CN105259248A - 航空发动机叶片表面损伤涡流扫查系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于无损检测领域中电磁涡流检测技术范畴。航空发动机涡轮叶片是飞机上十分重要的零件，其疲劳断裂很可能导致机毁人亡的恶性事故，实际生产中，对叶片表面损伤的检测，多采用磁粉检测方式，人工因素多，难以适应自动化生产需要，而超声等方法对叶片表面损伤检测灵敏度低，疲劳裂纹的出现往往始于叶片表面，故对表面损伤检测十分重要。用涡流检测是一个可行方法，本发明提出用高灵敏度差动激励涡流传感器和机器人相结合，利用机器人高度柔性化和灵活的轨迹规划能力，对叶片这种非规则曲面零件进行轨迹的反求设计，在此基础上，利用安装在机器人臂上的涡流传感器进行沿轨迹扫查，是一种切实可行方案。

Description

航空发动机叶片表面损伤涡流扫查系统

技术领域

本发明属于电磁涡流无损检测技术领域，涉及一种为检测航空发动机叶片零件表面缺陷而设计制作的涡流传感器及机器人扫查结构，具有可实现自动化、便捷、高效的特点，希望取代目前实际生产中，航空叶片检测人工依存度高、效率低下的检测方式。

背景技术

叶片是航空发动机关键零部件之一，因叶片疲劳损伤发生的破坏，轻则使整台发动机报废，重则导致机毁人亡，所以对叶片的检测不容忽视。在整机装配前，通常需要对叶片逐个检测。目前实际生产线上还是采用磁粉检测方式，人工依存度大，不利于实现自动化。比较有希望取代人工方法实现自动化的，主要有超声和电磁检测方式，但超声检测对叶片表面损伤不敏感，而叶片疲劳裂纹的出现，则往往是先从表面开始的，因此对叶片表面缺陷检测不容忽视。电磁检测技术中最典型方法涡流检测方法，无须耦合，检测效率高，是一种能够用于叶片表面缺陷检查的，较有前景的方法。

本发明提出了一种能够有效检测叶片表面损伤的涡流传感器结构和机器人扫查系统。传感器结构中有相互垂直的两组激励线圈，分别通以幅度相等、相角差相差90度的正、余弦电流，在试件表面感应出幅度均匀、方向逐渐改变的涡流激励场，实现对方向随机分布的实际缺陷的有效检测。针对航空发动机叶片这种小曲率曲面零件扫查轨迹难于规划的问题，利用机器人夹持涡流传感器探头，利用三坐标机器人预先测量叶片表面轨迹，利用机器人适应叶片零件复杂轨迹跟踪，满足叶片这种曲面零件的有效检测。

本发明的目的在于为检测飞机航空发动机叶片表面缺陷提供一种新型的涡流传感器和扫查机构。

发明内容

本发明中传感器结构由两组激励线圈和一个接收线圈组成，其中两个激励绕组相互垂直放置。分别在两个绕组中通以正、余弦交流电，则会在试件中产生强度均匀，方向逐渐变化的激励涡流场，当试件没有缺陷时，由于激励场中电流强度是平衡的，则检测线圈中没有信号输出，当试件中存在缺陷时，这种平衡被打破，则检测时会有信号输出。

传感器通过夹持装置安装在机器人手臂上，将待检的叶片零件安装在扫查台上，检测时叶片不动，由机器人手臂带动涡流传感器在叶片表面做复杂的曲面运动，实现检测。

有益效果：

本发明设计了一种新型涡流传感器结构和机器人检测装置，以有效实现飞机发动机叶片检测。这种传感器结构和检测方式可有效解决叶片零件这类小曲率曲面零件的检测问题，对于取代实际生产中落后的检测方式，具有重要意义。

附图说明:

图1：传感器结构简图，

图中：1－激励信号端，输入正弦信号；2－激励信号端，输入余弦信号；3—检测信号端。

图2：传感器安装实物图，图中白塑料部分即是。

图3：机器人扫查部分安装图。

图4：叶片零件安装图。

图5：缺陷试件图，图中缺陷尺寸长×宽×深为10×0.15×1mm，以不同角度放置。

图6：本专利新结构传感器的检测结果。

具体实施方式

为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例中选用叶片试件，材料为高温合金，在上面用电火花蚀刻方式加工出尺寸为(宽×长×深)0.15mm×10mm×1mm的裂纹状缺陷，呈不同角度设置，如图5所示，这样设置缺陷的目的是考查传感器对不同方位缺陷的检出能力。

将传感器沿叶片移动，在缺陷位置可观测到信号幅值发生突变，如图6所示，将信号通过低通滤波器等进一步处理，即可清晰提取出缺陷信号。当裂纹角度倾斜时，检测结果幅值也出现突变，肉眼可以观察出来。

本实施例仅为一种材料的试件进行了检测。本发明可以对多种导电材料进行检测，且传感器的线圈圈数、线径等可以调整。

Claims (4)

1.一种航空发动机叶片表面损伤涡流检测扫查系统，其特点是采用高灵敏度差激励式涡流传感器，安装在机器人手臂型号为STAUBLII型，首先利用反求设计法求出叶片零件的轨迹坐标图，再将其输入到机器人手臂中进行轨迹规划，使机器人手臂严格沿叶片表面轨迹进行移动，这样，当有损伤出现时，机器人手臂上的涡流传感器，其幅度值会发生突变，从而检测到损伤出现。绕组中通以正、余弦交流电，则会在试件中产生强度均匀，方向逐渐变化的激励涡流场，当试件没有缺陷时，由于激励场中电流强度是平衡的，则检测线圈中没有信号输出，当试件中存在缺陷时，这种平衡被打破，则检测时会有信号输出。

2.一种航空发动机叶片表面损伤涡流检测扫查系统，该系统涡流传感器安装在机器人手臂上，通过下列方式实现：

将涡流传感器通过夹持装置安装在机器人手臂上，由机器人带动传感器按照预先设定的轨迹完成扫查运动，叶片安装在扫查台上静止不动，用电火花蚀刻机在叶片表面蚀刻出微损伤裂纹，由机器人实现传感器快速扫查。

3.一种航空发动机叶片表面损伤涡流检测扫查系统，其具体检测方式为：

在涡流传感器的两个绕组中分别通以相位差为90度的交流电，则会在检测试件中激发出一个强度均匀，方向旋转变化的涡流场，则分布在叶片上任意角度的损伤都能被检到，从而显著降低漏检率。

4.系统中涡流传感器由差动激励式传感器构成，该传感器对不同方向的裂纹均有较好灵敏度，产生漏检可能性很小，其处理电路由以下环节组成：

电路主要分为两部分，激励电路和信号处理电路。其中激励部分由ICL8038作为函数发生芯片，产生幅值、频率可调的正弦激励信号，通过电压跟随器后，信号分成两路。其中一路通过移相器实现与另一路的90度相位差。至此实现对两对线圈绕组相位相差90度的激励工作。

由检测线圈拾取的原始信号需要处理电路进行进一步处理。信号首先通过放大器，进行初步放大后经过鉴相器滤除交流成分及部分干扰，保留包含缺陷尺寸信息的直流成分。再经过两次放大并滤波最终实现信号输出至计算机。