[发明专利]对大面积航空器结构进行无损检查的装置和方法

说明书

一般地说本发明涉及一种对大面积航空器结构进行无损检查的机械。更具体地说，本发明涉及一种具有固定到较大目标(比如航空器)的表面上的轨道的航空器扫描器。再更为具体地说，本发明涉及在具有主X-轴、从X-轴和Y-轴的直线扫描模式中操纵检测探头的方法和装置。

在许多工业领域中应用多轴机器人控制器(也称为机械扫描器)对材料进行无损检查(NDI)。这种机械的结构变化较大，它包括X-Y台架系统、X-Y操纵器、R-THETA操纵器和Z-THETA操纵器。虽然这种机械的具体结构很不一样，但是它们的操作原理类似。在检查表面的预编程扫描模式中应用机械式扫描器来操纵NDI探头。通过数据采集和分析系统对来自NDI探头的模拟信号进行监测、数字化和显示。数据采集和分析系统应用在扫描器上的反馈装置提供的位置信息产生两轴或三轴的NDI信息图。在这种类型的机械中应用的典型的NDI方法包括超声检测、涡流检测以及机械阻抗检测。

当前在整个美国的多种维护设备中都需要对军用飞机和民用飞机进行无损检查。普遍应用超声方法和机械阻抗方法来检测在复合航空器结构(比如机翼)中的外壳和蜂窝状心板之间的脱接。这种脱接可能是由在该结构中的反复应力反向或水滞留引起的。当前应用涡流方法检测在薄的外壳航空器结构(比如机身)的表面裂纹。在这种外壳中的裂纹通常在紧固件的周围发展，并且这种裂纹是由在结构内的反复应力反向引起的。

对现代航空器的大多数无损检查(NDI)都是应用手动技术。这些手动技术要求技术人员在实时监视NDI仪器的同时还要在航空器表面操纵手持探头。因此，手动NDI技术的质量高度取决于操作者。此外，这种手动NDI技术是一种紧张且极慢的劳动。此外，手动检查过程中获得的数据通常不能作为永久记录保存。

现代航空器的NDI目前应用有限的自动NDI技术。进一步应用自动的NDI方法受到现代航空器结构的复杂的特性的限制。一般航空器的表面几何结构为平面、锥面、圆柱形或这三种典型表面结构的某些组合。表面弯曲可能有凸面或凹面，而表面取向可能有水平、垂直或悬空。

在航空器表面的预编程扫描模式中不管是超声、涡流还是机械阻抗方法大多数航空器的自动NDI技术要求应用机械扫描器来操纵NDI探头。已经有多种扫描器结构设计。这些结构包括刚性的X-Y台架系统，这种台架系统由安装的底盘机座支撑或者通过真空吸盘安装到航空器的表面。另一个普通结构包括应用安装的导轨、两轴扫描器。在这种类型的系统中，真空导轨与航空器结构的表面连接。两轴扫描器通过导轮或磁力轮安装到真空导轨上。一般地X-轴与导轨轴重合。成悬臂的Y-轴相对于X-轴成90度。

由于常规的机械扫描器结构并不很适合应用的要求，因此它的应用仍然受到限制。常规的台架系统很适合于检查大的平表面但它通常并不适合于小直径的曲面或具有较小的凹陷的面积。常规真空轨道安装扫描器适合于平面和曲面，但由于是悬臂的Y-轴它也仅是覆盖较窄的面积。

因此，人们已经认识到需要一种机械扫描器，它可以对大面积航空器结构进行无损检查，并且能够满足现代航空器的复杂的弯曲表面的要求，而且还要求它必需是重量轻、价格便宜，并且相对于已有的结构设计具有改善的速度和增强的灵活性。

为实现上述和其它的目的并克服已有系统的缺点，本发明的主要目的是提供一种扫描器，这种扫描器能够对大面积航空器结构进行有效的无损检查。

本发明的另一个目的是提供一种依据本发明的扫描器，这种扫描器能够与超声、涡流和机械阻抗式NDI探头连接。

本发明的另一个目的是提供一种扫描器，当在移动控制系统的控制下运行时这种扫描器以直线性扫描模式操纵NDI探头。

本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器能够满足现代航空器中出现的复杂的表面几何结构的要求，这些表面几何结构包括平表面、凸形弯曲表面、凹形弯曲表面、圆柱形表面、锥形表面以及抛物线表面。

本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器能够在水平、悬空和反向的航空器结构上操作。

本发明的再一个目的是提供一种通过真空吸盘阵列连接到航空器表面上的扫描器。

本发明的再另一个目的是提供一种重量轻、可移动的并可由单个操作者架起的扫描器。

本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器应用一种模块式结构以有利于将设备安装到航空器上。

本发明的另一个目的是提供一种扫描器，这种扫描器兼具两轴型台架系统的大面积检查能力和两轴导轨安装扫描器的表面跟随和轮廓跟随能力。