CN212722731U - 一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，所述超声检测装置包括复合材料夹具、综合测试系统、激光冲击系统和超声检测系统，通过复合材料夹具夹持住复合材料，综合测试系统控制超声检测系统对复合材料进行检测并将检测结果反馈到综合检测系统，判断复合材料是否出现缺陷，综合测试系统控制激光冲击系统对复合材料进行激光冲击，冲击后再控制超声检测系统检测复合材料是否出现缺陷，综合测试系统反复控制激光冲击系统对复合材料进行冲击和超声检测系统进行超声检测，激光冲击系统对复合材料激光冲击的功率逐级上升，直至超声检测系统测得的结果判定复合材料已经完全脱粘，根据最后一次激光冲击的功率可以得到复合材料的粘合强度。
Description
技术领域
本实用新型属于复合材料的性能检测领域，尤其涉及一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置。
背景技术
当前工业零部件普遍包含通过粘结方式形成复合材料元件，以满足各种防护、增加强度、形成双极等功能。如飞机的油漆涂层通过粘结力与飞机机翼材料粘结，芯片材料的半导体通过环氧树脂与铜铝等基底材料粘结等。这类复合材料的界面粘结强度缺陷一直以来是检测的难点，间接的影响了零部件的使用寿命和性能稳定。当前，对界面粘结质量检测方法通常以测量粘结力为主，存在操作困难和离散性大，也无法实现实时测量。这种方法的不足之处还表现在因为直接测量粘结力，采用接触式拉力测量时，需要对样品进行表现粘结夹具，从而引入较大的负载效应，测量的结果准确性不高，而且无法获得界面粘结缺陷的位置和形态。另一方面，有直接采用超声进行测量的方法，这种方法对界面已经存在的缺陷通常能够检测出来，但是对于材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷无法检测出来，因为这种缺陷在使用过程中因为振动、冲击等，就会显现出来，而采用当前常用的超声无损检测是无法实现检测的。
现有技术中存在复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷无法检测出来的技术问题。
实用新型内容
本实用新型提供了一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，解决了现有技术中存在复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷无法检测出来的技术问题。
本实用新型提供的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，所述超声检测装置包括复合材料夹具、综合测试系统、激光冲击系统和超声检测系统，
所述复合材料夹具用于将复合材料进行固定夹持；
所述综合测试系统分别电连接激光冲击系统和超声检测系统；
所述激光冲击系统设置在复合材料夹具的上方，用于对复合材料进行激光冲击；
所述超声测试系统用于对复合材料进行超声检测并将检测结果会送至综合检测系统；
所述综合测试系统用于控制激光冲击系统对复合材料进行冲击、控制超声检测系统对复合材料进行超声检测以及根据超声检测系统回送的结果进行分析处理。
优选地，所述超声检测系统包括超声检测控制器和超声换能器，所述超声检测控制器与综合检测系统电连接，所述超声检测控制器与超声换能器电连接，用于控制超声换能器对复合材料进行检测，所述超声换能器用于对复合材料发出超声信号以及接收超声信号。
优选地，所述超声检测装置还包括可以沿水平方向和竖直方向移动的XY平台，所述超声换能器安装在XY平台上，XY平台用于带动超声换能器贴紧复合材料或远离复合材料。
优选地，所述超声检测装置还包括XY平台控制器，所述XY平台控制器与综合测试系统电连接，所述XY平台控制器与XY平台电连接，用于控制XY平台沿水平方向或竖直方向移动。
优选地，所述激光冲击系统包括激光源和激光控制器；所述激光控制器与综合检测装置相连接，所述激光控制器与激光源电连接，用于控制激光源对复合材料进行激光冲击，所述激光源置于复合材料的正上方，用于发出激光对复合材料进行冲击。
优选地，所述XY平台包括支撑架和可伸缩的安装架，所述安装架可沿竖直方向移动的安装在支撑架上，所述超声换能器安装在支撑架上，所述支撑架上还设有力传感器，所述力传感器用于检测超声换能器与复合材料之间的贴合力。
优选地，所述超声换能器的工作面上设有耦合材料。
优选地，所述超声换能器为相控阵列超声换能器。
优选地，所述复合材料夹具置于所述超声换能器的上方，所述超声换能器的工作面通过耦合材料贴紧所述复合材料的底面。
优选地，所述复合材料夹具置于所述超声换能器的下方，所述超声换能器的工作面通过耦合材料贴紧所述复合材料的顶
从以上技术方案可以看出，本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供了一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，所述超声检测装置包括复合材料夹具、综合测试系统、激光冲击系统和超声检测系统，通过复合材料夹具夹持住复合材料，综合测试系统控制超声检测系统对复合材料进行检测并将检测结果反馈到综合检测系统，判断复合材料是否出现缺陷，综合测试系统控制激光冲击系统对复合材料进行激光冲击，冲击后再控制超声检测系统检测复合材料是否出现缺陷，综合测试系统反复控制激光冲击系统对复合材料进行冲击和超声检测系统进行超声检测，激光冲击系统对复合材料激光冲击的功率逐级上升，直至超声检测系统测得的结果判定复合材料已经完全脱粘，根据最后一次激光冲击的功率可以得到复合材料的粘合强度，通过综合测试系统能够完全的将复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷的情况完全检测出来，从而解决了现有技术中存在复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷无法检测出来的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置折射式超声检测的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置反射式超声检测的结构示意图。
