CN115494150A - 一种电涡流无损检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电涡流无损检测装置及方法，包括传感器夹持机构、叶片夹装机构和矢量控制机构，所述矢量控制机构中部设有叶片夹装机构，所述矢量控制机构上方设有传感器夹持机构，所述矢量控制机构用于调整传感器夹持机构的矢量控制机构；所述调整传感器夹持机构接受矢量控制机构的调节时，能够使传感器测头与叶片待检测面垂直。本发明通过叶片夹装机构固定叶片，然后通过矢量控制机构调整传感器夹持机构与叶片角度，实现测头在叶片检测时，其轴线的矢量始终垂直于叶片的型面，以便准确、快速的反应出叶片裂纹位置，大幅提升叶片裂纹无损检测精度和效率，避免手持式检测无法精准定位以及手持摆动造成数据不稳定导致误判和效率低下问题。

Description

一种电涡流无损检测装置及方法

技术领域

本发明属于航空发动机无损检测技术领域，具体涉及一种电涡流无损检测装置及方法。

背景技术

涡轮叶片是航空发动机中涡轮部分的重要组成零部件，通过对气体做功，为飞机提供飞行动力。涡轮叶片一般承受较大的工作应力和较高的工作温度，且应力和温度的变化也较频繁和剧烈，其工作环境严酷使叶片极易产生裂纹缺陷，在振动和应力的综合作用下导致叶片疲劳断裂，是发动机故障的主要原因。目前叶片表面裂纹缺陷的检测方法通常采用无损检测的方法进行。由于叶片裂纹为表面的微裂纹，造成的电涡流的磁场改变很小，因此无损检测要求传感测头灵敏度很高。但高灵敏度，就意味着测量系统的抗干扰能力下降。

目前，由于涡轮叶片为变截面曲面，形状复杂，现场没有可以控制测头轴线的矢量垂直于叶片表面的装置，操作者只能手持传感器进行测量，造成了检测精度差、效率低，无法满足大量叶片终检需求。为了减少影响测量结果的干扰因素，需要探头必须垂直于被测表面，实现对叶片表面和近表面缺陷的检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电涡流无损检测装置及方法，以解决现有无损检测过程中测头难以垂直于被测表面的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

第一方面，一种电涡流无损检测装置，包括传感器夹持机构、叶片夹装机构和矢量控制机构，所述矢量控制机构中部设有叶片夹装机构，所述矢量控制机构上方设有传感器夹持机构。

本发明的进一步改进在于：所述传感器夹持机构包括支架、连杆、安装块、固定块、导向销和弹簧，所述支架下方均匀设有若干根连杆，所述支架上方设有安装块，所述安装块与支架之间设有若干根导向销，每根所述导向销外侧都设有弹簧，所述安装块和支架之间设有固定块，所述固定块、安装块和支架中心开设通孔，所述通孔用于夹持传感器测头。

本发明的进一步改进在于：所述固定块和传感器测头之间通过螺钉连接。

本发明的进一步改进在于：所述支架为工字型结构，所述连杆与支架垂直。

本发明的进一步改进在于：所述连杆远离支架的一端为球体，所述球体用于与矢量控制机构滑动配合。

本发明的进一步改进在于：所述矢量控制机构包括底板，所述底板上方设有四个导块，每个导块上方设有导轨。

本发明的进一步改进在于：所述叶片夹装机构包括压紧螺钉、叶片定位块和定位板，所述定位板为U形，所述定位板一端设有定位块，另一端设有压紧螺钉，所述定位块和压紧螺钉之间用于固定叶片。

本发明的进一步改进在于：所述压紧螺钉与定位板之间螺纹连接，所述压紧螺钉与叶片之间还设有顶块，所述顶块嵌套在压紧螺钉外侧。

本发明的进一步改进在于：所述顶块下方设有支撑块。

第二方面，一种电涡流无损检测方法，包括以下步骤：

通过叶片夹装机构固定叶片；

通过传感器夹持机构固定传感器测头；

通过矢量控制机构调整传感器夹持机构使传感器测头与叶片待检测面垂直进行检测。

与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明通过叶片夹装机构固定叶片，然后通过矢量控制机构调整传感器夹持机构与叶片角度，实现测头在叶片检测时，其轴线的矢量始终垂直于叶片的型面，以便准确、快速地反应出叶片裂纹位置，大幅提升叶片裂纹无损检测精度和效率，避免手持式检测无法精准定位以及手持摆动造成数据不稳定导致误判和效率低下问题，检测周期由40分钟/件缩短至10分钟/件，检测效率提升75％，大幅缩短工作周期；

2、本发明在底板上替换导块可以用于检测叶片不同的平面，与传统检测方式相比节省了多余工装的制造，且一体化设计较常规设计结构每件叶片减少5套工装，对应每件叶片节约工装制造费用2.5-3万元，在批产型号、任务量大的条件下，效果更为突出；

