一种用于民用航空典型结构无损检测系统

摘要

本发明提供了一种用于民用航空典型结构无损检测系统，其特征在于，包括机械臂、超声探头、数据采集及控制模块、超声检测仪、应用服务器及算法服务器。本发明的超声探头通过楔块和螺钉固定安装在机械臂上，保证机械臂的运动和超声检测的同步性；本发明中的应用服务器实现了机械臂的位置数据和超声检测数据实时同步显示，方便了检测人员的操作和控制。本发明提供的设备及时准确地记录和保存了机械臂位置数据和超声检测数据，为检测材料的可追溯性、后继通过图像识别技术对材料缺陷进行准确定位提供了依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于民用航空典型结构的无损检测，属于无损检测技术领域。

背景技术

复合材料因其比强度、模量高，疲劳性能好等优点广泛应用于航空天等领域，近年来随着复合材料制造技术水平的不断提升，复合材料的使用量正大幅度提升，国外新一代大型客机复合材料的用量已经答案到机体结构中了的50％以上。大型客机复合材料用量的多少已经成为衡量商用飞机先进性及市场竞争力一个重要标志。

随着复合材料的广泛应用，复合材料的检测也显得越来越重要。目前，我国民用飞机复合材料结构无损检测技术及无损检测管理体系方面的研究与应用还处在很初步的阶段，与国外存在很大差距。在复合材料结构的生产过程中，为了确定其技术指标是否达到设计要求，在生产的各个环节中，都会通过不同的无损检测手段来检验产品质量，以确保产品的最终质量。

传统的无损检测系统一般采用的都是国外的系统，机械部分和超声部分分为二个操作软件，具体操作的时候要分别打开二个软件进行设置，观察无损检测的情况也要切换软件进行查看，使用起来不方便，并且采用的机械结构，只适合扫查一些小型平面材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：机械臂控制和超声检测相互独立以及实时地把机械臂位置信号转换为超声检测仪编码器可识别的脉冲信号。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种用于民用航空典型结构无损检测系统，其特征在于，包括机械臂、超声探头、数据采集及控制模块、超声检测仪、应用服务器及算法服务器，其中：

机械臂，通过局域网接收应用服务器下发的控制信号后进行相应的工作，并在运动过程中，通过局域网实时地将位置数据及定位信号反馈给应用服务器和数据采集及控制模块；

数据采集及控制模块接收到的机械臂的位置数据后，计算前后两次位置的差值得到机械臂移动的距离，随后利用距离和脉冲的换算比例K将机械臂移动的距离值D转换为脉冲数N，N＝K×D；并且，数据采集及控制模块利用接收到的机械臂的定位信号，判断机械臂的移动方向；数据采集及控制模块结合脉冲数N和移动方向后生成PWM脉冲信号，并将该PWM脉冲信号发送给超声检测仪；

超声探头，固定在机械臂的末端，用于对检测材料进行超声检测从而获得超声波信号；超声探头将获得的超声波信号通过电缆发送给超声检测仪；

超声检测仪，接收到数据采集及控制设备给出的脉冲信号后，通过编码器转换为超声检测仪的扫查轴和步进轴的移动位置数据，接收超声探头取得的超声波信号，并将该超声波信号转换成a-扫描数据值，随后通过加阈值计算出c-扫描数据值；超声检测仪将获得的扫查数据值通过局域网输出给应用服务器；

应用服务器存储接收扫查数据、机械臂的位置数据以及定位信号，计算转换成图像后向检测人员实时展示；

算法服务器获取应用服务器中存储的图像以及对应的扫查数据、机械臂的位置数据以及定位信号，进行图像处理，定位检测材料的缺陷位置，缺陷类型等并反馈给检测人员。

优选地，所述机械臂与所述数据采集及控制模块之间采用UDP协议进行数据通信。

优选地，所述超声探头采用相控阵探头；所述超声检测仪采用超声发射接收系统相控阵主机。

优选地，所述相控阵探头设于相控阵楔块内部；相控阵楔块通过螺钉与所述机械臂的末端连接固定；待检测材料位于相控阵楔块的下方，且放置在检测工作台的上表面；检测工作台的上表面四周设有一圈凹槽。

优选地，所述凹槽与所述检测工作台上的回流口相连通，回流口通过回流管与水箱相连，水箱的出水口处设有增压泵，水箱的出水口经由增压泵增压后与所述超声探头相连接。

优选地，所述数据采集及控制设备接收到的所述机械臂的位置信号后，计算前后两次位置的差值，得到机械臂移动的距离，通过距离和脉冲的换算比例将机械臂移动的距离值转换为脉冲数；

所述数据采集及控制设备同时接收机械臂给出的方向信号，根据方向信号，控制写PWM波高低电平的顺序；

数字采集与控制设备有四个引脚通过电缆跟超声检测仪相连，分别定义为第一引脚、第二引脚、第三引脚及第四引脚，超声检测仪通过上述四个引脚接收数字采集与控制设备的TTL电平信号，其中：第一、第二引脚发出的脉冲数转换为扫查轴移动的距离，第一、第二引脚的脉冲相位差决定超声检测仪扫查轴的正、反方向；第三、第四引脚发出的脉冲数转换为超声检测仪步进轴移动的距离，第三、第四引脚的脉冲相位差决定超声检测仪步进轴移动的方向。