对应说明书附图内的附图标记参考如下：
1、复合材料夹具；300、激光冲击系统；2、激光源；3、激光控制器；400、超声检测系统；4、超声换能器；41、耦合材料；5、超声检测控制器；6、力传感器；7、XY平台；8、XY平台控制器；9、综合测试系统。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，用于解决现有技术中存在复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷无法检测出来的技术问题。
为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，所述超声检测装置包括复合材料夹具1、综合测试系统9、激光冲击系统300和超声检测系统400，
所述复合材料夹具1用于将复合材料进行固定夹持；所述复合材料夹具1自带有脚架进行支撑，将复合材料进行固定夹持是为了避免在激光冲击的过程中或者是超声检测的过程中复合材料发生偏移，导致测得的数据出现误差，使得分析出来的结果存在不准确的情况。
所述综合测试系统9分别电连接激光冲击系统300和超声检测系统400；
所述激光冲击系统300设置在复合材料夹具1的上方，用于对复合材料进行激光冲击；
其中，所述激光冲击系统300包括激光源2和激光控制器3；所述激光控制器3与综合检测装置相连接，所述激光控制器3与激光源2电连接，用于控制激光源2对复合材料进行激光冲击，所述激光源2置于复合材料的正上方，用于发出激光对复合材料进行冲击。所述激光光源置于复合材料的正上方便于发出的激光正对复合材料进行冲击。所述激光控制器3可以为单片机或者是PLC以及能够实现控制激光源2功率变化的控制器，综合测试系统9下发指令至激光控制器3，激光控制器3控制激光源2发出逐级增大功率的激光。
所述超声测试系统用于对复合材料进行超声检测并将检测结果会送至综合检测系统；
其中，所述超声检测系统400包括超声检测控制器5和超声换能器4，所述超声检测控制器5与综合检测系统电连接，所述超声检测控制器5与超声换能器4电连接，用于控制超声换能器4对复合材料进行检测，所述超声换能器4用于对复合材料发出超声信号以及接收超声信号。
其中，所述超声换能器4为相控阵列超声换能器。
所述超声检测控制器5优选为Robust 256通道相控阵超声检测板卡。
其中，所述超声换能器4的工作面上设有耦合材料41。
所述耦合材料41优选为甘油，所述耦合材料41用于排除空气使相控阵列超声换能器4的工作面贴紧在复合材料底面或顶面上。
所述综合测试系统9包括主机、显示器和输入器，主机电连接显示器和输入器，输入器可以为键盘或者操作手柄等能够为主机输入信息，调节激光冲击系统300输出的激光冲击的功率等。显示器能够将超声检测系统400测得的数值进行显示，甚至以图像或者波形曲线的方式显示出来。
其中，所述超声检测装置还包括可以沿水平方向和竖直方向移动的XY平台7，所述超声换能器4安装在XY平台7上，XY平台7用于带动超声换能器4贴紧复合材料或远离复合材料。
通过驱动XY平台7带动超声换能器4，使超声换能器4贴近在复合材料上，也可以通过复位XY平台7，使得超声换能器4远离复合材料。
其中，所述XY平台7包括支撑架和可伸缩的安装架，所述安装架可沿竖直方向移动的安装在支撑架上，所述超声换能器4安装在支撑架上，所述支撑架上还设有力传感器6，所述力传感器6电连接综合测试系统9，所述力传感器6用于检测超声换能器4与复合材料之间的贴合力。通过力传感器6能够知道超声换能器4的工作面与复合材料之间是否已经紧密贴合。
其中，所述超声检测装置还包括XY平台7控制器8，所述XY平台7控制器8与综合测试系统9电连接，所述XY平台7控制器8与XY平台7电连接，用于控制XY平台7沿水平方向或竖直方向移动。
XY平台7控制器8根据接收到综合测试系统9发出的超声测试的指令控制XY平台7移动，在超声换能器4完成检测之后，XY平台7控制器8控制XY平台7复位。
其中，所述复合材料夹具1置于所述超声换能器4的上方，所述超声换能器4的工作面通过耦合材料41贴紧所述复合材料的底面。所述超声换能器4的工作面贴合的复合材料的底面，激光源2发出的激光冲击复合材料的顶面，这种超声检测方式为折射式检测方式。
通过复合材料夹具1夹持住复合材料，综合测试系统9控制超声检测系统400对复合材料进行检测并将检测结果反馈到综合检测系统，判断复合材料是否出现缺陷，综合测试系统9控制激光冲击系统300对复合材料进行激光冲击，冲击后再控制超声检测系统400检测复合材料是否出现缺陷，综合测试系统9反复控制激光冲击系统300对复合材料进行冲击和超声检测系统400进行超声检测，激光冲击系统300对复合材料激光冲击的功率逐级上升，直至超声检测系统400测得的结果判定复合材料已经完全脱粘，根据最后一次激光冲击的功率可以得到复合材料的粘合强度，通过综合测试系统9能够完全的将复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷的情况完全检测出来，从而解决了现有技术中存在复合材料的粘合界面的潜在缺陷或者处于临界状态的缺陷无法检测出来的技术问题。
如图3所示，所述复合材料夹具1置于所述超声换能器4的下方，所述超声换能器4的工作面通过耦合材料41贴紧所述复合材料的顶面。所述超声换能器4的工作面贴合的复合材料的顶面，激光源2发出的激光冲击复合材料的顶面，这种超声检测方式为反射式检测方式。
以铝/胶粘剂/硅结构复合材料为例进行透射式的超声检测过程如下：