3、本发明通过在顶块下方设置支撑块，实现辅助支撑的功能，解决了叶片因为定位过短，在使用过程中因为叶尖受力原因造成叶片的移动的问题，稳定了叶片的定位。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明一种电涡流无损检测装置中待测叶片被测截面的示意图；

图2为本发明一种电涡流无损检测装置的结构示意图；

图3为本发明一种电涡流无损检测装置的叶片装夹机构结构图；

图4为本发明一种电涡流无损检测装置的传感器夹持机构结构图；

图5为本发明一种电涡流无损检测装置的矢量控制机构图；

图6为本发明一种电涡流无损检测装置的测头导向轨迹计算示意图；

图中：1、支架；2、连杆；3、安装块；4、固定块；5、传感器测头；6、螺钉；7、导向销；8、弹簧；9、叶片；91、叶片内缘板；92、叶片缘板；10、压紧螺钉；11、叶片定位块；12、顶块；13、支撑块；14、定位板；15、底板；16、导块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

实施例1

一种电涡流无损检测装置，如图2所示，包括传感器夹持机构、叶片夹装机构和矢量控制机构，矢量控制机构中部设有叶片夹装机构，矢量控制机构上方设有传感器夹持机构，传感器夹持机构中夹持的传感器测头5与叶片夹持机构夹持的叶片9轴线垂直。

如图4和图6所示，传感器夹持机构包括支架1、连杆2、安装块3、固定块4、传感器测头5、螺钉6、导向销7和弹簧8，支架1为工字型结构包括两根侧梁和一根横梁，两根侧梁互相平行，两根侧梁之间设有与侧梁垂直的横梁。支架1的四个角上各设有一根连杆2，即每根侧梁的两端下方各设有一根连杆2，连杆2与支架1固定连接且连杆2与支架1垂直。连杆2远离支架1的一端为球体。横梁上设有安装块3，安装块3为U形结构，安装块3开口两端与横梁固定连接。安装块3顶部中心和支架1中心都开设有通孔用于设置传感器测头5，安装块3和支架1的横梁之间设有固定块4，固定块4套设在传感器测头5的外侧，固定块4上方设有若干导向销7，每个导向销7外侧套设有一根弹簧8。传感器5使用螺钉6固定在固定块4中，使固定块4可沿两个导向销7上下运动。当传感器测头5接触待检测叶片时，拧动螺钉6调整传感器测头5上下位置，确保传感器测头5和固定块4被叶片顶起，压缩弹簧8受力，保证测头5可以时刻接触叶片型面，并且接触力可以通过传感器测头5的固定位置进行调整。

传感器测头5为涡流检测线圈通常又称探头，在通交流电时能够产生突变磁场，并在与其接近的导电体中激励产生涡流，涡流所产生的感应磁场，电磁线圈将感应磁场转换为交变的电信号，并将检测信号传输给检测仪器。

如图5所示，矢量控制机构包括底板15和四个导块16，底板15为水平板，底板15上方均匀设有四个导块16，每个导块16顶部设有导槽，导槽用于与连杆2底部球体配合，从而调整传感器测头5与叶片9的位置关系。

如图3所示，叶片夹装机构包括压紧螺钉10、叶片定位块11、顶块12、支撑块13、定位板14和待夹装的叶片9，叶片定位块11为U字形，叶片定位块11设置在底板15上方，叶片定位块11两侧设有两个导槽倾斜角度相同的导块16，叶片定位块11开口朝上，叶片定位块11一个侧臂上开设有第一螺纹孔，压紧螺钉10穿过第一螺纹孔与叶片定位块11螺纹相连，压紧螺钉10在叶片定位块11内的一端与顶块12相连，顶块12嵌套在压紧螺钉10外侧，顶块12与叶片9的叶片缘板92相接触，顶块12与叶片缘板92相邻处下方设有支撑块13，支撑块13底部设置在叶片定位块11上。叶片9两端分别为叶片内缘板91和叶片缘板92，叶片9设置在叶片定位块11两个侧臂之间，叶片缘板92与顶块12相接触，叶片内缘板91与定位板14固定连接，定位板14设置在叶片定位块11远离压紧螺钉10的侧壁上，定位板14通过和叶片内缘板91的定位面贴合，限制叶片自由度，实现定位，定位板14侧壁开设有若干第二螺纹孔，当定位板。14与叶片内缘板91贴合时，在所有的第二螺纹孔内拧入螺钉侧向固定叶片9。定位板14通过贴合叶片内缘板侧面限制了叶片9前后移动的自由度，叶片9被限制全部自由度实现定位。支撑块13实现辅助支撑的功能，叶片9因为定位过短，在使用过程中因为叶尖受力原因造成叶片的移动，支撑块13解决了因为定位一端的悬臂结构，受力时容易造成的移动的问题，稳定了叶片9的定位。压紧螺钉10给叶片9施加预紧力，保证叶片9定位接触充分，实现预定位和安装时的变形。完成全部定位和辅助支撑后，通过压紧螺钉10压紧叶片9。

