五轴联动叶片无损探伤设备的设计

摘要

随着我国航空领域技术的不断提高，对飞行器零部件性能的要求也相应越来越高。作为飞行器最重要零件之一的叶片，其质量和性能直接关系到整个飞行器的正常工作。所以，在叶片使用之前需要对叶片进行检测，检查其内部是否有杂质、裂纹等不符合要求的情况，检查其结构完整性和状态，提高使用的安全性，同时，工人在对叶片进行修整过程中，通过检测可以确定叶片需要修整的部位，有效减少修整工艺，提高修整效率。本课题设计五轴联动叶片无损检测设备，在现有的技术基础上，结合五轴联动数控加工技术，解决叶片检测的问题，检测方便，效率高，数据更加准确可靠。
　　本文介绍了现有的各种检测方式，并讨论其优缺点，综合考虑航空叶片的检测要求，选用涡流无损检测方式。同时，研究基于此检测方式的检测探头运动轨迹，根据检测要求确定检测探头的运动轨迹，探讨此运动轨迹和五轴加工刀具的运动轨迹的相同和不同点，在此基础上，建立五轴联动航空叶片探伤的后处理文件，确保检测探头和曲面的法向保持一致的前提下，生成检测探头运行轨迹的数控指令。讨论现有的五轴运动平台的不同构型，最终选用适合此次航空叶片检测的单摆头单回转台仿生单立柱结构，分析运动平台的运动情况，继而进行设计，并分析运动平台关键零部件的静刚度和动刚度问题，确定结构的可靠性。叶片在检测之前，需要了解叶片自身可能影响实验进行的因素，例如叶片角度误差和表面粗糙度情况，并设计解决方案，即设计角度可调式回转台弥补叶片铸造过程中留下的角度误差，用自适应探头解决表面粗糙度对检测探头的影响问题。在设计检测探头过程中，需要对探头的参数进行计算，在检测探头的传感器封装方面做出改进。考虑各种数控系统的运动精度和开放性等特点，综合此次航空叶片无损检测的要求，选用最合适的数控系统，并了解数控系统的控制原理。在叶片检测过程中，对检测系统进行搭建，从信号发生到最终的人机界面数据显示，并讨论搭建过程中的各个环节。
　　最后展示五轴联动运动平台的最终产品，通过其运动情况以及检测数据的准确性检查此次设计符合使用要求，验证设计的成功。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 无损检测技术的发展趋势

1．4 课题研究的主要内容

1．5 章节安排

第二章 叶片无损探伤的机理研究

2．1 无损探伤的原理及常用方法

2．2 航空叶片的探伤原理分析

2．3 叶片无损探伤传感器的运动分析

2．4 小结

第三章 叶片扫测运动平台分析及设计

3．1 满足叶片五轴联动无损探伤的运动平台构型分析

3．1．1 五轴运动平台的构型分析

3．1．2 满足叶片五轴联动无损探伤的运动结构分析

3．2 五轴联动运动平台的设计及优化

3．3 小结

第四章 叶片铸造质量对叶片扫测的影响及其解决方案设计

4．1 铸件质量对叶片探伤可能造成的影响分析

4．1．1 叶片的装夹产生的误差

4．1．2 叶片表面缺陷和装夹误差对探头产生的不利影响分析

4．2 装夹叶片的回转台的设计

4．3 具有自调节能力的探头结构设计

4．3．1 检测探头的检测原理

4．3．2 检测探头的设计制作

4．4 小结

第五章 五轴联动无损探伤设备的控制系统

5．1 运动控制原理

5．2 控制系统研究及选型

5．2．1 控制系统的研究

5．2．2 控制系统的选型

5．3 控制系统搭建

5．3．1 运动平台控制系统的搭建

5．3．2 检测系统的搭建

5．4 小结

第六章 五轴联动无损探伤设备总结

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢

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