復合(hé)材(cái)料(liào)非常重要(yào)的(dí)檢測(cè)手(shǒu)段，其(qí)使(shǐ)用的檢測(cè)頻率通(tōng)常為0.5~25MHz。超聲(shēng)脈(mài)衝通(tōng)過(guò)探(tàn)頭(tóu)發射(shè)進(jìn)入待(dài)檢(jiǎn)測材(cái)料，並對(duì)反(fǎn)射和(hé)穿透(tòu)信(xìn)號(hào)進(jìn)行(háng)分(fēn)析(xī)，以(yǐ)得(dé)到材料結構(gòu)的(dí)相(xiāng)關信(xìn)息(xī)。雖然手動(dòng)檢測方法還在(zài)廣(guǎng)泛(fàn)使(shǐ)用，但越來越多的航空製(zhì)造(zào)企業(yè)開始(shǐ)使(shǐ)用自動(dòng)化的檢測(cè)係統以產生直(zhí)觀的掃(sǎo)描(miáo)圖像，如投影圖像(xiàng)和橫斷麵(miàn)圖(tú)像，即(jí)所說的C 掃描(miáo)和(hé)B 掃描成像(xiàng)。
許多航空(kōng)材料和(hé)結(jié)構(gòu)可以用這(zhè)種(zhǒng)方式進行成像和顯(xiǎn)示(shì)，並(bìng)可檢(jiǎn)測(cè)多(duō)種類型(xíng)的缺陷(xiàn)。對(duì)於復合材料，需(xū)要檢(jiǎn)測粘(nián)接缺陷(xiàn)，分層(céng)缺陷，孔隙率以及(jí)分層間的異(yì)物等。
檢測技術用於自動化檢測(cè)的(dí)設(shè)備通(tōng)常使(shǐ)用(yòng)3 種(zhǒng)耦合(hé)方式，從(cóng)使(shǐ)從探頭(tóu)發(fā)射的超(chāo)聲有效進入(rù)待檢零(líng)件，他們分別是(shì)接觸(chù)法(fǎ)，水浸法(fǎ)和噴水(shuǐ)法。接(jiē)觸法，即(jí)讓檢(jiǎn)測(cè)探頭(tóu)與待(dài)檢(jiǎn)測件直(zhí)接接觸。該方法(fǎ)的(dí)優點是(shì)在檢(jiǎn)測曲(qū)麵(miàn)零件(jiàn)時可使(shǐ)用(yòng)機(jī)械跟(gēn)蹤器，但檢(jiǎn)測速(sù)度受到(dào)限製。
在(zài)大多(duō)數(shù)情(qíng)況下，使用(yòng)水浸(jìn)或(huò)噴水(shuǐ)方法進行自(zì)動化檢測(cè)，待檢測零件(jiàn)*浸入(rù)水中，或聲束(shù)通過噴出的(dí)水柱達(dá)到(dào)零件(jiàn)表麵。水浸檢測方法(fǎ)通(tōng)常使用(yòng)脈衝回波(bō)技術從一端(duān)進(jìn)行(háng)檢測(cè)，同一個探頭既發(fā)射又接(jiē)收。zui近由超聲波科學有限公司(sī)（USL）安(ān)裝(zhuāng)的水(shuǐ)浸(jìn)係(xì)統(tǒng)升級(jí)為(wéi)可(kě)在2 種模式下操作，根(gēn)據檢測的要求和零件的形(xíng)狀而定。在*種(zhǒng)模式下，復雜形(xíng)狀零件使用單(dān)探頭，掃(sǎo)描(miáo)綫(xiàn)速度500mm/s，往復(fù)運動(dòng)間隔1mm，即(jí)相(xiāng)當於每小(xiǎo)時(shí)掃(sǎo)描麵積大(dà)約為2m2 ；係統還可(kě)以以第(dì)二(èr)種更的(dí)方式(shì)進(jìn)行掃描，該方式使用(yòng)100mm 寬(kuān)的相控(kòng)陣探頭，將相控(kòng)陣(zhèn)掃描和機械運動(dòng)相結合(hé)。該方式(shì)在(zài)檢測(cè)平板件(jiàn)和單曲麵件時(shí)可(kě)實(shí)現每分鐘1m2 的產(chǎn)量，與單探頭(tóu)相比(bǐ)，生(shēng)產能力(lì)大幅提(tí)升。