将铝/胶粘剂/硅结构复合材料安装在复合材料夹具1上后，XY平台7控制器88控制XY平台77带着Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44，运动到达铝/胶粘剂/硅结构复合材料底部；
通过复合材料夹具1和XY平台77进行准确控制，使得Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44到达铝/胶粘剂/硅结构复合材料底面并且贴紧，通过力传感器66检测贴紧力，保证铝/胶粘剂/硅结构复合材料与相控阵列超声换能器44进行有效接触。
Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44工作面上具有甘油作为耦合材料4141，所述耦合材料4141能够排除空气贴紧在铝/胶粘剂/硅结构复合材料底面。相较于透射式的超声检测方式，反射式的超声检测装置是相控阵列超声换能器44工作面贴紧铝/胶粘剂/硅结构复合材料的顶面。
通过Robust 256通道相控阵超声检测板卡控制Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44完成一个激发和接收过程，完成铝/胶粘剂/硅结构复合材料的初始状态检测，基于综合测控系统判断检测完毕，发指令给XY平台7控制器88控制XY平台77带着Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44退回，复位。
综合测控系统发出指令使激光控制器33控制激光源22发射激光冲击将铝/胶粘剂/硅结构复合材料，冲击结束后，重新通过复合材料夹具1和XY平台77进行准确控制，使得Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44到达铝/胶粘剂/硅结构复合材料底面并且贴紧进行超声测试，基于综合测控系统判断检测完毕后，XY平台7控制器88控制XY平台77带着Doppler D3 7.5L640.6*10相控阵列超声换能器44退回，复位。综合测控系统控制激光控制器33和激光源22发射激光冲击复合材料，按照一定的功率递增增量原则，增大冲击功率，进行冲击，且每次增量冲击一次后，完成一次超声检测，直至铝/胶粘剂/硅结构复合材料完全脱粘。测量过程中，综合测控系统将每次超声检测结果成像显示，直观观察缺陷或者脱粘的形成过程。
以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述超声检测装置包括复合材料夹具、综合测试系统、激光冲击系统和超声检测系统，
所述复合材料夹具用于将复合材料进行固定夹持；
所述综合测试系统分别电连接激光冲击系统和超声检测系统；
所述激光冲击系统设置在复合材料夹具的上方，用于对复合材料进行激光冲击；
所述超声测试系统用于对复合材料进行超声检测并将检测结果会送至综合检测系统；
所述综合测试系统用于控制激光冲击系统对复合材料进行冲击、控制超声检测系统对复合材料进行超声检测以及根据超声检测系统回送的结果进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述超声检测系统包括超声检测控制器和超声换能器，所述超声检测控制器与综合检测系统电连接，所述超声检测控制器与超声换能器电连接，用于控制超声换能器对复合材料进行检测，所述超声换能器用于对复合材料发出超声信号以及接收超声信号。
3.根据权利要求2所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述超声检测装置还包括可以沿水平方向和竖直方向移动的XY平台，所述超声换能器安装在XY平台上，XY平台用于带动超声换能器贴紧复合材料或远离复合材料。
4.根据权利要求3所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述超声检测装置还包括XY平台控制器，所述XY平台控制器与综合测试系统电连接，所述XY平台控制器与XY平台电连接，用于控制XY平台沿水平方向或竖直方向移动。
5.根据权利要求4所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述激光冲击系统包括激光源和激光控制器；所述激光控制器与综合检测装置相连接，所述激光控制器与激光源电连接，用于控制激光源对复合材料进行激光冲击，所述激光源置于复合材料的正上方，用于发出激光对复合材料进行冲击。
6.根据权利要求5所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述XY平台包括支撑架和可伸缩的安装架，所述安装架可沿竖直方向移动的安装在支撑架上，所述超声换能器安装在支撑架上，所述支撑架上还设有力传感器，所述力传感器电连接综合测试系统，所述力传感器用于检测超声换能器与复合材料之间的贴合力。
7.根据权利要求6所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述超声换能器的工作面上设有耦合材料。
8.根据权利要求7所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述超声换能器为相控阵列超声换能器。
9.根据权利要求8所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述复合材料夹具置于所述超声换能器的上方，所述超声换能器的工作面通过耦合材料贴紧所述复合材料的底面。
10.根据权利要求8所述的一种激光冲击层裂缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述复合材料夹具置于所述超声换能器的下方，所述超声换能器的工作面通过耦合材料贴紧所述复合材料的顶面。
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