本发明的超声探头通过楔块和螺钉，固定安装在机械臂上，保证机械臂的运动和超声检测的同步性；数据采集与控制设备通过UDP协议接收机械臂位置信号并转换为PWM信号，保证了数据传输的实时性，应用服务器实现了机械臂的位置数据和超声检测数据实时同步显示，方便了检测人员的操作和控制；整个系统及时准确地记录和保存了机械臂位置数据和超声检测数据，为检测材料的可追溯性、后继通过图像识别技术对材料缺陷进行准确定位提供了依据。

附图说明

图1为本发明的用于民用航空典型结构无损检测系统的实施原理框图；

图2为本发明的用于民用航空典型结构无损检测系统的局部结构图；

图3为图2所示结构的右视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明公开的一种用于民用航空典型结构的无损检测设备，包括机械臂1、超声探头2、数据采集及控制模块3、超声检测仪4、应用服务器5及算法服务器6。

机械臂1通过局域网与数据采集及控制模块3和应用服务器5相连接。机械臂1上面固定的超声探头2通过电缆与超声检测仪4相连接。数据采集及控制设备3通过电缆与超声检测仪4相连接。超声检测仪4通过局域网与应用服务器5连接，应用服务器5通过局域网与算法服务器6相连接。

如图2及图3所示，结合无损检测过程中对检测图像的要求，本发明中，超声探头2采用相控阵探头，超声检测仪4采用超声发射接收系统相控阵主机。为了确保机械臂1和相控阵探头紧密连接，在机械臂运动过程中确保相控阵探头不发生晃动等现象，本实施例中，相控阵探头安装在相控阵楔块7内部。相控阵楔块7通过螺钉8与机械臂1的末端连接固定。待检测材料10位于相控阵楔块7的下方，待检测材料10放置在检测工作台9的上表面。检测工作台9的上表面四周设有一圈凹槽11，凹槽11与检测工作台9上的回流口相连通，回流口通过回流管12与水箱13相连，水箱13的出水口处设有增压泵14，水箱13的出水口经过增压泵14后由出水管15与超声探头2相连接。超声探头2的水流入凹槽11后，经下方的回流管12流回水箱13，水箱13的水通过增压泵14加压后再次供给超声探头2用水，用来进行超声检测。

机械臂1通过UDP协议代替传统的TCP协议将位置信号传输给数据采集及控制设备3，从而获得更高的传输速率，保证了机械臂1的位置数据和超声探头2取得的数据同步。机械臂1通过TCP协议与应用服务器5进行通信，接收应用服务器5下发的控制信号，机械臂1依据控制信号进行启停等工作，并将位置信号传输给应用服务器5，供检测人员参考。机械臂1上面安装的超声探头2将取得的超声波信号传输给超声检测仪4，用来检测材料是否存在缺陷，由超声检测仪4给出相应的超声检测数据。数据采集及控制设备3接收到的机械臂1的位置信号后，计算前后两次位置的差值，得到机械臂移动的距离，通过距离和脉冲的换算比例将机械臂移动的距离值转换为脉冲数。在本实施例中，假设转换比例值为10，则移动1mm，发送10个脉冲。数据采集及控制设备3同时接收机械臂1给出的方向信号，根据方向信号，控制写PWM波高低电平的顺序。数字采集与控制设备3有四个引脚通过电缆跟超声检测仪4相连，超声检测仪4接收数字采集与控制设备3的TTL电平信号。其中第一、第二引脚发出的脉冲数转换为扫查轴移动的距离，第一、第二引脚的脉冲相位差决定超声检测仪4扫查轴的正、反方向。第三、第四引脚发出的脉冲数转换为超声检测仪4步进轴移动的距离，第三、第四引脚的脉冲相位差决定超声检测仪4步进轴移动的方向。在本实施例中，假设接收到的方向信号是扫查轴正方向移动，则第1引脚的相位超前2引脚相位90度。结合移动方向和脉冲数，数据采集及控制设备3通过PWM模块发出PWM脉冲信号给超声检测仪4。超声检测仪4接收到数据采集及控制设备3给出的脉冲信号后，通过编码器转换为超声扫查轴和步进轴的移动位置数据，接收超声探头2取得的超声波信号，将该超声波信号转换成a-扫描数据值，通过加阈值计算出c-扫描数据值。超声检测仪4将获得的扫查数据值传输给应用服务器5。应用服务器5将接收到的扫查数据值和机械臂1的位置数据以及定位信息转换成图像，以图像方式向检测人员进行实时展示，使检测人员能够了解被检测的材料状态。同时，应用服务器5将采集到的扫查数据、位置数据和定位信息按照规定的格式保存，提供给算法服务器6做图像处理。算法服务器6获取应用服务器5中存储的数据后进行算法处理以对缺陷位置进行定位。本发明同时集成了超声检测仪4和机械臂1的启动、停止等控制工作，方便了检测人员的操作，通过数据采集及控制设备3，实现了机械臂位置信号和超声信号的同步，完成机械臂位置数据到脉冲信号的转换，算法服务器6通过局域网调用应用服务器5的数据，并进行图像识别和检测情况分析。