一個相控(kòng)陣探頭包含(hán)了128 個獨立的晶片，這(zhè)些晶片以(yǐ)非常(cháng)小的(dí)間隔(gé)，順(shùn)序發射超(chāo)聲(shēng)脈衝。通(tōng)常(cháng)是(shì)每秒20000 次(cì)，也就(jiù)是(shì)說在相控陣探頭(tóu)隨著機械(xiè)運(yùn)動機(jī)構(gòu)覆蓋整個(gè)零件的(dí)時候，像(xiàng)完(wán)成(chéng)整(zhěng)個(gè)陣列(liè)128 個(gè)晶片這(zhè)樣的一次掃(sǎo)描(miáo)，每(měi)1 秒(miǎo)鐘(zhōng)就(jiù)可(kě)以完成幾百(bǎi)次。每(měi)個(gè)獨(dú)立(lì)的晶片都可以(yǐ)被控製(zhì)，在檢(jiǎn)測材料(liào)很小(xiǎo)的一(yī)塊區域(yù)內可(kě)以產(chǎn)生非常細節(jié)的(dí)圖(tú)像(xiàng)。
復合材(cái)料(liào)檢測通(tōng)常(cháng)使用噴(pēn)水檢測(cè)方法(fǎ)，一個(gè)探頭發射出(chū)來的聲束通(tōng)過噴(pēn)出的水(shuǐ)柱，被(bèi)另(lìng)外一側的(dí)第(dì)二個探頭接收。在掃描時(shí)，兩側(cè)的水柱(zhù)角(jiǎo)度(dù)必(bì)須是控製的(dí)，並(bìng)保持同軸(zhóu)，否(fǒu)則就(jiù)會丟(diū)失(shī)超聲信(xìn)號。這就對機械(xiè)控製係統提(tí)出了非常(cháng)嚴格(gé)的(dí)要(yào)求(qiú)，尤其(qí)是(shì)在檢測(cè)雙(shuāng)曲(qū)麵零(líng)件時(shí)，此時(shí)如(rú)果(guǒ)想(xiǎng)提(tí)高(gāo)產(chǎn)能將是非(fēi)常(cháng)困難的(dí)。但對於(yú)USL 係(xì)統，即使(shǐ)掃(sǎo)描(miáo)復(fù)雜曲(qū)麵(miàn)的零(líng)件，掃(sǎo)描速度(dù)依然(rán)可以很快，而且不(bù)會降低(dī)檢(jiǎn)測質量(liáng)。
在軍用和商(shāng)用(yòng)飛(fēi)機(jī)中(zhōng)使用(yòng)的(dí)復合(hé)材料(liào)零件通常形狀非常復(fù)雜(zá)，超(chāo)聲檢(jiǎn)測(cè)係(xì)統(tǒng)需要集成多個機械(xiè)運(yùn)動軸(zhóu)，以(yǐ)掃描(miáo)這(zhè)些復雜(zá)形狀的零件(jiàn)。典(diǎn)型的(dí)係(xì)統將有10~12 個(gè)軸(zhóu)，這些(xiē)軸同時聯(lián)動(dòng)，以便跟蹤(zōng)零件輪(lún)廓。USL 係(xì)統具(jù)有2 種不(bù)同的結(jié)構：一個(gè)是水(shuǐ)平(píng)操作臂結(jié)構，而(ér)另一個(gè)是(shì)垂直操作(zuò)臂結(jié)構(gòu)。如何選擇(zé)，取決於客戶的意願和(hé)需要(yào)檢(jiǎn)測(cè)零件的範圍。有(yǒu)些時(shí)候噴水(shuǐ)和水(shuǐ)浸(jìn)兩種(zhǒng)方法(fǎ)都需要，在這(zhè)種(zhǒng)情(qíng)況(kuàng)下(xià)垂直操(cāo)作臂(bì)結構更加(jiā)適(shì)合。總體(tǐ)來(lái)說，復(fù)合材(cái)料的多(duō)曲麵跟蹤(zōng)檢(jiǎn)測(cè)要比水浸(jìn)檢測係(xì)統(tǒng)復(fù)雜(zá)得多(duō)，世界上大部分的製(zhì)造商(shāng)都是從(cóng)水浸做起，但(dàn)真正(zhèng)能夠實現(xiàn)10~12 軸掃(sǎo)描(miáo)的多曲麵(miàn)跟蹤檢測(cè)係(xì)統的廠家(jiā)並(bìng)不(bù)多(duō)，而USL 公司(sī)在製造該類型係(xì)統方麵(miàn)已(yǐ)經有近20 年的經驗(yàn)，該類型係統(tǒng)數量(liáng)也(yě)有10 多套，積累(léi)了豐(fēng)富的經驗。
