人工缺陷试块。 

第三，人工缺陷试块设计完成后，制造部门根据对其设计图纸，依照被检零件加工顺序编制出人工缺陷试块的制造大纲，进行缺陷制作。因为缺陷试块结构是蜂窝芯上下分别铺层胶膜和预浸料，因此在人工缺陷试块加工时，当要进行到放置蜂窝芯，则需要在蜂窝芯上完成缺陷制作，再放置到胶膜上，然后才能在蜂窝芯上铺下一层胶膜。 

在蜂窝芯上制作缺陷，节点分离的蜂窝缺陷，是指两个相邻的蜂窝壁分开，因此必须使用外力，沿蜂窝纵向方向将相邻的蜂窝分开，但绝对不能直接用裁刀去除蜂窝壁，这样一来，就使蜂窝芯缺失、不完整，而不是节点的分开。蜂窝壁分开后，因为周围蜂窝的挤压，因此基本无法看到节点分离，还应用刮刀将分离的蜂窝壁侧壁上的毛刺稍加清除，这样一来，制作的节点分离的蜂窝缺陷就能更清晰体现。 

吹涨夹芯的蜂窝缺陷，可以采用截面比蜂窝芯格尺寸大的圆柱形物体，用外力锤击蜂窝，使蜂窝呈压塌趋势。 

压坏夹芯的蜂窝缺陷，采用截面比蜂窝芯格尺寸略大的一端为圆锥性的笔状物，插入到一个蜂窝芯格内，用外力上下左右移动笔状物，使蜂窝芯格产生变形。一般情况下，笔状物取出后，大部分蜂窝芯格会回复到原来状态，因此，需要反复多次进行。压坏夹芯通常都伴随着节点分离，因此在压坏夹芯的蜂窝缺陷中，会出现更为严重的节点分离是正常情况。 

在放置做好的带有蜂窝缺陷的蜂窝芯时，通常节点分离会在蜂窝芯自身结构的作用下，两个分离的蜂窝壁再次重合，因此，在放蜂窝芯时，用手将两个分开的蜂窝壁轻轻向两侧推开小的间隙，再稍稍用力向下使其固定在胶膜上。这样做出的节点分离才能更 好地在X射线CR检测获得的影像上呈现出来。 

按照人工缺陷试块的设计图纸位置，如附图3、4所示，在蜂窝芯未倒角和倒角的区域分别制作夹杂的蜂窝缺陷。铺胶膜，在胶膜上放置夹杂物，然后应记录夹杂物的放置位置，再继续铺预浸料。 

第四，对完成的人工缺陷试块进行传统胶片法X射线检测，对底片质量的衡量标准一般有两个，分别是灵敏度和黑度。灵敏度的测量是采用与被检材料一致的金属丝型像质计进行测定。但是目前国内外尚无复合材料的丝型像质计，因此对于复合材料蜂窝结构件，无法采用传统的丝型像质计来确定其灵敏度，只能选择尽可能大的曝光量、尽可能小的管电流，采用小焦点、大焦距，来对人工缺陷试块进行胶片拍摄，在符合规范要求的暗室处理条件下，获得相应底片。通过调整照相参数，最终使得底片黑度在2.0左右，即为胶片法所得到的人工缺陷标准底片。 

第五，对人工缺陷试块进行X射线CR检测，因为是数字化检测，因此可以采用国际标准的双丝像质计来确定系统的空间分辨率，并且根据得到的空间分辨率，来计算影像的信噪比。空间分辨率和信噪比成为CR检测影像中两个关键的质量指标。空间分辨率不能小于8线对/mm，而对于信噪比的测定，由于复合材料本身材料的非致密性，所以选择信噪比的计算区域尤为重要，必须在影像上选择无明显灰度变化的区域进行测定信噪比，这样一来，所计算出的信噪比更真实。通过不断地调整成像参数、优化检测环境、减小散射线等手段，使所获影像的空间分辨率和信噪比的值远优于规范要求。 

在现有的数字化检测中，经常忽略对信噪比的测定。而对信噪比的计算，正是数字化影像与射线底片的关联之处。因此，在对复合材料蜂窝结构件的CR检测中，更重视对每张图片的信噪比的计算，该计算方法可以通过检测软件来实现。 

第六，将人工缺陷标准底片与X射线CR检测的数字化影像做对比，发现数字化影像质量优于人工缺陷标准底片，表现在对微小缺陷的检出能力。有些小缺陷及蜂窝芯格变形边缘的微小部分，在人工缺陷标准底片上基本看不到，但是通过以上检测过程得到的数字化影像上能明显区分。再者，人工缺陷标准底片上，复合材料本底的黑度是均匀的，但是数字化影像中，复合材料本底的不均匀性能明显地看到，特别是能分辨出预浸料中的细小针孔。 

因此通过以上过程步骤所选择的X射线CR检测成像参数所得到的影像优于传统胶片法X射线得到的底片质量，本发明X射线CR检测方法能够完整地应用到复合材料蜂 窝结构件的检测过程之中。 

Claims (6)

1.一种航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤（1）设计及制作蜂窝结构件的人工缺陷试块：根据蜂窝结构件的加工过程特点、设计要求、验收标准来确定蜂窝结构件可能出现的所有缺陷，并将所有缺陷采用人工方式集中制作于一个试块上，得到人工缺陷试块；

步骤（2）制作人工缺陷标准底片：对步骤（1）得到的所述人工缺陷试块用传统胶片法X射线检测，对在不同照相参数下获得的底片进行分析，确定出最佳参数的底片作为人工缺陷标准底片；

步骤（3）对人工缺陷试块进行X射线CR检测与传统胶片法X射线检测进行等价性分析：对步骤（1）得到的所述人工缺陷试块用X射线CR检测，对在不同成像参数下获得的影像与步骤（2）得到的所述人工缺陷标准底片对比，得到等同或优于所述人工缺陷标准底片的影像，并以该影像确定出合理的X射线CR检测成像参数；

步骤（4）优化X射线CR检测成像参数：对步骤（3）确定出的合理的X射线CR检测成像参数，不断调整优化，提高X射线CR检测对缺陷的检出能力，并将影像与所述人工缺陷标准底片对比，得到更高质量的X射线CR检测影像。

2.根据权利要求1所述的航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，其特征在于：步骤（1）中，所述试块其材料及复材铺层信息与所述蜂窝结构件完全一致。

3.根据权利要求1所述的航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，其特征在于：步骤（1）中，所述蜂窝结构件可能出现的所有缺陷包括小于验收值的缺陷、近似于验收制的缺陷、超过验收制的缺陷。

4.根据权利要求1所述的航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，其特征在于：步骤（2）中，所述对底片进行分析从黑度、蜂窝变形情况、对缺陷的表现能力等方面进行。

5.根据权利要求1所述的航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，其特征在于：步骤（3）中，所述对在不同成像参数下获得的影像与步骤（2）得到的所述人工缺陷标准底片对比，对比内容包括：传统胶片法X射线检测和X射线CR检测对于缺陷细节的反应、对最小缺陷的检出能力、被检部位的底片黑度和影像灰度等评价缺陷的指标。

6.根据权利要求1所述的航空复合材料蜂窝结构件X射线CR检测方法，其特征在于：步骤（4）中，所述优化成像参数，包括CR检测的管电压、曝光率、焦距等参数及其最佳组合，包括成像方法技术、图像处理技术等辅助措施。

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