矢量控制机构如图4所示：由四个导块16一个底板15组成。根据叶片测量截面的矢量和位置，计算出四个连杆的圆球的球心坐标，拟合出每个球心的运动轨迹，生成圆球的运动包络图形，计算导块16上的半圆形导槽的运动型面。每个不同的叶片截面可以使用不同的矢量控制机构，而叶片装夹机构和传感器夹持机构可以共用，通过统一尺寸的接口，实现检测叶片不同截面时叶片装夹机构快速更换，节省了叶片装夹机构和传感器夹持机构，节约工装成本。

导块16运动轨迹计算方法：如图5所示，以连杆2底部球体的球心位置建立坐标系{O}-(X₀，Y₀，Z₀)，叶片9上的测量点为P，在坐标系{O}下的几何要素为(X_P，Y_P，Z_P，i_p，j_p，k_p)。其中(X_P，Y_P，Z_P，)为坐标值，(i_p，j_p，k_p)为单位矢量在x、y、z坐标轴上的投影值。固连在连杆2上的球心S1相对于P点的位置为(60,40,11)，而球心S1在工艺球坐标系{O}下的坐标值即为运动轨迹点。转换成数学模型即为求取在坐标系{P}中的点

在工艺球坐标系{O}下的新坐标^oS1。数学表达式为：

其中旋转矩阵

表示坐标系{P}相对于{O}的位置。如图6所示，P坐标系绕Z_P轴旋转α,α＝tan^-1(k_p/i_p)，之后再新的旋转结果上绕Y_P轴旋转β，β＝sin^-1(j_p)。代入旋转矩阵

其中cα＝cosα,sα＝sinα。

将单位矢量(0.083944,-0.732645,-0.675414)代入矩阵计算公式，得到

得到传感器测头5在检测截面移动时S1的运动轨迹，得到球体的包络体，通过求差计算取得导块16的半圆槽导轨。使用相同的方式计算出S2、S3、S4在坐标系{O}的位置。传感器夹持机构放置在半圆槽导轨上移动，就可以保证传感器测头5在进行无损检测时测头时刻接触测量截面，测头轴线的矢量垂直于叶片表面，实现装置的功能。

实施例2

一种电涡流无损检测方法，基于实施例1中的一种电涡流无损检测装置，包括以下步骤：

将叶片9的叶片内缘板91和定位板14贴合，将叶片缘板92放在支撑块13上方，并拧紧压紧螺钉10使叶片固定，通过调整连杆2下方球体在导块16中的位置使传感器测头5对叶片9进行检测。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电涡流无损检测装置，其特征在于，包括传感器夹持机构、叶片夹装机构和矢量控制机构，所述矢量控制机构中部设有叶片夹装机构，所述矢量控制机构上方设有传感器夹持机构，所述矢量控制机构用于调整传感器夹持机构的矢量控制机构；

所述调整传感器夹持机构接受矢量控制机构的调节时，能够使传感器测头与叶片待检测面垂直。

2.根据权利要求1所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述传感器夹持机构包括支架(1)、连杆(2)、安装块(3)、固定块(4)、导向销(7)和弹簧(8)，所述支架(1)下方均匀设有若干根连杆(2)，所述支架(1)上方设有安装块(3)，所述安装块(3)与支架(1)之间设有若干根导向销(7)，每根所述导向销(7)外侧都设有弹簧(8)，所述安装块(3)和支架(1)之间设有固定块(4)，所述固定块(4)、安装块(3)和支架(1)中心开设通孔，所述通孔用于夹持传感器测头(5)。

3.根据权利要求2所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述固定块(4)和传感器测头(5)之间通过螺钉(6)连接。

4.根据权利要求2所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述支架(1)为工字型结构，所述连杆(2)与支架(1)垂直。

5.根据权利要求2所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述连杆(2)远离支架(1)的一端为球体，所述球体用于与矢量控制机构滑动配合。

6.根据权利要求1所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述矢量控制机构包括底板(15)，所述底板(15)上方设有四个导块(16)，每个导块(16)上方设有导轨。

7.根据权利要求1所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述叶片夹装机构包括压紧螺钉(10)、叶片定位块(11)和定位板(14)，所述定位板(14)为U形，所述定位板(14)一端设有定位块(14)，另一端设有压紧螺钉(10)，所述定位块(14)和压紧螺钉(10)之间用于固定叶片(9)。

8.根据权利要求7所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述压紧螺钉(10)与定位板(14)之间螺纹连接，所述压紧螺钉(10)与叶片(9)之间还设有顶块(12)，所述顶块(12)嵌套在压紧螺钉(10)外侧。

9.根据权利要求8所述的一种电涡流无损检测装置，其特征在于，所述顶块(12)下方设有支撑块(13)。

10.一种电涡流无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过叶片夹装机构固定叶片(9)；

通过传感器夹持机构固定传感器测头(5)；

通过矢量控制机构调整传感器夹持机构使传感器测头(5)与叶片(9)待检测面垂直进行检测。

Images