模(mó)型(xíng)對(duì)於(yú)水(shuǐ)浸(jìn)和噴水(shuǐ)檢測(cè)係(xì)統(tǒng)，主(zhǔ)要的(dí)潛(qián)在(zài)瓶(píng)頸就(jiù)是如何(hé)對(duì)復雜形狀零(líng)件進行(háng)編程，而(ér)通過直(zhí)接(jiē)從(cóng)CATIA（計(jì)算機輔助三(sān)維設(shè)計係統(tǒng)）中獲(huò)取復(fù)雜形狀零(líng)件的輪廓(kuò)，可(kě)解決零件(jiàn)編程問(wèn)題。
但不足的(dí)是(shì)，CATIA 模型(xíng)，特別(bié)是復合(hé)材料(liào)零(líng)件的(dí)模(mó)型，並(bìng)不總是與(yǔ)待(dài)檢測(cè)零件的(dí)真實形狀相(xiāng)符。部(bù)分是(shì)因為零件從工(gōng)裝(zhuāng)上(shàng)取下(xià)的(dí)時(shí)候，零件(jiàn)會發生塑性(xìng)回彈，還因(yīn)為(wéi)這(zhè)些零件(jiàn)並不是(shì)自(zì)支撐的(dí)，而是通(tōng)過2 點(diǎn)或3點(diǎn)支(zhī)撐(chēng)的，這(zhè)樣就會出(chū)現下垂和(hé)扭(niǔ)曲等(děng)變形。這樣(yàng)在檢測(cè)設備(bèi)上(shàng)的零件(jiàn)就(jiù)與(yǔ)CATIA 模(mó)型(xíng)之(zhī)間產生了微小(xiǎo)的(dí)不(bù)同。
雖然(rán)這樣的(dí)不(bù)同不是很大，但(dàn)足以影響(xiǎng)超聲係統(tǒng)在檢(jiǎn)測復(fù)雜形狀(zhuàng)零件(jiàn)時的(dí)效果(guǒ)。USL 開(kāi)發(fā)出了一(yī)種自(zì)動(dòng)測量零(líng)件(jiàn)位置和真實(shí)形(xíng)狀的軟件(jiàn)程序(xù)，在掃(sǎo)描之前(qián)使(shǐ)用(yòng)。它將(jiāng)在(zài)三維(wéi)方向(xiàng)上調整掃描輪廓(kuò)，並重新計算聯動的zui多(duō)12 根(gēn)軸的位(wèi)置(zhì)，這樣各軸跟(gēn)蹤(zōng)的就(jiù)是真實的(dí)零(líng)件(jiàn)輪廓(kuò)，而(ér)不(bù)是(shì)理論(lùn)的(dí)輪廓(kuò)。該過程避(bì)免(miǎn)了(liǎo)重復(fù)掃(sǎo)描過(guò)程(chéng)，因為(wéi)在(zài)通常情況下(xià)隻有掃(sǎo)描(miáo)全(quán)部結束(shù)後才會(huì)顯(xiǎn)示出實際輪廓與理(lǐ)論輪廓是(shì)否(fǒu)一致。
另(lìng)外(wài)，還需要(yào)設備(bèi)使(shǐ)用(yòng)超(chāo)高(gāo)規(guī)格的超聲設備，具有(yǒu)高的(dí)信(xìn)噪(zào)比和*的(dí)抵抗外(wài)界(jiè)噪(zào)聲(shēng)的(dí)能力。但這還不(bù)足以(yǐ)保(bǎo)證(zhèng)小(xiǎo)缺(quē)陷的* 檢(jiǎn)測。所有這些(xiē)促(cù)使(shǐ)USL 開(kāi)發集(jí)成了許多特殊(shū)功(gōng)能(néng)的係(xì)統，以滿(mǎn)足(zú)檢測的(dí)要求，這些(xiē)係統已(yǐ)經(jīng)在世界(jiè)範圍(wéi)內得到(dào)廣(guǎng)泛地(dì)應用。
聲束的控製在(zài)任何超聲(shēng)檢(jiǎn)測中，都需要嚴格控(kòng)製(zhì)聲(shēng)束(shù)與(yǔ)零件表麵的(dí)角度。如(rú)果待檢測的材料(liào)是*平直的(dí)，情況(kuàng)就要簡(jiǎn)單得(dé)多，但實際(jì)檢測(cè)中(zhōng)這(zhè)樣的(dí)情況(kuàng)很少。實際(jì)零件表(biǎo)麵的(dí)輪廓(kuò)是變(biàn)化的(dí)，並(bìng)可(kě)能是(shì)隨機和不可預測的。
