[发明专利]一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测装置及方法

权利要求书

1.一种航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1、将机匣环锻件的表面作为检测区域，根据机匣环锻件的截面几何形状，将检测区域划分为凸面区域、凹面区域以及平面区域；其中凸面区域和凹面区域分别由若干凸面圆弧和凹面圆弧构成；设凸面圆弧有a处，凹面圆弧有b处，其中各凸面圆弧半径分别为r₁、r₂…r_a，各凸面圆弧圆心角分别为各凹面圆弧半径为R₁、R₂…R_b，各凹面圆弧圆心角分别为σ₁、σ₂…σ_b；

S2、根据各凸面圆弧的半径及圆心角范围，分别计算各凸面圆弧的检测参数；根据各凹面圆弧的半径及圆心角范围，分别计算各凹面圆弧的检测参数；根据各平面区域的检测深度范围，分别计算各平面区域的检测参数；

S3、在计算机中为相控阵探头预设各区域的所述的检测参数，利用控制系统预设相控阵的运动轨迹和相控阵探头在各区域的偏转角度和水层高度；其中检测参数包括检测深度H、水层高度h、子孔径阵元数为L、激发阵元总数N；

S4、采用水浸耦合方式，两个相控阵探头分别沿机匣环锻件内侧和外侧截面轮廓作步进式扫查，机匣环锻件作旋转运动，机匣环锻件在相控阵探头各检测位置旋转一周，依次完成整个机匣环锻件的全区域检测，同时采集检测信号和图像；

S5、根据S4采集的机匣环锻件检测信号以及图像，分析机匣环锻件的凸面区域和凹面区域的缺陷尺寸和具体位置。

2.根据权利要求1所述的航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测方法，其特征在于：S2中所述凸面圆弧的检测参数计算方法如下：

首先建立超声相控阵检测凸面圆弧的参数模型，并以探头阵元阵列作为X轴建立坐标系；凸面圆弧半径为r，凸面圆弧圆心角为凸面圆弧方程为 激发阵元总数为N，子孔径阵元数为L，阵元间隔为p，探头总孔径D_N＝(N-1)p+e，子孔径D_A＝(L-1)p+e，子孔径个数K＝N-L+1；其中e为阵元宽度；探头晶片距离凸面中心的最小距离定义为 水层高度h，凸面圆弧检测深度为H，即各阵元产生的超声波在金属内部的聚焦点与凸面圆弧的距离；

凸面圆弧的检测参数依次设置过程如下：

1)根据被测机匣环锻件的材料和曲面半径选取对应的相控阵探头频率、阵元间隔p以及电子扫描步进；

2)水层高度h：使h在满足的条件下尽可能小，其中c₁为水中的声速，c₂为金属中的声速；

3)子孔径阵元数L：凸面圆弧半径r较小时，根据需求增加子孔径阵元数L，以此确定子孔径阵元数L；

4)激发阵元总数N：根据凸面圆弧与相控阵探头的几何关系，相控阵探头能检测的凸面圆弧最大圆心角γ与探头总孔径的关系D_N为：

根据待测机匣环锻件的凸面圆弧圆心角所选择的相控阵探头需满足条件：即阵元总数N需满足条件：

。

3.根据权利要求2所述的航空发动机机匣环锻件超声相控阵检测方法，其特征在于：当所述相控阵探头能检测的凸面圆弧最大圆心角时，通过相控阵探头沿凸面圆弧旋转增大扫查角度范围，此时相控阵探头旋转角度为：