一种检测导电结构缺陷的柔性阵列涡流探头及检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无损检测探头装置及其检测方法，特别涉及一种检测金属构件复杂表面缺陷的涡流柔性阵列探头及检测方法。
【背景技术】
[0002]一些关键且形状复杂的金属部件，如发动机叶片、飞机机身等表面或亚表面出现的裂纹或缺陷，可能导致引擎失效或飞机失事。为了评估设备结构安全，要求获得复杂金属结构表面裂纹等缺陷的数量、位置和形状等信息。磁粉检测、渗透检测、漏磁检测等各种检测方法已经广泛用于裂纹与缺陷的检测。但是磁粉检测、渗透检测等方法对缺陷的定量检测能力不高，不能获得用来评估缺陷严重程度的缺陷形状信息。
[0003]涡流检测是一种遵循电磁感应原理的无损检测技术。通有交变电流的激励线圈在导体材料中产生交变的一次磁场，该交变磁场在导体表面感应出涡电流，涡电流会反射产生二次磁场。正常的导体结构与存在裂纹等缺陷的导体，在受到相同线圈磁场激励情况下，在导体中所产生的涡电流不同，反射所产生的二次磁场也不同，导致检测线圈所感测电信号发生变化。据此就可以判断导体材料缺陷的存在及严重程度。涡电流检测具有速度快、对表面缺陷反应灵敏等优异性能。但传统单线圈探头只能单点扫查，对较大面积进行全覆盖的检测非常费时费力，而且容易漏检缺陷。目前要求涡流检测能够覆盖并快速检测各种形状复杂的部件表面，如飞机发动机的叶片、飞机机身铆接结构、汽轮机、核电站热交换管道、汽车发动机、转子的燕尾槽、齿轮等各种形状复杂的机械部件。并且在检测时，要求探头与被检测部件紧密接触，避免提离变化造成的影响，因此需要改进涡流检测技术来解决上述冋题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种检测复杂金属导电结构表面缺陷的柔性阵列涡流探头装置及检测方法。
[0005]为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是提供一种检测导电结构缺陷的柔性阵列涡流探头，其中:多个线圈形成平面阵列，并嵌入在与被检测部件的三维表面形状相适应的柔性结构中；
阵列中的一个或多个线圈作为被激励的激励线圈时，与各个激励线圈相邻的一个或多个线圈作为信号采集线圈，用以获得位于激励线圈及信号采集线圈下方被检测部件表面对应位置的缺陷信号。
[0006]优选示例中，柔性结构由可伸缩且具有弹性的绝缘材料制成。
[0007]优选示例中，探头表面与被检测部件的表面紧密接触，且各线圈的轴线与被检测部件的表面对应位置相垂直；在与被检测部件相接触的探头表面设有耐磨层。
[0008]优选示例中，将探头包含的多个线圈分组成多个线圈组件；探头上的线圈按径向排列，使各线圈组件从探头上的设定点各自向外延伸； 或者，探头上的线圈按圆周向排列，使各线圈组件形成分别环绕探头上设定点的环状结构。
[0009]本发明的另一个技术方案是提供一种检测导电结构缺陷的柔性涡流检测系统，其中包含:
如上述任意一项示例所述的柔性阵列涡流探头；
控制器，控制线圈阵列激励与信号采集、控制探头扫描运动并采集缺陷信号数据；
信号处理器，根据探头采集的缺陷信号进行分析并显示分析结果。
[0010]优选示例中，所述系统还进一步包含以下部件中的任意一个或其组合:
可伸缩机械装置，根据力传感器感测到的力，由微型电机驱动多段支撑杆进行伸缩，来使探头表面与被检测部件的表面紧密接触；
运动装置，驱使探头沿被检测部件表面移动。
[0011]本发明的又一个技术方案是提供一种检测导电结构缺陷的检测方法，在柔性阵列涡流探头的柔性结构中嵌入多个线圈，所述线圈按径向或按圆周向排列形成平面阵列；
使柔性结构与被检测部件的三维表面形状相适应，并且使探头表面与被检测部件的表面紧密接触；
根据设定的控制逻辑，分时激励探头中的各个线圈，任意两个相邻的线圈不同时被激励；