為(wéi)了實(shí)現板材(cái)檢(jiǎn)測(cè)的高產(chǎn)能(néng)，需要使(shǐ)用多探(tàn)頭組，並(bìng)配(pèi)備(bèi)多路復用器(qì)。典(diǎn)型(xíng)的(dí)是配(pèi)7 和15 個長方(fāng)形探(tàn)頭，交錯排(pái)列，覆蓋80mm 和(hé)150mm的寬(kuān)度。由(yóu)於(yú)材(cái)料是在水浸箱中進行檢測的，所(suǒ)有探頭在查找缺陷的(dí)同時(shí)，還測量(liáng)板材的(dí)表(biǎo)麵位置(zhì)。測量出的板材(cái)表麵(miàn)到探(tàn)頭表(biǎo)麵(miàn)的距離，即(jí)水程(chéng)，可顯示探頭與(yǔ)表(biǎo)麵的中(zhōng)間的(dí)角度(dù)。並(bìng)用該數(shù)據實(shí)時對(duì)探(tàn)頭操作器進(jìn)行(háng)調整(zhěng)，這樣檢(jiǎn)測的角(jiǎo)度(dù)就保(bǎo)持(chí)在正確(què)的數(shù)值(zhí)上（通(tōng)常(cháng)是90°）。這樣就(jiù)可以確保探(tàn)頭(tóu)垂(chuí)直板(bǎn)材表麵(miàn)，並(bìng)對(duì)其進行可靠(kào)的檢測。
在掃(sǎo)描(miáo)結束後，在(zài)C掃描圖上會(huì)標明可(kě)能的(dí)缺陷(xiàn)。掃(sǎo)描(miáo)裝置自動移動到每個(gè)缺(quē)陷(xiàn)位置(zhì)，操作(zuò)者(zhě)對(duì)其(qí)進(jìn)行(háng)確(què)認，判(pàn)斷(duàn)是一(yī)個缺(quē)陷(xiàn)還(huán)是表麵(miàn)上的標簽或是氣(qì)泡。由(yóu)於(yú)長方(fāng)形(xíng)探(tàn)頭的設計(jì)是(shì)用於查找缺(quē)陷(xiàn)的，但不能確定(dìng)缺陷尺寸(cùn)，所(suǒ)以(yǐ)在此(cǐ)使用(yòng)一(yī)個圓(yuán)形聚焦(jiāo)探(tàn)頭(tóu)對缺陷進行(háng)評(píng)定。在(zài)有(yǒu)些(xiē)情況(kuàng)下還使(shǐ)用前麵(miàn)提到的(dí)相控陣掃描(miáo)，但還(huán)是多(duō)探頭(tóu)組掃(sǎo)描(miáo)的(dí)產(chǎn)能更高。
在設計(jì)零件(jiàn)時，無(wú)損檢(jiǎn)測(cè)通常(cháng)是zui後被考慮的事(shì)情，所(suǒ)以就會(huì)使問題變得更(gēng)復雜(zá)。現在的(dí)許多組裝方法(fǎ)，如(rú)擴散焊，摩擦(cā)焊，摩擦攪(jiǎo)拌焊越來(lái)越(yuè)多地用(yòng)於日常(cháng)生(shēng)產中，並(bìng)生產出非(fēi)常(cháng)復雜的金(jīn)屬零件，就需(xū)要(yào)特別(bié)形(xíng)式(shì)的無損(sǔn)檢(jiǎn)測(cè)。這就對檢(jiǎn)測設備(bèi)製造商和無(wú)損(sǔn)檢(jiǎn)測實際(jì)操作(zuò)者提出了新的(dí)要求。同樣，對(duì)於航(háng)空復合(hé)材(cái)料來(lái)說，由於(yú)越來越多地(dì)使用(yòng)樹脂轉(zhuǎn)移模(mó)成型工藝，也出(chū)現了(liǎo)同樣的問(wèn)題(tí)。這(zhè)些(xiē)問(wèn)題都(dū)需要(yào)解(jiě)決，而(ér)且不(bù)能引(yǐn)起製造過(guò)程的瓶(píng)頸(jǐng)和(hé)後續問題，所以(yǐ)就需要(yào)不(bù)斷地對儀器，機(jī)械(xiè)和(hé)軟件(jiàn)進(jìn)行(háng)創新(xīn)。