对与被激励线圈相邻的一个或多个线圈进行信号采集，获得被检测部件表面对应位置的缺陷信号；
各个线圈的激励与信号采集按空间顺序和/或时间顺序依次轮循。
[0012]优选示例中，其中一些线圈，位于探头的多个径向上；对于所有径向的线圈进行激励与信号采集轮循；
其中，对于任意一个径向上的任意一个线圈进行激励时，从该径向上与被激励线圈相邻的下一个线圈进行信号采集；
再对所述下一个线圈进行激励，并从该径向上与被激励的下一个线圈相邻的更下一个线圈进行信号采集；
直到对该径向上的所有线圈完成分时激励与信号采集的轮循。
[0013]优选示例中，其中一些线圈，位于探头上同心的多个圆环上；设被激励线圈所在的圆环为内层圆环，而与该内存圆环相邻并环绕在该内存圆环之外的圆环为外层圆环；
内层圆环的任意一个线圈被激励时，从外层圆环上与被激励线圈相邻的多个方向的线圈同时进行信号采集；
再对内层圆环上的下一个线圈进行激励，并从外层圆环上与被激励的下一个线圈相邻的多个方向的线圈同时进行信号采集；
对内层圆环上的线圈进行激励的轮循，直到完成该外层圆环上所有线圈的信号采集的轮循；
其中，对内层圆环上的线圈进行激励的轮循，是指对内层圆环上的每个线圈依次序分时激励，或者对内层圆环上的线圈间隔一个或间隔多个后分时激励。
[0014]优选示例中，其中一些线圈，位于探头上同心的多个圆环上；对于所有圆环的线圈进行激励与信号采集轮循； 其中，对于任意一个圆环上的任意一个线圈进行激励时，从该圆环上与被激励线圈相邻的下一个线圈进行信号采集；
再对所述下一个线圈进行激励，并从该圆环上与被激励的下一个线圈相邻的更下一个线圈进行信号采集；
直到对该圆环上的所有线圈完成分时激励与信号采集的轮循。
[0015]综上所述，本发明提供的一种检测金属结构复杂形状表面裂纹等缺陷的柔性阵列涡流探头及检测方法，其优点在于:本发明中探头所包含的激励与检测线圈采用阵列形式，该探头由于具有柔性，能够适应于多种被检测部件的复杂三维表面形状。探头的线圈阵列可按圆周向或径向排列，每个线圈不需要严格定义为激励或检测功能；只是按照控制逻辑而确定。多种控制逻辑可以使线圈的激励与检测功能按空间顺序或时间顺序依次轮循，达到快速且全覆盖检测的目的。
[0016]同时本发明中的线圈采用平面线圈，固定线圈的为柔性薄膜材料，可使探头线圈阵列与被检测结构表面紧密接触、减少提离。在阵列探头运动装置配合下，使探头通过一次移动扫查可以检测复杂导电结构表面一定区域内多个缺陷的存在，并可根据信号特征判断其数量、方向及长、宽、深度等形状信息。在探头后方更可以进一步设有可伸缩机械装置，通过控制其伸缩，来使探头与被检测结构表面紧密接触。
【附图说明】
[0017]图1是本发明提供的一种柔性涡流阵列探头的顶视图；
图2是本发明所述柔性涡流阵列探头自图1中X-X方向所示的剖面图；
图3是本发明所述柔性涡流阵列探头中任意一个线圈的结构图；
图4是本发明所述柔性涡流阵列探头线圈在某种控制逻辑下所具有的激励与检测功能不意图；
图5是对图1示例中线圈的第一种激励与检测控制方式的示意图；
图6是对图1示例中线圈的第二种激励与检测控制方式的示意图；
图7是对图1示例中线圈的第三种激励与检测控制方式的示意图；
图8是本发明所述柔性涡流阵列探头应用于圆柱形工件进行缺陷检测的示意图；
图9是本发明所述柔性涡流阵列探头应用于横截面为半圆形的凹面工件进行缺陷检测的示意图；
图10是本发明所述柔性涡流阵列探头应用于凹槽型工件进行缺陷检测的示意图；
图11是本发明所述柔性涡流阵列探头应用于导电结构缺陷定量检测时的功能框图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
[0019]图1是本发明提供的一种柔性涡流阵列探头100 (以下简称为柔性探头或探头)的顶视图。所述探头上设有作为激励与感测元件的多个线圈101，这些线